市政给水工程中水平定向钻穿越技术施工

市政给水工程中水平定向钻穿越技术施工

梁啟赞

身份证号：440682199412113272

摘要：当前，城市建设迅速发展，市政给水工程受到了大众关注。市政给水主要是对城市中工业与生活用水、工业与生活废水、自然降水实施综合处理的一种方式。有效的给水施工不仅能节约大量的水资源，还能够实现对水资源的最优配置，保证满足城市对水资源的需求。

关键词：市政给水工程；水平定向钻；穿越技术

引言

水平定向钻施工主要就是在不将地面挖开的情况下，对各种地下管道进行铺设，主要涉及到了自来水、通信、电缆等的管道。该施工技术通常适合用在各类砂层、粘土层等较弱的地层施工，根据现阶段的施工工艺，其在许多较硬的地层同样能够使用，会产生较高的工程造价。水平定向钻施工的主要原理是通过水平定向钻机根据提前设计的曲线路径来对导向孔进行施工，之后再进行对于导向孔的扩孔操作，在扩孔的孔径符合相关要求以后，把管道自出土侧从所扩的孔洞内拖到入土侧，从而完成铺设管道的整个过程。在实际施工中，水平定向钻施工技术有着施工效率高、污染小、不影响交通等的优势，对于环境有着较强的适应性，可以在施工的过程中实现对地下障碍物的有效躲避。除此之外，该施工技术还有着自然防腐和保温的作用。在跨河流施工的过程中，因为所铺设的管线较深，所以对于该技术的使用能够使管道施工寿命得以增加，因此该技术在给水工程中得到了广泛应用。

1水平定向钻穿越技术的优势

1.1影响小

在市政给水工程建设过程中对水平定向钻穿越技术进行应用，不会对到道路工程造成不良影响，从而能够确保城市交通正常，不会由于施工问题而造成交通拥堵等各项问题。除此之外，采用水平定向钻穿越技术也不会产生较大噪音，避免由于噪音过大对周围人生活、休息、工作等造成不良影响。

1.2精准度高

将水平定向钻穿越技术合理应用到市政给水工程施工中，整个施工作业开展严格依据事先设计好的具体方案开展，因此，不会产生较大误差，这一部分误差甚至可以忽略不计。同时，在实际施工开展期间，在不同施工环境下，遭受到的影响也会存在一定差异，而采用水平定向钻穿越技术开展施工，施工作业不受工程所在区域内环境影响，可以被应用到不同施工环节中；而且，通过对该项技术进行应用，能够合理绕开地下存在的各种障碍物，提高工程质量。

2市政给水工程中水平定向钻穿越技术施工优化

2.1施工准备

在正式进行施工以前，需要根据工程设计图纸及有关报告，结合回拖力计算公式，来对回拖力进行准确计算，在此基础上选择符合要求的钻机。在完成对钻机型号的选择以后，需要将施工设备放置到施工现场，并挖出泥浆工作坑，合理试配泥浆。与此同时，需要在施工现场进行测量放线，从而保证导向孔施工的顺利进行。在此过程中，需要在满足管道埋深要求的基础上，根据实际情况来合理优化管道实际施工的设计曲线，对入土角、出土角以及曲线半径等进行适当调整。

2.2超大口径水平定向钻进施工泥浆压力

泥浆在水平定向钻进过程中有非常重要的作用，向孔洞内泵送泥浆维持孔壁稳定性的同时能及时将钻屑输送至地表，阻止钻屑沉积在孔底从而影响钻进效率。许多工程由于环空泥浆压力不合理而引发塌孔、卡钻及回拖失败等一系列工程事故。因此，泥浆的配合比和压力是决定工程成败的关键因素。在钻进成孔过程中，钻下的土屑易在孔底沉积，堵塞钻孔，很可能在下一次扩孔过程中发生卡钻。为将钻屑迅速输出至地表，提高钻进效率，实际施工中须采用较大的泵送泥浆流量，而这样势必会使孔洞中的泥浆压力上升。泥浆压力作用在孔壁上，洞室周围土体受压应力，当压应力超过土体极限抗压强度时，土体就会发生塑性破坏，在洞室周围产生1个塑性圈。当塑性区延伸至地表，表示洞室上方土体已彻底破坏，这时就会发生冒浆。所以，在施工中确定孔洞最大允许泥浆压力至关重要。黏性土的塑性区最大允许半径为孔洞到地表距离的1／2，非黏性土的塑性区最大允许半径为孔洞到地表距离的２／３。将塑性区发展到最大允许半径时的泥浆压力作为孔洞的最大允许泥浆压力。钻孔在水平段最大埋深为12ｍ，为避免模型边界对孔洞周围土体应力造成影响，孔洞与模型底部及两侧相距20ｍ。对孔洞周边网格进行加密。模型顶部边界未施加约束，保证土体的自由变形；两侧施加水平方向约束；底部施加固定约束。

2.3水平定向钻机的应用

非开挖铺管施工是在不开挖地表的条件下通过钻机在地下钻出导向孔，再通过多级回扩将孔扩大至管道要求的直径，然后将要预埋的管道回拖入孔中。这种施工方法相比以前的人工开挖具有施工工期短、效率高、节约成本、可靠性强等优点，已经在许多国家被广泛应用。当遇到地下地层复杂、大直径管道穿越以及穿越河流等因距离长、管径大和深度有要求的情况时，对钻机性能提出较大考验。钻架通过液压缸和连杆与履带底盘连接，液压缸的伸缩可以实现钻架与地面角度的调节，调整角度为8°～18°。钻架上方两侧焊接有导轨，方便给进架和夹持器在钻架上前后移动。钻架的一侧设有工作平台，方便工人上下钻架，另一侧面装有拖链组件，可以使动力头和夹持器运动时油管随动。钻架的前端焊接有地锚轴，通过地锚轴连接地锚板，在施工时地锚板会固定于地面，使钻架固定不动，方便施工。

2.4钻导向孔

在穿越施工开展时，为了保证钻进曲线圆滑及定向穿越精度能够达到要求标准，要采取下列措施处理：测量定向钻基础数据，通过测量获取到穿越设计方位角、测量出入土点与出土点两者之间的距离和高度差，测量出采用钻具的具体长度，而且要将误差控制在合理允许范围内，确保施工作业顺利进行，保证建设的工程质量可以达到预期。在确保基础数据准确无误的基础上，工作人员利用计算机严格依据事先设计好的曲线对钻头在钻进作业时的钻进方向进行调整，控向需要逐步完成，整个施工开展期间，不得出现急剧调转方向的现象，避免发生卡钻等不良问题，以免由于采用的单根钻杆调整角度过大而出现偏差，从而出现S型钻孔。若作业中采用的单根钻杆角度改变过大，施工人员要及时将该根钻杆抽回，重新钻进，确保钻进能够达到设计要求。钻进期间一旦遇到泥浆压力异常情况，工作人员要对钻进情况进行分析，如果情况必要，要将钻杆抽回几根，对钻进方向进行调整，经过调整，确定方向符合要求后，再开展后续施工。需要特别注意的是，定向钻进敷管穿越公路、河流、铁路时，最小穿越层厚度必须要达到相关专业的具体要求，如果相关专业没有特殊要求，需要符合给水管道最小覆土要求。

结语

水平定向钻法管道穿越工程技术中导向轨迹设计是本技术中非常重要的一个环节，其关系到方案的技术合理性和工程经济性，需结合穿越场地的地层信息和空间合理设计先导孔轨迹，同时应重视管道回拖力计算，这是正确选择水平定向钻的直接影响因素。水平定向钻法管道穿越工程技术在城市复杂综合管线背景下的成功应用可以大幅降低设计、施工、建设管理等环节的沟通协调难度，对道路交通及环境影响甚微，相比开挖铺管体现了充分的优越性和科学性。我国从引进该技术到现在已成功应用近３０年，积累了丰富的工程经验，可在类似城市复杂综合管线背景下推广应用。

参考文献

［1］刘盛兵，向启贵，刘坤.水平定向钻穿越施工及其风险控制措施探讨［J］.石油与天然气化工，2008，37（4）：353-356.

［2］陈锦.非开挖水平定向钻导向轨迹设计［J］.中国房地产业，2011（9）：246，261.

［3］董智杰.复杂地层下水平定向钻施工技术［J］.水科学与工程技术，2019（1）：80-83.