第３期（总第１４６期） 中国子跋譬 Ｎｏ．３（ＳｅｒｉａＩ Ｎｏ．１４６） ２０１０年６月 ＣＨＩＮＡ ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊｕｎ．２０１０ 非开挖技术之定向钻进施工及其质量控制 刘伟雄 （深圳市利源水务设计咨询有限公司，广东深圳５１８０３０） 摘要：通过横穿某城际市政道路的定向钻进施工工程实例，从施工角度介绍定向钻进施工的工序流程及其做法。着重 介绍了定向钻进施工技术和从监理角度探讨了质量控制及验收方法。 关键词：非开挖技术；定向钻进施工；管道铺设；质量验收 中图分类号：Ｔｕｇ９０．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—４６５５（２０１０）０３－００５６－０２ １ 工程概况 工前．根据地质情况制定泥浆配制体系。通过控制 某市政工程是深圳市至汕头市一级公路改造的 压力、调整泥浆浓度、钻杆旋转速度，以完成正常 配套给水工程 地下给水管道横向穿过深汕路的机 钻进作业 针对不同地质条件和各钻进距离．调整 动车道、非机动车道、人行道及绿化带。常规明开 加入的各种聚合物．保证施工过程中孔洞稳定、提 挖施工需要封路、破路。由于深汕路车流量非常大， 高泥浆的抑制性、形成规则稳定的井壁和降低摩阻 为避免破路铺设管道施工给繁忙的交通带来干扰和 以减少钻井扭矩及推进阻力．从而达到提高机械钻 阻碍．所以决定使用非开挖技术的定向钻进施工完 速的目的 同时．要保证泥浆具有良好的孔洞净化 成地下给水管线的铺设。 能力 由于此次施工需要使用泥浆马达．为了满足 本工程导向过路管、水平导向拖拉铺管的给水 泥浆马达的工作压力．泥浆的黏度必须达到６０ ｓ以 管径为ＤＮ６００．长度约９７ ｍ。使用ＨＤＰＥ给水管（聚 上．流量为１ ０００ ｍｉｎ。 乙烯管道）．材质环刚度为１０ ＭＰａ。 ２．２导向孔钻进 ２定向钻进施工方法 １）根据设计轨迹和方位，确定钻机位置、固定 图１为定向钻进施工流程 钻机并连接泥浆系统及辅助系统 测量定位 ２）通过钻机上的各种仪器、仪表的读数来确认 地质层面情况：根据泥浆排出情况．确定调整泥浆 泥浆配制 场地平整 参数。 ３）导向钻进时根据设计好的钻孑Ｌ轨迹．注入膨 钻导向孔 安装钻机 润土泥浆。严格控制导向仪方位、曲线深度。钻出 预扩孔 试设备 精确而曲线平滑的导向孔 ２．３预扩孔 管道与钻具连接 导向钻孔完成后．卸掉探测棒．安装上楔形挤 扩器，分别用１５０、３００、４００、６００、８００、１ ０００ ｈｉｍ ｔ 进行逐级扩孔（根据实际情况确定）。经二次扩孔后 ， 将卵石挤向周边形成孑Ｌ洞．并根据各段不同土质配 拆卸钻机 制不同浓度的泥浆．使每次扩孔时回拖力的数值和 清理场地．地貌恢复 扭矩值控制在钻机正常工作参数之内 若回拖力的 图１ 定向钻进施工流程 数值和扭矩等参数过大时．可用１ ０００ ｉｎｎ挤扩器再 进行一次洗孔，以保证孔洞的正确形成。 ２。１ 泥浆配制 ２．４管道回拖 泥浆配比是否合理，对成孔起决定性作用。施 １）扩孑Ｌ完成后，先检查回拉管线。检查合格后 根据现场情况采用发送台作为回拖管线的发送方式 收稿日期：２０１０—０３—３０ ５６ 中国子盛工农 刘伟雄：非开挖技术之定向钻进施工及其质量控制 ２０１０年第３期 最简单的发送台是以装满膨润土的包装袋作为基座． 在包装袋上垫上蛇皮袋．抹上适量的黄油作润滑材 料，减少主管接触面的摩擦．以在进洞前有效地保 护主管的防腐层 ２）管道回拖时按以下顺序进行钻具与管道连接： 动力头一动力头保护短节一钻杆一扩孔器一旋转接 头一Ｕ型环一拖拉头一管线。拖头与回拖管线焊接后 进行回拖 施工中根据钻进时获取的资料调配不同 的泥浆浓度 ３）回拖的同时根据钻机参数注入适当量的泥浆． 减少管道与孔壁的摩擦．确保管壁防腐层不被破坏． 并能使管道与孔壁的缝隙充分填满 通过膨润土的 膨化作用完成孔壁与原土的完整结合 ４）回拖管道完成后割下拖头、焊上母板．进行 管口保护 ２．５ 完工作业 回拖管线完成后进行回流泥浆处理．清洗钻机： 撤离现场．进行现场地貌恢复：整理竣工资料后上 交监理方（或建设方） ３施工技术质量控制措施 ３．１ 防止定向钻在钻子Ｌ时呈“Ｓ”形 在定向钻穿越的施工过程中．导向孔的平滑与 否、能否与设计曲线一致以及杜绝导向孑Ｌ呈“Ｓ”形 是顺利完成穿越施工的先决条件 可采取以下措施 １）测量放线过程中。用全站仪对出、人土点进 行确认。 ２）采用有线控向系统。开钻前校验探头精度， 控向电缆采用加厚耐磨绝缘层的进口电缆．确保在 钻导向孔过程中的控向信号安全 ３）在开钻前．用探头在地面上测得设计轴线方 向对应的地磁方位角，并多点反复测量，保证精度。 ４）施工前进行地质条件分析．按设计曲线在坐 标纸上以每根钻杆连接的方式画出穿越曲线图．给 每根钻杆标号注明相应的地质情况 在钻进过程中． 根据钻进位置的地层情况对泥浆黏度进行控制．随 时根据地质条件调整泥浆压力、泥浆配比等参数． 防止地下塌陷等因素影响钻进方位角 ５）钻机就位后，需精确测量出夹角的大小，计 算出水平漂移量并记录下来 钻孔时每根钻杆改变 的角度应＜０．ｏ．而且不能是连续的上升和下降．避 免钻杆在地层中呈“Ｓ”形．保证钻孔曲线的光滑， 提升导向孑Ｌ的钻进质量 ６）在导向孑Ｌ的钻进过程中．严格监控每根钻杆 的倾角、方位角、地球引力向量等数据；对比预先 计算的结果，如出现穿越偏离设计曲线或水平漂移 的现象，应及时抽回钻杆，调整修改角度．保证穿 越曲线在正常范围之内 ３．２确保定向钻出土点偏差控制在设计范围内 为确保定向钻出土点偏差控制在（设计轴向的） 纵向不大于穿越长度的１％且≤１０ ｍ、横向不大于穿 越长度的０．２％且≤２ ｎｌ的范围内．采取如下措施 １）测量放线过程中，用全站仪反复测量、计算。 确认出土点 ２）对控向探测装置进行消磁及校验．以保证探 头的准确性 ３）对定向穿越轴线采用不同位置．多次复查测 量，取其平均值，减少人为误差 ４）设计与实际相结合。参照实际的水平长度和 地面高程．根据设计图纸中穿越直线段和曲线段的 长度和曲率半径、弧度．采用钻杆连接方式在坐标 纸上做出穿越方案．标明每根钻杆的设计折角及深 度．确保穿越过程中实际的曲线与设计曲线相一致 ５）在穿越前．对穿越区进行磁场测量 如该地 区磁场干扰较强．应建立磁场布控．确保穿越过程 中计算机显示数据的准确性 ６）穿越中，针对回馈资料的ＤＩＰ（磁倾角）、Ｄｅｃ （磁场偏角）和Ｇｔｏｔａｌ（地球引力向量）进行分析。如 出现数据变化较大．不能稳定保持的情况．而穿越 地段又处于河流中间无法进行磁场布控时．应按前 一根钻杆的测量结果来进行综合分析．以便下达正 确的穿越指令 ３．３确保回拖顺利成功 １）施工前对钻机、钻具及泥浆配套系统等设备 进行全面检查及维护保养．确保钻机及其动力系统 性能良好．运转正常：泥浆系统通畅。压力能够满 足回拖要求 对钻杆、无磁钻铤、切割刀和扩孔器 等钻具进行探伤检查（Ｙ射线或Ｘ光检测等），确保钻 具无裂纹．强度满足回拖要求 ２）在钻进过程中．导向孔曲线应符合设计图纸 的要求．且曲线平稳、圆滑。 ３）在最后一次回扩时．采取扩孔器直径比穿越 管道直径大１．５倍的方式进行连接后扩孑Ｌ。扩孔之后 采用扩孔器与管道连接的方式进行回拖，才能保证 在回扩过程中钻机的大部分动力应用在拉力上．从 而避免直接采用切割刀、扩孔器、管道连接而造成 的钻机动力的分散，确保回拖的成功。在回拖时钻 具连接要迅速．尽量缩短钻具在导向孔内的停滞时 （下转第６１页） ５７ 中圄子盛工农 徐国庆：轨道交通站区间隧道中间井施工技术 ２ＯｌＯ年第３期 整．２４～２６ ｍ段局 预防其他幅接缝存在缺陷．考虑到东西两侧存在盾构 进出洞加固区．故对南北两侧每幅地下连续墙接缝位 ０ ＼一∈ １＼－ ＼ Ｘ一６ 』５００ ３ 部混凝土较疏松． ３６～４８ ｍ段有明显 空洞．３６～３７ ｒｎ芯 置（除Ｘ一５，Ｘ一６地下连续墙接缝）各设２根旋喷桩加 固，加固深度为２８～５０ ｍ。地面至２８ｍ处以浆液填充 ４．４井点降水 样明显夹泥．３７～ ４８ ｍ段没有取到芯 鉴于盾构进出洞加固区的旋喷桩仅为３９ ｍ．故 基坑东西两侧地下连续墙接缝无法再采用双高压旋喷 图６钻孔取芯位置图 样．４８～５０ ｍ段未 取到完整岩芯．但根据钻孔进尺速度判断．该段混凝 土比较完整 ４．３接缝加固 桩进行处理，只能采取设置降水井抽降⑦，层水的方 案。设置在基坑外的４口降水井深度为４７ ｍ．在＿２９５～ 一４１．５ ｍ范围内设置滤管．底部１ ｍ设置沉淀管 由于地下连续墙接缝不存在直接的水力沟通．开 在地下连续墙Ｘ一５、Ｘ一６幅接缝部位进行西１ ５００ ｍｍ 双高压旋喷桩加固（见图７），加固深度为２８～５３ ｍ． 挖至３０ ｍ深度时．是不需要抽降坑外承压水的 在 进行３０ ＩＴＩ至基坑底之间的土方开挖过程中．对存在 其中１根直接布置在ｘ一５幅的取芯孔位置．以修补混 凝土缺陷；另１０根呈半圆形布置．一方面用来止水， 另一方面可以形成重力式挡土墙．抵抗水土压力：为 轻微渗水位置，采取封钢板、快速水泥封堵、引流等 措施：如果出现漏水情况．应立即开启降压井．以降 低该土层的水头，同时采取坑内、坑外封堵措施。 ５结语 上海轨道交通１０号线龙柏新村站一龙溪路站区间 隧道的中间井．采用６１ ｍ深的地下连续墙作为围护 结构 由于盾构进出洞区域的旋喷桩加固已经全部结 束．虽十字止水钢板接头形式经过优化．但在基坑开 挖过程中．仍出现接缝处有渗漏现象．因此只能通过 对有渗漏的接缝部位进行 ｌ ５００ ｍｍ双高压旋喷桩加 固，并对存在轻微渗水位置采取封钢板、快速水泥封 堵、引流等措施，终于使中间井施工安全完成。这次 中间井的现场施工．为超深地下连续墙施工技术积累 图７旋喷桩布置图 了经验 ｆ上接第５７页） 间。 直径比穿越管道直径大１．５倍．以减少回拖阻力．同 时减少管道与孑Ｌ壁发生的刮碰现象。 ４）全部连接并检查无误后．用泥浆进行冲洗钻 具．确认钻杆内通畅无异物，泥浆喷嘴畅通无阻后， 正式回拖 ２）泥浆配比随地质情况变化．在回拖时对泥浆 进行处理．加人一定数量的防卡剂、防塌剂，减少 管线和井壁的摩擦阻力．并起到防塌作用 孔内形 成的泥饼要薄、坚韧、质密，失水量要小，黏度在 ６０～８０ ｓ之间即可 ５）管线回拖应连续作业，回拖速度≤２ ｍ／ｍｉｎ。 根据地质变化应随时调整泥浆的黏度和压力。泥浆 应由膨润土、泥浆添加剂和清洁的淡水搅拌而成， ４结语 并保证回拖过程中使管线能悬浮在泥浆当中，以减 小回拖阻力．保护管道的防腐层 ６）回拖过程中．工作井与接收井之间要加强联 系．遇到情况及时处理。 ３．４确保回拖时管道防腐层不被损坏 非开挖技术代替土建施工（挖槽埋管法）．避免 路面开挖．降低施工费用及解决了传统开挖不能施 工的问题 通过施工单位质量自控．以及监理单位 对导向孔钻进前、钻进过程中及回扩过程的轴线、 标高监控测量以及管线回拉后的高程轴线复测、管 道闭水试验、变形检测等工艺指标的控制和检验， 可达到预期制订的质量控制目标 ６１ １）钻导向孔时。要保证导向孑Ｌ圆滑、平整，避 免出现超限的拐角 在回拖时采取的切割刀扩孔器
