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【摘要】市政给水工程建设的环境较为复杂，既有建（构）筑物、地层等均会对正常施工造成影响，传统的开挖方法易破坏现场环境，阻碍城市交通。本文对市政给水工程定向钻进技术及拖拉管施工技术进行探讨。
【关键词】市政工程;定向钻进;拖拉管
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
21.
1、工程概况
市政给水工程沿线建设需穿越大桥，出于减小对周边不良影响的目的，采用非开挖铺设工艺，以便高效完成管道的铺设作业。穿越路段为快速路，采用PE管，管径DN800mm，过路铺管长度约128m，铺设施工现场的地层以砂层为主。
2、施工技术要点
2.1现场勘查放线
全面落实现场勘查放线工作后，一方面可帮助工程人员准确掌握地下管线的实际情况，包含其分布特点、走向以及敷设深度;另一方面，能够给新铺管道的规划提供参考依据，提高新旧管线的协调性。以建设单位提供的管线资料为主要参考依据，从中确定地下管线的实际分布特点，预测可能出现的管道并段，再由专员打开井盖，下井做全方位的观察，精准掌握实际情况，根据所得检测数据绘制管线草图，合理规划新铺管道地钻进轨迹及深度。
2.2配套施工机械
以前期所确定的钻进轨迹和深度为主要依据，配备水平定向钻机，使其精准就位，調整钻具的入射角度，以便正式进入导向钻进施工环节。
2.3导向钻进施工
导向孔轨迹为关键控制对象，通常包含三部分：（1）直线段，指的是管道穿越地层的实际长度;（2）入土侧造斜段，可将其视为过渡段，指的是钻杆进入铺管的深度;（3）出土侧造斜段，也为过渡段，分布在管路的末端，指的是钻杆露出地表的部分。结合现场作业条件，将入土角设为12°，出土角设为8°。造斜段的精确程度将直接对导向钻进的最终质量带来显著影响，因此遵循平缓、渐进的基本原则，保证轨迹具有平滑的特点。在完成工作坑的开挖作业后，步履式导航仪和非开挖铺管钻机协同作业，正式进入导向孔施工环节。钻机采用的是业内较主流的ZT-45型非开挖铺管钻机，该设备的最大铺管管径DN1000mm，最大铺管长度250m，回拖力450kN，本工程使用PE管，管径DN800mm，选择400D的曲率半径可以满足施工需要，配套的泥浆泵可提供的最大压力为12MPa。导向孔施工期间，灵活调控导向钻头前的斜掌，使其发生转动及推进行为，实现对土体的挤压，而此过程中土体将给斜掌提供反作用力，其能够带动钻头发生方向的变化，以便钻头可按照既定的路径逐步推进，由此形成导向孔。
2.4回扩孔
（1）经导向钻孔作业后，依次配套相应直径的钻头，以便扩孔。扩径孔径取管径的1.2～1.5倍，从280mm开始，按100mm的增量逐级加大，直至达到1180mm为止，共10级，期间不可出现跳级扩孔的情况。
（2）为保证每级的扩孔质量，施工期间采取均匀旋转回拉和泥浆相结合的方法，此时可有效确保孔壁厚度的合理性，而残留在孔内的多余泥沙也能够被快速排出，在完成铺管作业后，原先挤压的泥土受应力的作用而发生自然回填行为，孔内的密实度较高，空隙量大幅减少。
（3）回扩孔施工过程中，回转速度、回压力、挤压力均要得到有效控制，在喷射水流时应保证其压力与流量的合理性，以免因某项指标不合理而出现孔壁残缺的情况。通过对优质配比泥浆的应用，在孔内构成完整的泥浆层，削弱孔内地层对管的作用力，确保管的稳定性与完整性。
（4）扩孔施工期间，每级级差不可超过10cm，在完成扩孔作业后需随即组织泥浆清孔，在较短时间内形成泥浆层。从现场施工条件来看，部分地段存在稳定性不足的砂层，为维持砂层的稳定，采用的是高转速的回扩孔施工方式，尽可能缩短对砂层扰动的持续时间，降低孔壁失稳现象的发生概率。
2.5泥浆施工工艺要点
2.5.1泥浆配制方法
砂层施工所用泥浆应具备有效造壁、护壁及润滑的特点，应提前组织配比试验，确定性能处于最佳状态下的配合比，以每1L的泥浆为例，其主要掺入物质及用量为40g膨润土（主剂）、3gNa2C03（分散剂）、0.06%的梭甲基纤维素钠Na-CMC（降失水剂）及0.04%的水解聚丙烯酞胺PHP（增粘剂），按照该用量标准拌制泥浆，加水并给予持续的搅拌处理，使混合后的泥浆满足黏度为36s、pH值为8、密度为1.15g/cm3的要求。从实际应用效果来看，通过该泥浆的应用能够有效使钻屑和泥浆胶合，起到支撑钻孔的作用，由此降低塌孔的发生概率。
2.5.2泥浆量的监测
回扩孔过程中应加强对泥浆量的监测，尤为关键的是入口、出口工作坑两个部分，及时掌握两处的泥浆变化特点。砂层条件下的护壁难度有所加大，为确保安全和质量，严格控制入口和出口工作坑内的泥浆量，使其液面能够漫过孔口，使得孔内的泥浆维持饱满的状态，若不满足此要求则及时向坑内补充泥浆。
2.6回拖管就位
非开挖铺管施工全流程中，回拖管为收尾环节，同时对整体施工质量具有决定性的影响。在完成最后一次扩孔作业且无质量问题后即可组织回拖管作业。施工现场以砂层为主，其稳定性不足，应当严格协调两道工序，保证其衔接时间的合理性，富有秩序性地完成扩孔与回拖管作业。
3、施工注意事项
多方面因素均会对水平定向钻拉管施工效果造成影响，此处则对较为关键的几项主导因素展开分析。
3.1导向孔轨迹的控制
导向孔轨迹不可存在过大的弯曲或弧度，否则不利于回扩孔作业的顺利开展，易对地层造成扰动性影响。并且，若存在“蛇形”钻孔轨迹也将加大回拖管期间的阻力，难以高效推进相关工作。原则上导向孔轨迹应具有平直的特点。
3.2成孔质量的控制
水平定向钻成孔施工主要包含两个环节：首先为导向孔施工，成孔的质量将对施工精度造成影响;随后再组织回扩孔施工，此环节将直接影响铺管的最终成效。扩孔的基本目标在于加大孔径，给管线的铺设创设良好的条件，避免回拖管过程中阻力过大的情况。回扩孔应逐级依次推进，在有序落实多级扩孔作业后可反复加固孔壁，提高其稳定性，并且也可修正弯孔，提高其顺直性。
3.3泥浆质量的控制
泥浆是钻孔施工中的关键材料，其性能表现将直接对施工的效率和效果产生影响。在水平定向钻拉管施工期间，应加强对泥浆配比以及拌和方法的优化，保证制得的泥浆可达到平衡地层压力、携带钻屑、加固孔壁等多重效果。
3.3.1压力的均衡性控制
经钻进后，地层的原始压力平衡状态受到破坏，若能够合理优化泥浆密度，则可以维持孔内液柱压力的合理性，使其与地层压力保持相适应的关系，由此构建新的压力平衡状态，保证孔壁的完整性，避免安全问题或质量问题。
3.3.2钻屑清理质量的控制
泥浆携带钻屑，使其转至地面处，再用专业的净化设备加以处理，清理该处的钻屑，而后泥浆再次回到孔内。在整个钻屑清理流程中，泥浆具有“运输”的作用。并且，泥浆具有触变性，若暂停循环作业可在短时间内形成凝胶状结构，稳定悬浮的钻屑，以免因钻屑下落而引发埋钻现象。
3.3.3孔壁质量的控制
泥浆需具有抑制泥页岩水化膨胀的特性，以免因泥页岩的状态发生变化而引发缩颈、垮塌等质量问题。并且，泥浆需在孔壁处有效形成薄膜，利用该部分缓解泥浆对孔壁的冲刷作用，使成型的孔洞具有平顺的特点，并降低扭矩，削减阻力。
结语：
通过定向钻进技术和拖拉管施工技术的应用可减少开挖量，避免地面交通中断的现象，且以先进的技术为驱动，高效完成给水工程的建设工作，实现与城市发展的有机协调，可作为市政管网工程的技术参考。
参考文献：
[1]邹海宝.市政道路埋管施工中非开挖施工技术的应用[J].工程建设与设计，2019（14）：127-128.
[2]林陶.拖拉管在市政排水工程中的应用探析[J].低碳世界，2019（21）：156-157.
【关键词】市政工程;定向钻进;拖拉管
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
21.
1、工程概况
市政给水工程沿线建设需穿越大桥，出于减小对周边不良影响的目的，采用非开挖铺设工艺，以便高效完成管道的铺设作业。穿越路段为快速路，采用PE管，管径DN800mm，过路铺管长度约128m，铺设施工现场的地层以砂层为主。
2、施工技术要点
2.1现场勘查放线
全面落实现场勘查放线工作后，一方面可帮助工程人员准确掌握地下管线的实际情况，包含其分布特点、走向以及敷设深度;另一方面，能够给新铺管道的规划提供参考依据，提高新旧管线的协调性。以建设单位提供的管线资料为主要参考依据，从中确定地下管线的实际分布特点，预测可能出现的管道并段，再由专员打开井盖，下井做全方位的观察，精准掌握实际情况，根据所得检测数据绘制管线草图，合理规划新铺管道地钻进轨迹及深度。
2.2配套施工机械
以前期所确定的钻进轨迹和深度为主要依据，配备水平定向钻机，使其精准就位，調整钻具的入射角度，以便正式进入导向钻进施工环节。
2.3导向钻进施工
导向孔轨迹为关键控制对象，通常包含三部分：（1）直线段，指的是管道穿越地层的实际长度;（2）入土侧造斜段，可将其视为过渡段，指的是钻杆进入铺管的深度;（3）出土侧造斜段，也为过渡段，分布在管路的末端，指的是钻杆露出地表的部分。结合现场作业条件，将入土角设为12°，出土角设为8°。造斜段的精确程度将直接对导向钻进的最终质量带来显著影响，因此遵循平缓、渐进的基本原则，保证轨迹具有平滑的特点。在完成工作坑的开挖作业后，步履式导航仪和非开挖铺管钻机协同作业，正式进入导向孔施工环节。钻机采用的是业内较主流的ZT-45型非开挖铺管钻机，该设备的最大铺管管径DN1000mm，最大铺管长度250m，回拖力450kN，本工程使用PE管，管径DN800mm，选择400D的曲率半径可以满足施工需要，配套的泥浆泵可提供的最大压力为12MPa。导向孔施工期间，灵活调控导向钻头前的斜掌，使其发生转动及推进行为，实现对土体的挤压，而此过程中土体将给斜掌提供反作用力，其能够带动钻头发生方向的变化，以便钻头可按照既定的路径逐步推进，由此形成导向孔。
2.4回扩孔
（1）经导向钻孔作业后，依次配套相应直径的钻头，以便扩孔。扩径孔径取管径的1.2～1.5倍，从280mm开始，按100mm的增量逐级加大，直至达到1180mm为止，共10级，期间不可出现跳级扩孔的情况。
（2）为保证每级的扩孔质量，施工期间采取均匀旋转回拉和泥浆相结合的方法，此时可有效确保孔壁厚度的合理性，而残留在孔内的多余泥沙也能够被快速排出，在完成铺管作业后，原先挤压的泥土受应力的作用而发生自然回填行为，孔内的密实度较高，空隙量大幅减少。
（3）回扩孔施工过程中，回转速度、回压力、挤压力均要得到有效控制，在喷射水流时应保证其压力与流量的合理性，以免因某项指标不合理而出现孔壁残缺的情况。通过对优质配比泥浆的应用，在孔内构成完整的泥浆层，削弱孔内地层对管的作用力，确保管的稳定性与完整性。
（4）扩孔施工期间，每级级差不可超过10cm，在完成扩孔作业后需随即组织泥浆清孔，在较短时间内形成泥浆层。从现场施工条件来看，部分地段存在稳定性不足的砂层，为维持砂层的稳定，采用的是高转速的回扩孔施工方式，尽可能缩短对砂层扰动的持续时间，降低孔壁失稳现象的发生概率。
2.5泥浆施工工艺要点
2.5.1泥浆配制方法
砂层施工所用泥浆应具备有效造壁、护壁及润滑的特点，应提前组织配比试验，确定性能处于最佳状态下的配合比，以每1L的泥浆为例，其主要掺入物质及用量为40g膨润土（主剂）、3gNa2C03（分散剂）、0.06%的梭甲基纤维素钠Na-CMC（降失水剂）及0.04%的水解聚丙烯酞胺PHP（增粘剂），按照该用量标准拌制泥浆，加水并给予持续的搅拌处理，使混合后的泥浆满足黏度为36s、pH值为8、密度为1.15g/cm3的要求。从实际应用效果来看，通过该泥浆的应用能够有效使钻屑和泥浆胶合，起到支撑钻孔的作用，由此降低塌孔的发生概率。
2.5.2泥浆量的监测
回扩孔过程中应加强对泥浆量的监测，尤为关键的是入口、出口工作坑两个部分，及时掌握两处的泥浆变化特点。砂层条件下的护壁难度有所加大，为确保安全和质量，严格控制入口和出口工作坑内的泥浆量，使其液面能够漫过孔口，使得孔内的泥浆维持饱满的状态，若不满足此要求则及时向坑内补充泥浆。
2.6回拖管就位
非开挖铺管施工全流程中，回拖管为收尾环节，同时对整体施工质量具有决定性的影响。在完成最后一次扩孔作业且无质量问题后即可组织回拖管作业。施工现场以砂层为主，其稳定性不足，应当严格协调两道工序，保证其衔接时间的合理性，富有秩序性地完成扩孔与回拖管作业。
3、施工注意事项
多方面因素均会对水平定向钻拉管施工效果造成影响，此处则对较为关键的几项主导因素展开分析。
3.1导向孔轨迹的控制
导向孔轨迹不可存在过大的弯曲或弧度，否则不利于回扩孔作业的顺利开展，易对地层造成扰动性影响。并且，若存在“蛇形”钻孔轨迹也将加大回拖管期间的阻力，难以高效推进相关工作。原则上导向孔轨迹应具有平直的特点。
3.2成孔质量的控制
水平定向钻成孔施工主要包含两个环节：首先为导向孔施工，成孔的质量将对施工精度造成影响;随后再组织回扩孔施工，此环节将直接影响铺管的最终成效。扩孔的基本目标在于加大孔径，给管线的铺设创设良好的条件，避免回拖管过程中阻力过大的情况。回扩孔应逐级依次推进，在有序落实多级扩孔作业后可反复加固孔壁，提高其稳定性，并且也可修正弯孔，提高其顺直性。
3.3泥浆质量的控制
泥浆是钻孔施工中的关键材料，其性能表现将直接对施工的效率和效果产生影响。在水平定向钻拉管施工期间，应加强对泥浆配比以及拌和方法的优化，保证制得的泥浆可达到平衡地层压力、携带钻屑、加固孔壁等多重效果。
3.3.1压力的均衡性控制
经钻进后，地层的原始压力平衡状态受到破坏，若能够合理优化泥浆密度，则可以维持孔内液柱压力的合理性，使其与地层压力保持相适应的关系，由此构建新的压力平衡状态，保证孔壁的完整性，避免安全问题或质量问题。
3.3.2钻屑清理质量的控制
泥浆携带钻屑，使其转至地面处，再用专业的净化设备加以处理，清理该处的钻屑，而后泥浆再次回到孔内。在整个钻屑清理流程中，泥浆具有“运输”的作用。并且，泥浆具有触变性，若暂停循环作业可在短时间内形成凝胶状结构，稳定悬浮的钻屑，以免因钻屑下落而引发埋钻现象。
3.3.3孔壁质量的控制
泥浆需具有抑制泥页岩水化膨胀的特性，以免因泥页岩的状态发生变化而引发缩颈、垮塌等质量问题。并且，泥浆需在孔壁处有效形成薄膜，利用该部分缓解泥浆对孔壁的冲刷作用，使成型的孔洞具有平顺的特点，并降低扭矩，削减阻力。
结语：
通过定向钻进技术和拖拉管施工技术的应用可减少开挖量，避免地面交通中断的现象，且以先进的技术为驱动，高效完成给水工程的建设工作，实现与城市发展的有机协调，可作为市政管网工程的技术参考。
参考文献：
[1]邹海宝.市政道路埋管施工中非开挖施工技术的应用[J].工程建设与设计，2019（14）：127-128.
[2]林陶.拖拉管在市政排水工程中的应用探析[J].低碳世界，2019（21）：156-157.