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【摘 要】 针对长城窝堡矿井水源管路工程，横穿穿西马莲河一段的施工，采用了导向钻进引管技术，实现了施工速度快，质量好，对周围环境影响小等效果。
【关键词】 泥浆护壁;超前支护;跟管钻进;反向扩孔;回拖铺管
一、工程概况
本工程为长城窝堡矿井水源管路工程，施工场地位于沈阳市康平县张强镇。水源井至长城窝堡矿井管路全长7526米，采用DN315×18.7-1.0Mpa给水PE管，电热熔连接，采用直埋方式铺设，管道覆土不小于1.7米。管道工作压力1.0Mpa，安装完毕后进行水压试验，试验压力1.5Mpa。其中管路横穿西马莲河一段，即DK1+815至DK2+051之间，共计236米，采用导向跟管钻进技术进行超长引管施工。该段位处河道之下，地下土层为砂质粘土，采用泥浆护壁技术在险情段软弱围岩超前支护的辅助措施，单向一次性钻进引管长度236m，在施工中取到了明显的成效。通过对“导向跟管钻进技术”原理、工艺、施工控制的应用，指出该技术的优点，希望对类似工程的施工有一定的参考和指导价值。
二、导向钻进引管铺设管道施工技术与应用
导向钻进引管施工技术主要包括导向孔钻进和扩孔拉管两部分。先利用导向钻机、导向仪及有关钻具，沿设计铺设管线的设计轨迹线上钻进一个导向孔，将孔径扩大到比预铺设管线的总直径大一级，同时将管同步牵入孔内，实施非开挖铺设管道。
（1）施工工序：施工准备（包括地质条件、场地、地下管网复查、测量放样等）→导向孔轨迹设计→工作坑开挖→钻机就位→钻机安装→导向钻进→管道熔接→扩孔牵管→连接井砌筑→恢复地面。
（2）施工机械及材料：①GBS-20型导向钻机1台（套）;②ECLIPSE（月蚀）导向仪1台（套）;③导向钻头、扩孔器等1套;④8t吊车1台;⑤24kVA电焊机2台;⑥75kW发电机4台;⑦DN100型泥浆泵4台;⑧SHD-315热熔机4台;⑨DN315×18.7PE管240米。
导向钻机钻头和导向仪是导向钻进技术施工中的主要设备。导向钻头具有成孔、造斜和发射的功能。成孔通过高压水射流和切削作用共同完成，造斜由带斜面的导向钻头与钻机导向仪器相互配合实现。造斜强度大小与地质条件、钻头斜面角度、给进力大小、高压射流压力和流速、钻杆柔韧性等有关。导向仪器是导向钻进的“眼睛”，手持式导向仪由地下钻头、手持式地面接收仪和同步显示仪等3部分组成，以无线电波为信号载体传输信息，可随时反映钻头在地下的位置、深度、顶角、工具面向角以及温度和电池状况等参数，使操作人员及时、准确地掌握孔内的情况，随时调整钻进参数，达到准确钻进的目的。
（3）导向钻杆轨迹设计
设计钻杆的钻进轨迹是导向钻进技术施工的关键，受许多因素制约，其中最主要的是施工现场的地面和地下条件。地面条件包括地形地貌以及周围建筑物、绿化带等;地下条件包括地下水和地质情况等。导向孔轨迹一般由第一段造斜段、直线段和第二段造斜段组成。（如图1）第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二造斜段是钻杆出露地表的过渡段，直线长度是管线穿越障碍物河道的实际长度。
本工程管道为DN315PE管材，横穿西马莲河段的两端施工场地比较平坦开阔，平均埋深为3米，且地下为粉质粘土地质较均匀。根据PE管的柔性很好，为了节省工程造价，将本工程导向孔轨迹设计成如图2所示：由第一造斜段、直线段和接收坑组成。具体参数L1按1/2考虑如下：L1=1/2×（2R1-H）=23.8m（其中H=3m，d=315mm，R1=1200d=378m）;L=236m，即实际引管长度236m。
（4）导向孔钻进。
钻机的安装和调试，钻机安装在入土点，与出土点在同一轴线上，左右误差不超过30mm，钻机入土角为12°。定向钻机的锚固：钻机就位前入土点往后1.5m开挖锚坑1个（长2m×深1.2m），钢筋砼现浇。强度为C30，螺纹钢筋直径25mm，垂直钢筋间距为0.5m，纵向钢筋间距为1.0m，砼表面留置长度为0.25-0.30m，便于和钻机焊接固定。
将钻机主机就位，并将地锚箱连接好、泥浆系统、钻杆、辅助动力源、工具房等。接好各种液压管线、泥浆管线及控制电缆等。全部组装完毕，仔细检查确认后，设备进行试运转：调试钻机系统，认真观察各表盘指示是否正常，各操作手柄是否回位，调校控向系统，将测量数据存储在计算机内：调试泥浆系统。
导向孔施工是整个工程的关键，要严格按轨迹设计参数和水平定向钻进管线铺设工程技术规范施工。本次选用直径150mm导向钻头，直径73加强钻杆进行导向孔的施工。①钻机导向孔的钻具组合为：导向钻头+控向仪+钻杆，导向钻头里面的发射棒把信号发射到地面控制仪，便于随时掌控方位和深度。②在定向穿越施工过程中，随时根据显示器提供的数据与设计的轨变对比，如钻进轨变出现偏差，则需将钻杆撤回重新钻，或向相反方向钻进矫正。施工过程中谨慎处理控向数据，并适当控制钻进速度。③定向钻钻进曲线应严格按照穿越施工规范和设计图纸曲线要求进行。出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的1%，且不大于10m;横向偏差不大于穿越长度的2%，且不大约2m。
（5）反向扩孔
导向孔完成后，卸下起始杆和导向钻头，安装回扩钻头进行逐级回扩，根据地层特点，合理控制回扩钻进速度，以利于排渣。分三次回扩、最后一次回扩合理采用相应挤扩式钻头，如回托力和回托扭矩较大，则需多回托一次，利于孔壁成型和稳定。考虑到穿越管道直径大，穿越长度长（近236米），地层复杂，设计最终回扩为直径400mm。
（6）回拖铺管
扩孔成功后，可以进行回啦管道工序。在回拖前要进行管线连接的工序，用热熔机将实壁PE管连接成与成孔长度相当的管道。准备好后，将管道与扩孔器相连，回拉将管道牵引进入充满泥浆的孔洞中。完成牵引管路施工作业。
三、结论
导向钻进引管铺设管道施工技术是一种较新的施工管路的技术，在铁能集团施工的管路工程中很少使用，这次在长城窝堡矿井水源管路工程横穿西马莲河段的应用中，总结了施工经验，为今后的更多有特殊障碍的管路工程积累丰富的经验数据，为将来更复杂的管路工程施工提供一定的借鉴作用。
作者简介：刘睿（1966-），男，汉族，1992年毕业于辽宁工程技术大学（原阜新矿业学院），现为铁煤集团大强煤矿土建科主任工程师，高级工程师。
【关键词】 泥浆护壁;超前支护;跟管钻进;反向扩孔;回拖铺管
一、工程概况
本工程为长城窝堡矿井水源管路工程，施工场地位于沈阳市康平县张强镇。水源井至长城窝堡矿井管路全长7526米，采用DN315×18.7-1.0Mpa给水PE管，电热熔连接，采用直埋方式铺设，管道覆土不小于1.7米。管道工作压力1.0Mpa，安装完毕后进行水压试验，试验压力1.5Mpa。其中管路横穿西马莲河一段，即DK1+815至DK2+051之间，共计236米，采用导向跟管钻进技术进行超长引管施工。该段位处河道之下，地下土层为砂质粘土，采用泥浆护壁技术在险情段软弱围岩超前支护的辅助措施，单向一次性钻进引管长度236m，在施工中取到了明显的成效。通过对“导向跟管钻进技术”原理、工艺、施工控制的应用，指出该技术的优点，希望对类似工程的施工有一定的参考和指导价值。
二、导向钻进引管铺设管道施工技术与应用
导向钻进引管施工技术主要包括导向孔钻进和扩孔拉管两部分。先利用导向钻机、导向仪及有关钻具，沿设计铺设管线的设计轨迹线上钻进一个导向孔，将孔径扩大到比预铺设管线的总直径大一级，同时将管同步牵入孔内，实施非开挖铺设管道。
（1）施工工序：施工准备（包括地质条件、场地、地下管网复查、测量放样等）→导向孔轨迹设计→工作坑开挖→钻机就位→钻机安装→导向钻进→管道熔接→扩孔牵管→连接井砌筑→恢复地面。
（2）施工机械及材料：①GBS-20型导向钻机1台（套）;②ECLIPSE（月蚀）导向仪1台（套）;③导向钻头、扩孔器等1套;④8t吊车1台;⑤24kVA电焊机2台;⑥75kW发电机4台;⑦DN100型泥浆泵4台;⑧SHD-315热熔机4台;⑨DN315×18.7PE管240米。
导向钻机钻头和导向仪是导向钻进技术施工中的主要设备。导向钻头具有成孔、造斜和发射的功能。成孔通过高压水射流和切削作用共同完成，造斜由带斜面的导向钻头与钻机导向仪器相互配合实现。造斜强度大小与地质条件、钻头斜面角度、给进力大小、高压射流压力和流速、钻杆柔韧性等有关。导向仪器是导向钻进的“眼睛”，手持式导向仪由地下钻头、手持式地面接收仪和同步显示仪等3部分组成，以无线电波为信号载体传输信息，可随时反映钻头在地下的位置、深度、顶角、工具面向角以及温度和电池状况等参数，使操作人员及时、准确地掌握孔内的情况，随时调整钻进参数，达到准确钻进的目的。
（3）导向钻杆轨迹设计
设计钻杆的钻进轨迹是导向钻进技术施工的关键，受许多因素制约，其中最主要的是施工现场的地面和地下条件。地面条件包括地形地貌以及周围建筑物、绿化带等;地下条件包括地下水和地质情况等。导向孔轨迹一般由第一段造斜段、直线段和第二段造斜段组成。（如图1）第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二造斜段是钻杆出露地表的过渡段，直线长度是管线穿越障碍物河道的实际长度。
本工程管道为DN315PE管材，横穿西马莲河段的两端施工场地比较平坦开阔，平均埋深为3米，且地下为粉质粘土地质较均匀。根据PE管的柔性很好，为了节省工程造价，将本工程导向孔轨迹设计成如图2所示：由第一造斜段、直线段和接收坑组成。具体参数L1按1/2考虑如下：L1=1/2×（2R1-H）=23.8m（其中H=3m，d=315mm，R1=1200d=378m）;L=236m，即实际引管长度236m。
（4）导向孔钻进。
钻机的安装和调试，钻机安装在入土点，与出土点在同一轴线上，左右误差不超过30mm，钻机入土角为12°。定向钻机的锚固：钻机就位前入土点往后1.5m开挖锚坑1个（长2m×深1.2m），钢筋砼现浇。强度为C30，螺纹钢筋直径25mm，垂直钢筋间距为0.5m，纵向钢筋间距为1.0m，砼表面留置长度为0.25-0.30m，便于和钻机焊接固定。
将钻机主机就位，并将地锚箱连接好、泥浆系统、钻杆、辅助动力源、工具房等。接好各种液压管线、泥浆管线及控制电缆等。全部组装完毕，仔细检查确认后，设备进行试运转：调试钻机系统，认真观察各表盘指示是否正常，各操作手柄是否回位，调校控向系统，将测量数据存储在计算机内：调试泥浆系统。
导向孔施工是整个工程的关键，要严格按轨迹设计参数和水平定向钻进管线铺设工程技术规范施工。本次选用直径150mm导向钻头，直径73加强钻杆进行导向孔的施工。①钻机导向孔的钻具组合为：导向钻头+控向仪+钻杆，导向钻头里面的发射棒把信号发射到地面控制仪，便于随时掌控方位和深度。②在定向穿越施工过程中，随时根据显示器提供的数据与设计的轨变对比，如钻进轨变出现偏差，则需将钻杆撤回重新钻，或向相反方向钻进矫正。施工过程中谨慎处理控向数据，并适当控制钻进速度。③定向钻钻进曲线应严格按照穿越施工规范和设计图纸曲线要求进行。出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的1%，且不大于10m;横向偏差不大于穿越长度的2%，且不大约2m。
（5）反向扩孔
导向孔完成后，卸下起始杆和导向钻头，安装回扩钻头进行逐级回扩，根据地层特点，合理控制回扩钻进速度，以利于排渣。分三次回扩、最后一次回扩合理采用相应挤扩式钻头，如回托力和回托扭矩较大，则需多回托一次，利于孔壁成型和稳定。考虑到穿越管道直径大，穿越长度长（近236米），地层复杂，设计最终回扩为直径400mm。
（6）回拖铺管
扩孔成功后，可以进行回啦管道工序。在回拖前要进行管线连接的工序，用热熔机将实壁PE管连接成与成孔长度相当的管道。准备好后，将管道与扩孔器相连，回拉将管道牵引进入充满泥浆的孔洞中。完成牵引管路施工作业。
三、结论
导向钻进引管铺设管道施工技术是一种较新的施工管路的技术，在铁能集团施工的管路工程中很少使用，这次在长城窝堡矿井水源管路工程横穿西马莲河段的应用中，总结了施工经验，为今后的更多有特殊障碍的管路工程积累丰富的经验数据，为将来更复杂的管路工程施工提供一定的借鉴作用。
作者简介：刘睿（1966-），男，汉族，1992年毕业于辽宁工程技术大学（原阜新矿业学院），现为铁煤集团大强煤矿土建科主任工程师，高级工程师。