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【摘 要】尽管目前非开挖水平定向钻进铺设管道技术相对比较成熟了，但在施工过程中还存在一些问题，如：管道被拉长变形、拉断，回扩钻头进行二次扩孔破坏相邻市政管线，实际所扩孔洞过大导致地面下沉等。本文主要介绍利用吊车辅助施工，解决回拖管道铺设时的上述问题。
【关键词】非开挖；水平定向钻进；铺设管道；吊车
一、前言
起源于国外的水平定向钻进技术作为一种先进的非开挖管道铺设施工技术，在全世界范围内被广泛应用于新建各种地下管道，如热力、电力电信、给排水、燃气等管道，在我国也得到的快速的发展和应用。
虽然此项技术已经比较成熟，但是在实际施工过程中还是会发生一些安全和质量等方面的事故，尤其是在大型城市主要区域里进行地下管道铺设施工时，由于受现场作业空间较小，管道设计埋设深度较大，管道设计铺设轨迹的曲率半径较小，施工区域内地下管线复杂等客观因素的影响，会发生因回扩钻头进行二次扩孔的情况，并可能造成破坏相邻其它市政管线、地面下沉等事故。
为解决水平定向钻进铺设管道施工过程中回扩钻头进行二次扩孔的问题，本文首先对工程项目中发生的质量事故进行全面的分析和论述，然后试图根据分析得到的事故原因和影响要素寻找有效解决问题的方法，最终达到有效解决回扩钻头进行二次扩孔的问题，保证施工安全和质量，以及提高施工效率，降低施工成本的目的。
二、施工案例
（一）工程慨况
本工程为北京市西城区电信管道入地工程，施工地点位于北京市西城区闹市口大街，根据设计方案，采用水平定向钻进工艺铺设电信管道，管材规格为18×DN110mmPE盘管，单根长度为62m。
（二）施工现场情况
施工现场位于北京西城区闹市口大街，如图2-1施工平面示意图所示，设计电信管线横穿现况道路，由于闹市口大街为城区内交通主干道，不宜采取明开挖铺设施工方法，为最大限度的降低施工对周边交通、环境的影响，设计采用水平定向钻进工艺进行管道铺设施工。需在现况道路两侧，即东西两侧人行步道处开挖2座工作坑，其中1座为砌井坑，位于西侧，开挖尺寸为2m×2m×1.5m，另一座为拉管坑，位于东侧，开挖尺寸为3m×3m×2m。
图 2-1 施工平面示意图
（三）工程质量问题
在进行回拖铺管过程中，当管材进孔约9m时，工作坑内瞬间流出大量清水，经现场调查：原因可能是扩孔钻头将设计铺管孔洞上方的DN600mm自来水管打裂了。联系自来水公司相关人员后发现施工区域内自来水主管道的压力有异常情况，最终证实DN600mm自来水管道发生损坏。
根据施工方案和实际导向记录得知，设计所扩孔洞上顶和自来水下底之间应该有约50cm安全距离，施工中第一遍扩孔用DN330mm钻头扩孔带钻杆，第二遍扩孔用DN470mm钻头带钻杆，第三遍扩孔用DN680mm钻头扩孔带钻杆，第四遍扩孔用DN770mm钻头扩孔带钻杆，第五遍扩孔用DN770mm钻头清孔一遍带钻杆，以上过程中钻机操作员均没有发现异常反应。
但是在最后管道回拖铺设施工的过程中扩孔钻头还是碰到了自来水管，分析原因是：由于设计铺设管材直径较大，自重较大，分别在地面、拉管坑孔洞口及孔洞内这三个地方所产生的阻力致使钻机回拖铺管过程中发生钻头进行二次扩孔并向上产生了至少50cm的位移。
三、工程质量事故分析
如图3-1所示，在导向孔完成后使用扩孔钻头进行扩孔工序，在此过程中，扩孔钻头尾部常常是连接着钻杆进行施工的，此时钻头后面拖带钻杆而增加的阻力是很小的，对设计孔洞的完成没有太大的影响。
图 3-1 设计铺管孔洞示意图
如图3-2，在设计孔洞完成后，将设计铺设管材牢固的连接扩孔钻头后面即可进行回拖铺管施工，在此过程中，所铺设管材常常顺沿拉管坑后方被一次性焊接足够长度，因此所铺设管材的自重较大，在慢慢回拖铺管过程中，管材和地面之间摩擦而产生的摩擦阻力F1是比较大的，再加上拉管坑管材进孔洞处因管材弯曲变形而产生的弯曲阻力F2，还有管材进入孔洞后和孔壁之间的摩擦而产生的摩擦阻力F3，这三个阻力和钻机产生的回拖钻头的力F0是相反的，在管道被回拖铺设过程中，钻机回拖力、各摩擦阻力的方向及大小是不断变化的，现就此过程中某一时刻进行受力分析如下：是如图4中的A点的受力分析示意图所示，当管道被回拖到A点位置时，钻机拉力F0与合阻力（F1+F2+F3）这两个的作用结果是合力F，其方向是斜上前方向的，合力F会致使扩孔钻头产生向上方向的位移，并进行二次扩孔[1]。
图 3-2 铺管时孔洞实际示意图
如图3-2所示，粗的虚线段即是合力所造成的回拖铺设管道时的实际孔洞，这样就会发生实际所扩孔洞大于设计所扩孔洞的情况，设计孔洞曲线段高程往上方提升，提升量的多少取决于设计孔洞弯曲段曲率半径的大小，铺设管道直径的大小，拉管坑的放坡大小等因素，因此将对相邻市政管线造成影响甚至损坏，也会造成地面沉降破坏等施工安全问题。由于二次扩孔导致钻机回拖拉力增大，钻机处于满负荷运转状态下，会产生钻杆断裂，管材被拉长变形、拉断等施工质量问题。本工程在回拖铺设管道过程中扩孔钻头将自来水打破就是因此造成的。
四、解决措施
要想解决回扩钻头进行二次扩孔的问题，就必须要施加一个外力作用。在回拖铺管工序中使用吊车进行辅助施工，操作吊车将带铺设管材提升至合适的高度，提升的目的是使管材即将被回拖进孔洞时的弯曲半径和所扩孔洞的曲率半径接近，这样在洞口处就不会产生弯曲变形阻力了。在钻机回拖钻杆回拉管材的同时，指挥吊车摆动伸缩臂往管道铺设方向送进管材。还是以A点为例进行受力分析如下：如图3中A点受力分析示意图所示，吊车的提升力可以分解为F4和F5两个方向的分力，其中斜后向上的分力F4可以使管材的弯曲半径接近于拉管坑处的所扩空洞弯曲段曲率半径，进而完全（至少大部分）抵消管材因弯曲变形产生的阻力F2；水平向前的分力F5可以抵消部分摩擦阻力F3，由于待铺设管材被提升至一定高度，减少了管材与地面之间的接触面积，也就减小了管材与地面之间的摩擦阻力F1，最终将大大减小管道回拖铺设过程中的各种阻力，最大限度的使管材按照设计所扩孔洞进行铺设，从而避免回扩钻头进行二次扩孔情况的发生。
五、实际应用案例
本工程为北京市西城区电力架空入地工程——月坛西街电力拉管工程，设计新建电力管道为12×DN160mm+2×DN110mm，施工长度为43m，设计开挖2个工作坑，尺寸分别为设备坑6m×3m×5m，拉管坑4m×4m×5m，由于本工程施工长度较短，管线埋设深度较大（最深处约8m），而且拉管坑的设计位置紧邻现况居民楼，而且管道铺设方向和居民楼成90度，对铺设管道的拉入有较大的影响。为避免在管道的回拖铺设过程中，PE盘被拉长、变形，考虑现场作业空间情况后，决定使用8吨吊车配合水平定向钻机进行管道的回拖铺设，拉管坑指派人员使用对讲机和钻机操作员保持联系，吊车在拉管坑边上就位后，使用吊装带将待铺设管材提升至合适的高度，并减少与地面之间的接触，使管材在被回拖进入洞口时能够保持接近于所扩孔洞弯曲段曲率半径的合理弯曲弧度，这样就不会产生弯曲变形阻力，在钻机回拖钻杆的同时，指挥吊车摆动伸缩臂同时往管道铺设方向送进，给予一个推进力辅助钻机回拖铺设管道施工。经查看钻机回拖压力表得知，此时的回拖拉力与以往类似工程相比要小40% ，最终回拖铺设时间也短30% ，而且PE管材没有一点变形。使用吊车配合钻机施工增加的费用是1个台班费（600元），但是却保证了施工质量，很大的提高了施工效率，降低了施工消耗（柴油、泥浆等），实际上是极大的降低了施工成本，最重要是保证了施工安全，避免损坏相邻的其它市政管线。
六、结论
本文水平定向钻进铺设管道过程中的回扩钻头进行二次扩孔这一施工问题进行了论述，针对施工问题和原因进行了相关分析，并提出了一种解决方案——使用吊车辅助水平定向钻进铺设管道施工技术，通过在实际工程中的应用，证明利用吊车辅助水平定向钻进铺设管道施工技术，可以有效避免水平定向钻进铺设管道过程中发成回扩钻头二次扩孔的情况。此项技术措施非常简单有效，不仅能够保证施工安全和质量，还能提高施工效率，降低施工成本。
【关键词】非开挖；水平定向钻进；铺设管道；吊车
一、前言
起源于国外的水平定向钻进技术作为一种先进的非开挖管道铺设施工技术，在全世界范围内被广泛应用于新建各种地下管道，如热力、电力电信、给排水、燃气等管道，在我国也得到的快速的发展和应用。
虽然此项技术已经比较成熟，但是在实际施工过程中还是会发生一些安全和质量等方面的事故，尤其是在大型城市主要区域里进行地下管道铺设施工时，由于受现场作业空间较小，管道设计埋设深度较大，管道设计铺设轨迹的曲率半径较小，施工区域内地下管线复杂等客观因素的影响，会发生因回扩钻头进行二次扩孔的情况，并可能造成破坏相邻其它市政管线、地面下沉等事故。
为解决水平定向钻进铺设管道施工过程中回扩钻头进行二次扩孔的问题，本文首先对工程项目中发生的质量事故进行全面的分析和论述，然后试图根据分析得到的事故原因和影响要素寻找有效解决问题的方法，最终达到有效解决回扩钻头进行二次扩孔的问题，保证施工安全和质量，以及提高施工效率，降低施工成本的目的。
二、施工案例
（一）工程慨况
本工程为北京市西城区电信管道入地工程，施工地点位于北京市西城区闹市口大街，根据设计方案，采用水平定向钻进工艺铺设电信管道，管材规格为18×DN110mmPE盘管，单根长度为62m。
（二）施工现场情况
施工现场位于北京西城区闹市口大街，如图2-1施工平面示意图所示，设计电信管线横穿现况道路，由于闹市口大街为城区内交通主干道，不宜采取明开挖铺设施工方法，为最大限度的降低施工对周边交通、环境的影响，设计采用水平定向钻进工艺进行管道铺设施工。需在现况道路两侧，即东西两侧人行步道处开挖2座工作坑，其中1座为砌井坑，位于西侧，开挖尺寸为2m×2m×1.5m，另一座为拉管坑，位于东侧，开挖尺寸为3m×3m×2m。
图 2-1 施工平面示意图
（三）工程质量问题
在进行回拖铺管过程中，当管材进孔约9m时，工作坑内瞬间流出大量清水，经现场调查：原因可能是扩孔钻头将设计铺管孔洞上方的DN600mm自来水管打裂了。联系自来水公司相关人员后发现施工区域内自来水主管道的压力有异常情况，最终证实DN600mm自来水管道发生损坏。
根据施工方案和实际导向记录得知，设计所扩孔洞上顶和自来水下底之间应该有约50cm安全距离，施工中第一遍扩孔用DN330mm钻头扩孔带钻杆，第二遍扩孔用DN470mm钻头带钻杆，第三遍扩孔用DN680mm钻头扩孔带钻杆，第四遍扩孔用DN770mm钻头扩孔带钻杆，第五遍扩孔用DN770mm钻头清孔一遍带钻杆，以上过程中钻机操作员均没有发现异常反应。
但是在最后管道回拖铺设施工的过程中扩孔钻头还是碰到了自来水管，分析原因是：由于设计铺设管材直径较大，自重较大，分别在地面、拉管坑孔洞口及孔洞内这三个地方所产生的阻力致使钻机回拖铺管过程中发生钻头进行二次扩孔并向上产生了至少50cm的位移。
三、工程质量事故分析
如图3-1所示，在导向孔完成后使用扩孔钻头进行扩孔工序，在此过程中，扩孔钻头尾部常常是连接着钻杆进行施工的，此时钻头后面拖带钻杆而增加的阻力是很小的，对设计孔洞的完成没有太大的影响。
图 3-1 设计铺管孔洞示意图
如图3-2，在设计孔洞完成后，将设计铺设管材牢固的连接扩孔钻头后面即可进行回拖铺管施工，在此过程中，所铺设管材常常顺沿拉管坑后方被一次性焊接足够长度，因此所铺设管材的自重较大，在慢慢回拖铺管过程中，管材和地面之间摩擦而产生的摩擦阻力F1是比较大的，再加上拉管坑管材进孔洞处因管材弯曲变形而产生的弯曲阻力F2，还有管材进入孔洞后和孔壁之间的摩擦而产生的摩擦阻力F3，这三个阻力和钻机产生的回拖钻头的力F0是相反的，在管道被回拖铺设过程中，钻机回拖力、各摩擦阻力的方向及大小是不断变化的，现就此过程中某一时刻进行受力分析如下：是如图4中的A点的受力分析示意图所示，当管道被回拖到A点位置时，钻机拉力F0与合阻力（F1+F2+F3）这两个的作用结果是合力F，其方向是斜上前方向的，合力F会致使扩孔钻头产生向上方向的位移，并进行二次扩孔[1]。
图 3-2 铺管时孔洞实际示意图
如图3-2所示，粗的虚线段即是合力所造成的回拖铺设管道时的实际孔洞，这样就会发生实际所扩孔洞大于设计所扩孔洞的情况，设计孔洞曲线段高程往上方提升，提升量的多少取决于设计孔洞弯曲段曲率半径的大小，铺设管道直径的大小，拉管坑的放坡大小等因素，因此将对相邻市政管线造成影响甚至损坏，也会造成地面沉降破坏等施工安全问题。由于二次扩孔导致钻机回拖拉力增大，钻机处于满负荷运转状态下，会产生钻杆断裂，管材被拉长变形、拉断等施工质量问题。本工程在回拖铺设管道过程中扩孔钻头将自来水打破就是因此造成的。
四、解决措施
要想解决回扩钻头进行二次扩孔的问题，就必须要施加一个外力作用。在回拖铺管工序中使用吊车进行辅助施工，操作吊车将带铺设管材提升至合适的高度，提升的目的是使管材即将被回拖进孔洞时的弯曲半径和所扩孔洞的曲率半径接近，这样在洞口处就不会产生弯曲变形阻力了。在钻机回拖钻杆回拉管材的同时，指挥吊车摆动伸缩臂往管道铺设方向送进管材。还是以A点为例进行受力分析如下：如图3中A点受力分析示意图所示，吊车的提升力可以分解为F4和F5两个方向的分力，其中斜后向上的分力F4可以使管材的弯曲半径接近于拉管坑处的所扩空洞弯曲段曲率半径，进而完全（至少大部分）抵消管材因弯曲变形产生的阻力F2；水平向前的分力F5可以抵消部分摩擦阻力F3，由于待铺设管材被提升至一定高度，减少了管材与地面之间的接触面积，也就减小了管材与地面之间的摩擦阻力F1，最终将大大减小管道回拖铺设过程中的各种阻力，最大限度的使管材按照设计所扩孔洞进行铺设，从而避免回扩钻头进行二次扩孔情况的发生。
五、实际应用案例
本工程为北京市西城区电力架空入地工程——月坛西街电力拉管工程，设计新建电力管道为12×DN160mm+2×DN110mm，施工长度为43m，设计开挖2个工作坑，尺寸分别为设备坑6m×3m×5m，拉管坑4m×4m×5m，由于本工程施工长度较短，管线埋设深度较大（最深处约8m），而且拉管坑的设计位置紧邻现况居民楼，而且管道铺设方向和居民楼成90度，对铺设管道的拉入有较大的影响。为避免在管道的回拖铺设过程中，PE盘被拉长、变形，考虑现场作业空间情况后，决定使用8吨吊车配合水平定向钻机进行管道的回拖铺设，拉管坑指派人员使用对讲机和钻机操作员保持联系，吊车在拉管坑边上就位后，使用吊装带将待铺设管材提升至合适的高度，并减少与地面之间的接触，使管材在被回拖进入洞口时能够保持接近于所扩孔洞弯曲段曲率半径的合理弯曲弧度，这样就不会产生弯曲变形阻力，在钻机回拖钻杆的同时，指挥吊车摆动伸缩臂同时往管道铺设方向送进，给予一个推进力辅助钻机回拖铺设管道施工。经查看钻机回拖压力表得知，此时的回拖拉力与以往类似工程相比要小40% ，最终回拖铺设时间也短30% ，而且PE管材没有一点变形。使用吊车配合钻机施工增加的费用是1个台班费（600元），但是却保证了施工质量，很大的提高了施工效率，降低了施工消耗（柴油、泥浆等），实际上是极大的降低了施工成本，最重要是保证了施工安全，避免损坏相邻的其它市政管线。
六、结论
本文水平定向钻进铺设管道过程中的回扩钻头进行二次扩孔这一施工问题进行了论述，针对施工问题和原因进行了相关分析，并提出了一种解决方案——使用吊车辅助水平定向钻进铺设管道施工技术，通过在实际工程中的应用，证明利用吊车辅助水平定向钻进铺设管道施工技术，可以有效避免水平定向钻进铺设管道过程中发成回扩钻头二次扩孔的情况。此项技术措施非常简单有效，不仅能够保证施工安全和质量，还能提高施工效率，降低施工成本。