王剛

（山西太水市政工程有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

社會的發(fā)展使得城市的建設(shè)水平正在不斷地進步，在此過程中為提升人們的生活質(zhì)量開展市政基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)與改造具有重要意義。完善城市生產(chǎn)生活的社會配套設(shè)施給水管道工程是市政基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分，其質(zhì)量直接關(guān)系到人們生活水平和質(zhì)量。為保障供水安全和質(zhì)量，城市給水管道的建設(shè)及更新改造勢在必行，但開槽施工不僅會造成城市污染，還影響人們?nèi)粘３鲂幸约吧?。為此，在市政管道建設(shè)過程中非開挖技術(shù)正在得到廣泛運用，而水平定向鉆施工技術(shù)從施工方式上可以有效地提升市政施工的效能。

1 工程概況

山西省特色食品產(chǎn)業(yè)園集聚區(qū)是山西省首批12個試點特色產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)之一，為保障園區(qū)供水需要，山西太水市政工程有限公司進行了市政給水管線引入工程的施工。

該工程全長7km，西起濱河西路，沿241 縣道鋪設(shè)至食品產(chǎn)業(yè)園區(qū)。汾河穿越段是工程的關(guān)鍵節(jié)點，集聚區(qū)地處汾河?xùn)|岸，主供水管線位于汾河西岸，汾河橫亙在中間，由于汾河管理相關(guān)規(guī)定、自然環(huán)境等因素，確定給水管線穿越汾河需采用水平定向鉆穿越施工。汾河段施工安裝長度為828m，管材為φ820×14mm 螺旋焊縫鋼管，采用3PE 加強級防腐，沿線穿越濱河西路、魚塘、汾河等設(shè)施（圖1）；設(shè)計曲線段曲率半徑為1230m，入土角為10°，出土角為6°，穿越深度在汾河河床以下15m。

圖1 穿越位置

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘資料，該管道沿線工程地基土主要由人工填土（Q4ml）、粉土（Q4al+pl）、粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）、粉砂（Q4al+pl）沖洪積層構(gòu)成。河床下0~4.5m 為粉砂，4.5~6.5m 為粉土，6.5~12.6m 為粉砂，12.6~20m 為粉土、粉質(zhì)黏土。

鉆探所揭露的地下水類型為孔隙潛水，實測地下水位埋深1.4~3.8m，地下水補給主要靠大氣降水入滲及汾河側(cè)向徑流補給。

管道沿線地基土存在液化，液化等級輕微。

3 工程難點及技術(shù)措施

3.1 施工氣候條件惡劣

施工期為2021 年1 月9—20 日，正是三九、四九天，太原市最低溫度達到－24℃，給施工帶來極大不便。

技術(shù)措施：施工時采取24h 不停機施工，水管、泥漿管做保溫措施。管道焊接在流動保溫棚內(nèi)進行，棚內(nèi)設(shè)有電暖氣。管材焊接時焊口預(yù)熱，對焊條進行烘干，使用時取出放在保溫筒內(nèi)，隨用隨取，在負溫下外露超過2h，重新烘干。

3.2 雙曲線鉆導(dǎo)向孔

為后期橋梁改擴建讓出安全距離，橋區(qū)段需畫弧至現(xiàn)狀橋北側(cè)30m 外，導(dǎo)致穿越汾河水平定向鉆穿越施工段給水管線，不僅縱向為曲線，同時平面也需要規(guī)劃成曲線偏離設(shè)計軸線，形成雙曲線。

技術(shù)措施：管道在粉砂層內(nèi)回拖，成孔效果差，材料消耗大（膨潤土、添加劑等），施工風(fēng)險較高；管道在粉土層內(nèi)回拖，成孔效果好，泥漿消耗量小，安全系數(shù)高。根據(jù)《油氣輸送管道工程水平定向鉆設(shè)計規(guī)范》（SYT 6968—2013），定向鉆穿越管頂埋深應(yīng)大于設(shè)計沖刷線以下6m。本工程100 年一遇的河槽最大沖刷深度為1.8m。水平段在4.5~6.5m 粉土層中回拖，管道埋深淺，不滿足規(guī)范要求。

經(jīng)初設(shè)、驗算、再設(shè)計、核算等反復(fù)論證，結(jié)合地勘資料，最終確定定向鉆穿越水平段管線管頂埋深為15m，自粉土層中穿越，縱向曲率半徑為1500D，穿越深度15m；平面需向北偏離軸線19m 畫??；入鉆側(cè)造斜段203m、水平段400m、出鉆側(cè)造斜段225m。鉆導(dǎo)向孔過程中嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)劃的路由采用GPS 放樣，間隔30m 布點，導(dǎo)向運用獵鷹F5 無線導(dǎo)向儀示蹤，密切關(guān)注鉆頭行蹤，隨時調(diào)整糾偏，導(dǎo)向孔按設(shè)計規(guī)劃的路由行進；嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計規(guī)劃、嚴(yán)格的規(guī)范操作、認真的工作態(tài)度保證了雙曲線鉆導(dǎo)向孔的實現(xiàn)。穿越汾河施工現(xiàn)場如圖2 所示。

圖2 穿越汾河現(xiàn)場施工

3.3 泥漿漏失、滲出

地勘資料顯示穿越段地下水位高，地層較松軟，擴孔作業(yè)膨潤土泥漿有滲出的可能，對濱河西路城市快速路、汾河流域、魚塘造成污染。

技術(shù)措施：擴孔時，對泥漿配比反復(fù)進行試驗，確定泥漿濃度、黏度，增加泥漿的護壁、懸浮、排泄能力，使鉆孔中形成完整通道。泥漿主要由水、膨潤土、羧甲基纖維素（CMC）、火堿組成。根據(jù)管道穿越地層情況，確定穿越粘土層泥漿粘度為45~50S，粉砂層泥漿粘度為50~55S，利用馬氏漏斗計每2h 測量一次泥漿粘度，同時現(xiàn)場觀察泥漿返漿情況，及時調(diào)整配比[1]。

3.4 管道預(yù)制“三接一”

由于布管場地的長度僅有360m，路邊有多棟民房，管線擺放需呈弧形，管道預(yù)制采用“三接一”方式，如圖3 所示。

圖3 管道預(yù)制“三接一”布置

技術(shù)措施：穿越管道分成360m、288m 和180m 三段，按照設(shè)計要求分別進行組焊、無損檢測、防腐。鉆機完成導(dǎo)向孔的鉆進和逐級預(yù)擴孔達到回拖條件后，先回拖第一段管道到連接處（即回拖完成288m，留在地面的長度約72m），然后鉆機停止回拖，進行第一二段管道的焊接工作，如圖4 所示。管口組對完成后，選派技術(shù)熟練的電焊工進行連頭口的焊接，確保焊接一次合格。同時將組焊時間控制在4h 之內(nèi)。第二段回拖到位后用同樣的方法連接第三段管道[2]。

圖4 水平定鉆機鉆進施工

管線弧形布設(shè)后，在拖管及對接時撓度變化不均勻管道易發(fā)生彈性形變，現(xiàn)場采用10 臺吊車吊運鋼管，間隔30m 均勻分布，并配備3 臺挖掘機在弧度最大處糾偏、固定，防止意外發(fā)生。在回拖的同時，所有吊車統(tǒng)一轉(zhuǎn)向，減少過程中產(chǎn)生的其他作用力，每臺吊車配備專門的安全員，統(tǒng)一回拖9.5m 轉(zhuǎn)向再進行第二次吊運。

3.5 “三接一”導(dǎo)致抱鉆、抱管等現(xiàn)象

回拖過程中需停頓兩次焊接管道，停頓時間過長存在管道抱死的風(fēng)險。停頓時間較長，每次啟動鉆機時，可能會造成孔壁巖土受力不均而產(chǎn)生塌孔，管道抱死無法拖動[3]。

技術(shù)措施：由于管道回拖要盡可能連續(xù)進行，因此盡量縮短“三接一”的時間，在焊接完成待焊口自然冷卻后，先進行超聲波探傷，若發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理，然后進行焊口的X 射線探傷。項目部調(diào)集專業(yè)技能熟練，經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員，在管道連接過程中可以快速對口，焊接質(zhì)量合格。同時劃分作業(yè)面，每名焊工負責(zé)相應(yīng)的區(qū)域，同時作業(yè)，減少鉆機停頓時間，降低施工風(fēng)險，如圖5 所示。

圖5 管道組對焊接

為保障回拖順利進行，回拖過程中出現(xiàn)拉力增大等現(xiàn)象，現(xiàn)場配備2500t 夯管錘配合回拖作業(yè)[4]。

4 項目總結(jié)及意義

4.1 施工總結(jié)

本工程穿越長度為828m，穿越管徑為DN800。單就水平定向鉆施工而言，穿越距離較短，管徑較?。粏螐拇┰骄嚯x及管徑來講，施工難度并不大；但結(jié)合現(xiàn)場的場地條件、地質(zhì)條件、氣候條件等，本工程又是具有一定難度的。

本工程在完成前期場地清理工作后，于2021 年1月10 日開始導(dǎo)向孔作業(yè)，2021 年 1 月 20 日完成擴孔、清孔工作，完成管道分段預(yù)制工作，當(dāng)天下午5 點開始管道回拖工作，歷時 13h，于 2021 年 1 月21 日凌晨6 點鐘完成所有管道回拖工作。穿越汾河段定向鉆施工作業(yè)原定計劃15d 完成，經(jīng)過施工人員團結(jié)協(xié)作，整個工程歷時11d 提前完成。

4.2 項目意義

山西省特色食品產(chǎn)業(yè)園集聚區(qū)引入管線工程是自來水供應(yīng)保障項目，該工程向山西省特色食品產(chǎn)業(yè)園集聚區(qū)各食品廠區(qū)輸送自來水，對整個區(qū)域的自來水供應(yīng)起著至關(guān)重要的保證作用。

（1）作為山西省特色食品產(chǎn)業(yè)園集聚區(qū)引入管線工程的起始段，汾河穿越工程是整個項目的關(guān)鍵性節(jié)點工程，如果汾河穿越不能正常實施，則整個項目就無法通水運行[5]。

（2）選用水平定向鉆作為汾河穿越工程的施工工藝，這相對頂管穿越或者大開挖鋪設(shè)管道的方法，大大降低了整體工程的造價、縮短了工期。

（3）汾河是黃河第二大支流，在山西省的政治、歷史、文化、經(jīng)濟地位舉足重輕。汾河是山西最大的河流，被山西人稱為母親河，對山西省的歷史文化有深遠的影響，流域范圍內(nèi)自然資源豐富，自然保護區(qū)較多，其環(huán)保意義較大。因此汾河本身便具有很高的社會價值和環(huán)保價值。而選用水平定向鉆工藝進行汾河的穿越，對汾河的保護顯得意義非凡。

5 結(jié)語

總而言之，在給水管道的建設(shè)過程中運用非開挖技術(shù)能有效地解決城市因大型土木工程造成的道路堵塞以及環(huán)境等問題，同時非開挖水平定向鉆技術(shù)還可以大大縮短施工工期。在運用水平定向鉆的過程中一定要對施工的難點問題給予高度關(guān)注，并且對于工程建設(shè)地質(zhì)復(fù)雜性進行全面觀測，有效解決問題，進而提升整體施工對社會發(fā)展的推動效果。