水平定向鉆井(也稱為 HDD 或 TT 技術(shù))最初是從石油鉆井技術(shù)引入的，主要用于穿越河流，湖泊和建筑物等障礙物。鋪設(shè)大直徑，長距離的石油和天然氣管道。具有施工周期短，施工成本低，表面損傷小，環(huán)境污染小的特點(diǎn)。施工技術(shù)應(yīng)用廣泛，具有很大的推廣意義。
這是天津港臨港工業(yè)區(qū)污水管道建設(shè)中首次采用水平定向鉆進(jìn)(特別是DN800mm 大口徑污水管道的建設(shè))。在天津港區(qū)填埋后地質(zhì)條件較差的情況下，污水管道建設(shè)的難度是一個(gè)難題。水平定向鉆井技術(shù)為污水管道施工問題提供了良好的解決方案。
1 工程概況
天津港臨港工業(yè)區(qū)污水處理工程管道項(xiàng)目位于天津港臨港區(qū)。亞洲路，歐洲路，觀瀾路，澳大利亞路，山西路，北京路，規(guī)劃路 3 號(hào)，規(guī)劃路 4 號(hào)鄭州路，洛陽路，蜀路等 13 條道路的 15 條污水管道。公稱直徑≤400mm的污水管采用雙壁波紋管。DN300mm、DN400mm、DN500mm、DN600mm、DN800mm、DN1000mm，總長 17.91km，采用重力式自然排污。開挖深度為2~6m，管徑越大，開挖深度越大。
2 水平定向鉆的工作原理及工藝
2.1 水平定向鉆進(jìn)和導(dǎo)向鉆的施工原理
引導(dǎo)鉆孔主要通過噴射輔助切割鉆頭完成。如果鉆柱同時(shí)進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)，則斜面將失去方向性并實(shí)現(xiàn)矯直鉆孔;如果僅旋轉(zhuǎn)鉆柱，則作用在斜坡上的反作用力使鉆頭改變方向。導(dǎo)頻位中有一個(gè)探頭或發(fā)射器。
2.2 水平定向鉆的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：對(duì)表面的干擾小，施工速度快，管道鋪設(shè)方向可控，施工精度高。缺點(diǎn)：施工現(xiàn)場(chǎng)要求較大，難以在非粘性土壤和礫石層中施工，并且通常適用于沒有大卵石的各種土壤層。
2.3 水平定向鉆施工流程
施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→設(shè)備安裝→鉆機(jī)錨固→泥漿配備→導(dǎo)向孔施工→擴(kuò)孔施工→管材回拖。
3 硬盤技術(shù)在污水管道項(xiàng)目實(shí)施過程中
下面重點(diǎn)介紹亞洲公路w33-w40 管道拉管的施工，施工過程控制說明，一次性管道長度為 203m。
3.1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件
表面層是黑砂，厚度為 3~4m。局部有粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土或粘土，含水量 19.8~43.9，中等壓縮性，軟塑料。
3.2 DN800 管道施工鉆機(jī)設(shè)備選型(鉆頭，鉸刀，鉆桿)
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，選用美國 WITTMANNd80×d100 鉆機(jī)，配備配套泥漿泵，采用進(jìn)口鉆桿。擴(kuò)孔器采用快速切削式擴(kuò)孔器，需要 d350、d550、d650、d750、d850、d950 等 6 個(gè)級(jí)別，天津港臨港工業(yè)區(qū)泥質(zhì)粘土適用于快速切割鉸刀。
3.3 泥漿采用美國百瑞得(BAROID)泥漿
每立方米水混合 45kg 膨潤土(BORE-GEL)15-30min。根據(jù)地質(zhì)條件，當(dāng)上述漿料仍不能滿足要求時(shí)，緩慢加入 1L 孔壁穩(wěn)定劑(EZ-MUD)和 3.8 升表面活性劑(PENETROL)。并持續(xù)攪拌 15-30min。
3.4 管材選擇
選用山東陽谷恒泰管業(yè) DN800×30.6mmPE 管材。環(huán)剛度≥12.5kN/m2�？估瓘�(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：不小于 50MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：不小于 37.5MPa。環(huán)向彎曲剛度：不小于 8kN/m2，管道的允許拖曳應(yīng)力控制在 35MPa。
1.1
軌跡設(shè)計(jì)
亞洲w33-w40 污水管道底線海拔 1.087m，地面平均海拔 6.3m。根據(jù)公式 H =6.3 -1.087 =5.213m，H0 =H -0.8/2 =4.813m，D =800mm，D0 =800 +30.6×2=861.2mm，每節(jié)導(dǎo)鉆桿長度 A=4.6m，α 取 15°，n=5，計(jì)算 L=21.7m。
每個(gè)傾斜部分被認(rèn)為是 5 個(gè)鉆桿。
污水管道的坡度設(shè)計(jì)為坡度為 0.8‰。檢查井的底部高度比管底低50cm。
3.6 鉆機(jī)錨固
合理的鉆機(jī)錨固是成功完成鉆進(jìn)的前提條件。考慮到亞洲公路的地質(zhì)條件較差，該鉆機(jī)安裝在北京路與亞洲路的交叉口，并由人行道的堅(jiān)硬肩部錨定。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3.7 導(dǎo)向孔施工
導(dǎo)孔的結(jié)構(gòu)是孔形成的關(guān)鍵，導(dǎo)孔的入射角和入射點(diǎn)的角度是根據(jù)設(shè)計(jì)的軌跡線確定的。仔細(xì)測(cè)量并科學(xué)地選擇軸上的方位角，使鉆孔接近設(shè)計(jì)軌跡。此外，在引導(dǎo)孔的構(gòu)造期間，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員確保曲線偏移不超過指定的設(shè)計(jì)范圍。還嚴(yán)格控制每個(gè)鉆桿之間的角度變化，以確保導(dǎo)向孔具有高質(zhì)量。在引導(dǎo)孔檢測(cè)過程中，引導(dǎo)儀器的參數(shù)(鉆頭傾角，工作角，鉆頭深度)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間傳送到計(jì)算機(jī)，曲線由 excel 表繪制，以控制和檢查分析。
3.8 擴(kuò)孔施工(各級(jí)預(yù)擴(kuò)孔)
導(dǎo)孔完成后，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)操作員的原始記錄再次檢查導(dǎo)孔的質(zhì)量，并檢查原設(shè)計(jì)軌跡。當(dāng)導(dǎo)孔符合質(zhì)量要求時(shí)，拆下導(dǎo)向鉆頭，連接反向鉆頭，并連接分動(dòng)箱以重新擴(kuò)孔。設(shè)計(jì)回拉擴(kuò)孔進(jìn)行 6 次，依順序?yàn)閐350mm、d550mm、d650mm、d750mm、d850mm、d950mm 擴(kuò)孔器回拉擴(kuò)孔，擴(kuò)孔階段的數(shù)量很大，可以更好地保證孔的質(zhì)量。
3.9 清 孔
在擴(kuò)孔完成后，用 d950mm 孔清潔器清潔孔兩次。在清理孔時(shí)要注意泥漿的比重，以確保泥漿的質(zhì)量。機(jī)械操作人員應(yīng)注意儀表的變化，以判斷孔內(nèi)的情況。并記錄，技術(shù)人員根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，分析清除孔的影響，并決定是否可以鋪設(shè)管道。
3.10 回拖管材
拖動(dòng)開始后，操作需要平穩(wěn)均勻，最大速度不超過 0.82m/min。在操作時(shí)，觀察背壓的變化并及時(shí)分析，以確保管道的成功。
3.11 施工精度
亞洲路 w33-w40 拉管完成后，進(jìn)行污水泥漿檢查井施工，共檢查 8口井，在檢查了井基溝槽的開挖情況后，對(duì) PE 管的 PE 高度和位置進(jìn)行了測(cè)量和評(píng)估。高程的最大誤差為 125mm，管軸的最大誤差為 250mm。
4 拉管施工中的注意事項(xiàng)
4.1 導(dǎo)向鉆進(jìn)需要注意的問題
在鉆進(jìn)過程中，鉆頭遇到小巖石或卵石，鉆探軌跡可能與設(shè)計(jì)軌跡明顯偏離，鉆頭偏差難以預(yù)測(cè)。操作員應(yīng)立即停止鉆孔并檢查鉆頭位置。
此時(shí)，應(yīng)減少鉆頭的重量并緩慢進(jìn)給，以使鉆頭緩慢地穿過該區(qū)域。
4.2 回?cái)U(kuò)后拉管注意事項(xiàng)
(1)鉸孔鉆頭不應(yīng)在鉆孔中停留太長時(shí)間。
(2)在慢拉管期間，過大的張力會(huì)導(dǎo)致鉆孔中的孔或軟化管周圍的土壤。擴(kuò)孔鉆頭越大，鉆頭下沉的可能性越大，并且在施工過程中的任何時(shí)候都應(yīng)該觀察和防止。
5 結(jié)束語
由于地質(zhì)條件的原因，天津港臨港工業(yè)區(qū)污水管道底部填埋后淤泥層形成嚴(yán)重淤泥，管道深埋較深，鋼板樁長達(dá) 6m，開槽難度很大。也可以通過傳統(tǒng)的頂管技術(shù)解決，但管道千斤頂需要制作工作坑。通過簡單的挖掘建造頂升工作坑幾乎是不可能的。但是，施工期和成本會(huì)大大增加。從施工情況看，天津港臨港工業(yè)區(qū)污水處理工程管道工程一次性拉管最大長度為 203m(亞洲路 w33-w40)。應(yīng)用效果良好(應(yīng)特別注意管道的高程控制)，既解決了傳統(tǒng)開挖技術(shù)的難題，又降低了施工成本。與此同時(shí)，該部分管道的建設(shè)進(jìn)度也大大加快。它為類似項(xiàng)目的建設(shè)提供了一定的參考經(jīng)驗(yàn)，值得推廣和應(yīng)用。(來源：中交一航局第四工程有限公司)
