定向钻拖管施工工艺及流程

水平定向钻施工工艺及流程

工程重难点

（1）管道上浮

根据定向施工工艺，管道在拖拉过程中由于管道内空且比重小于泥浆比重，管道始终悬浮于孔道上部，造成拖拉力过大或高程偏差超过规范要求。

（2）路面沉降

根据本工程所处地质条件，该施工区间土质为粉质粘土，且地下水丰富，极易出现孔道塌方等，造成路面塌陷。

应对措施

（1）管道上浮应对措施

①根据现场地质条件，调整适宜的泥浆。②严格控制定向钻扩孔孔径。③在扩孔施工完成后，尽可能及时进行管道拖拉施工。④拖拉时严格控制拖拉速度。⑤焊接管道时预留足够长度，使管尾露出地面，且不封口。在拖拉施工过程中，自管尾向管道内注入清水，增加管道自重，避免管道上浮。

（2）路面沉降应对措施

PE管道拉通后，为避免路面塌陷，应及时采用孔内注浆加固法施工。压密注浆分单液

注浆和双液注浆，根据土质情况及需达到的效果进行浆液选定。本次注浆选定如下：

A液：水/水泥=～：1

B液：水玻璃：35～40Be′

外加剂：缓凝剂/水泥：2～3%；

单液注浆采用A液，双液注浆采用A液和B液的混合浆液，双液浆的

配合比为A液：B液=3：1。

施工工艺技术

施工准备

（1）管材准备

进场的HDPE管材的公称压力、强度及环刚度必须满足设计要求，管材进场后将管材供应厂家的资质和管材的出厂合格证及厂家检测报告向项目监理部报审，经项目监理部审批同意后才能用于本工程。

管材的外观颜色应一致，内壁光滑平整无毛刺、无划伤等缺陷。管材外壁应有统一的标识（生产企业、产品名称、公称直径、环刚度及生产日期等）。

（2）轨迹设计

1）平面轨迹

严格依据设计图纸，现场测量放样出设计污水管道平面位置及相应检查井位。

2）立面轨迹

钻进前根据设计图纸要求的管道内底标高和相对应的原地面标高先计算出钻杆应达到的深度来为定向钻孔轨迹提供依据。

定向钻孔轨迹线段由斜线段、曲线段、水平直线段（与管道排水坡度一致）等组成。

入土造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出土造斜段之间，由曲线段连接，该曲线段必须符合以下要求：

①曲率半径大于钻杆最小允许曲率半径；

②曲率半径大于管材最小允许曲率半径；

造斜段水平距离为30m，根据现场实际情况选取适当入土点位置，入土角度不超过15度。出土点作为管道拖拉时的进口位置，出土角应小于入土角使管道更加平顺入孔，减少拖拉阻力。

（3）施工测量

1）平面控制放线

平面控制及放线，依据现有边线，通过勘测方提供的控制点引测本工程的定位点，为保证施工各阶段控制点网，坐标及高程的准确，首先对施工现场内各控制桩加以保护。并把各控制点引测至现场外加以保护，以便竖向引测放线。同时要做闭合校核。

施工前通过全站仪沿地面上拉管的中心线每3米设置一桩（有障碍物的除外），并沿拉管的中心线撒好白灰线且测出桩高程，算好桩高程与设计拉管流水面的关系。

2）高程控制

高程控制根据勘测方提供的水准点引测施工现场的高程控制点。根据本工程的实际情况，在现场选择固定的地方做临时水准点，并做好保护。

高程控制采用两次仪器高程前后视等距测法，保持精度。为保证设计方向、位置的正确性，控制线的传递用经纬仪进行引测，保证平面位置的准确。

标高控制测量时，以现场控制桩位标高引测水准为准，导向测量为主指导钻孔时的标高。

（3）钻液的配置

钻液的好与坏对于拉管施工的成败起到了极关键的作用。钻液具有冷却钻头、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。

本工程按以往施工经验和对类似地区地质情况的了解，配置钻进液。钻液由水、膨润

土和聚合物组成。水是钻液的主要成份，膨润土和聚合物通常称为钻液添加剂。钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。

为改善泥浆性能，有时要加入适量化学处理剂。烧碱（或纯碱）可增粘、增静切力、调节PH值，投入烧碱量一般为膨润土量的2%。

根据以上理论，本工程的钻液配合比初步确定为：膨润土20%，转液宝1%，水75%，2%膨润土重量的烧碱。

工艺流程

工艺简介

利用用比钻杆外径略大的箭咀式小钻头打导向孔，钻杆从地面钻入，地面仪器接受由地下钻头内传送器发出的消息，控制钻头的方向和深度，钻成准确的定位导向孔。再利用导向孔，反向回扩，回扩时只将设计孔径内的原状土搅碎。最后利用清孔设备清出孔道内泥土，形成安管的通道。在钻进先导孔和扩孔时注水润滑钻具，扩孔搅碎孔内原状土时，要将孔内土搅拌形成塑性泥浆，在清孔时借助于机具的挤压，在孔壁上形成光滑的一层护壁泥皮，用以平衡孔道内的固岩压力，最终造成稳定光滑的安管通道。孔道成型后利用拉力机将管节拖拽入孔道内，完成安装工作。

工艺流程

定向钻施工工艺流程详见图.。

图 定向钻施工工艺流程

施工方法

导向坑、泄压坑开挖及支护

开坑前要认真调查了解地上地下障碍物，以便开坑时采取保护措施。工作坑、 接收坑及检查井采用6-9m长拉森钢板桩支护。

工作坑、接收坑开挖深度，依据管道高程、所用扩孔钻机尺寸、以及砼垫层的厚度计算确定，施工时用水准仪测量控制。泄压坑设置在设计检查井位置，深度由所选的检查井深度决定。

工作坑、接收坑及检查井开挖尺寸为ｍ宽×5ｍ长，深度按图纸设计高程施工。为保证工作坑内干燥和扩孔施工,在工作坑、接收坑、泄压坑一侧设积泥坑，泥浆泵随时将多余泥浆抽出坑外，密闭式渣土车外运。

设备就位

钻孔机安装在工作坑旁边，管道轴线可根据设计图纸及现场条件进行桩位放线确定，

钻杆中心与管道轴线应一致。确定拉管机方位后，应固定好钻孔机。此时根据现场测得的井位深度以及钻孔机位置，确定钻杆造斜度，入土角应不超过15度。

钻机安装好后，应试钻运转并检测运转后的机座轴线及坡度是否有变化，借以检查钻机安装的稳固性和固定可靠程度。钻机的安装质量和稳固性的好坏是成孔质量好坏的关键，因此必须认真细致的反复进行，直至符合要求后方可进入下道工序。

将泥浆系统与钻机相连，水电系统接入,施工前对管线穿越范围及周边的建筑物进行详细的调查，防止地下障碍对工程实施造成影响；下锚前应在浅层地下管线前面开探槽，以免对地下管线造成破坏。

导向钻进

导向孔钻进时钻具头部只安装略大于钻杆外径尺寸4cm的矛式钻头，对正既定孔位，检测对中误差达到规范要求，即可开动钻机钻进导向孔。钻进时要持力均匀，匀速前进。并应根据给进阻力的大小，判定地层内是否有硬物或土层的变化，以确定注水机给水压力和给水量。钻进时，当地层含水较大地层为砂层或粉质砂粘土，应不注水钻进，当地层较硬或无地下水时，则应提高注水压力。注水主要是起润滑和冷却钻具，减少钻进阻力作用。

当遇有硬质障碍物时应缓慢持力给进，当不能钻穿通过时，应记录钻具长度，确定障碍物的具体位置，采用挖掘机从地面向下开挖探坑进行处理。地面条件不允许时，则只有整体偏移钻孔轴线。一般单个的硬物通过持续的压力注水钻进和搅磨即可通过，此时给进力应均匀不可强推进，防止钻孔偏移。障碍物的位置在钻进过程中应详细记录。

每个钻进班组均应做台班记录，要详细记录钻进长度、轴线偏差、机座校核、土质软

硬、障碍物、作业人员等情况。钻进宜按上坡方向进行，以利排水和最后出土，并有利于保证钻孔质量。钻进先导孔工艺见图示。

导向钻进是非开挖定向钻进铺管的关键环节。导向钻按设计的深度、标高，随时监控，适时调整。钻进中采用轻压、慢转，注意控制钻头温度，切不可使探头过热。

施工中，施工员、质量员应全过程控制，桩位、管道走向、管道位置等及时复测，确保污水管道施工符合设计要求。

扩孔

导向孔钻进至接收坑，经测量检验，偏差在允许范围内时，卸下矛式钻头换装鱼尾式或三叉式扩孔钻头，开动回拉钻机扩孔。扩孔时人工给进要均匀，匀速回拉。同时注水机要连续注适量水，通过钻具搅拌孔内泥土造泥浆，用以保护成孔孔壁，保保持围岩稳定，同时起到润滑作用。根据现场地质情况，采用刮刀式扩孔器。扩孔器尺寸为铺设管径的倍左右，这样既能够保持泥浆流动畅通又能保证管线的安全、顺利的拖入孔中。

扩孔钻头图

扩孔时地层土质较软时宜快速给进回扩，地层土质较硬时要匀速缓慢进行。

回扩钻孔工艺见图示：

施工过程中，注意地下水位的变化，钻进施工时是否正常，注意土质变化及拉管机的压力，出现异常及时采取措施。

在每级扩孔过程中，为防止扩孔跑偏轨迹，采用回拖扩孔。扩孔时为保证管道可以顺利回拖，要使钻孔直径达到管径的倍以上，并用泥浆护壁，防止钻孔坍塌，保证土体对管壁无损坏。

清孔

在回扩钻孔时，在钻头尾部配装拉链（杆），钻孔回扩到达工作坑时，卸下扩孔钻头，在拉链（杆）一端换装拉泥盘，进行拉泥成孔工作。此项工序主要是拉运出扩孔搅碎的孔内土，形成光滑圆顺的安管通道。拉泥时，首次拉泥采用环形盘，反复来回拖拉后，如阻力减轻则在拉泥盘上加装横挡，再次入孔拉泥，逐次加封横挡，直至拉泥盘全封闭，并能轻松顺利拉出为止。

当地层土质较硬，以粘质土为主时，应先采用环形盘较窄的拉泥盘拖拉，使拽拉阻力变小拉泥盘拉出顺利后，再换上环形盘较宽的拉泥盘拖拉钻孔。拉泥盘环形盘的大小及加装横挡封闭的选择，应根据地层土质确定。最终成形的孔道内壁光滑圆顺，拖孔器拉泥清孔工艺见图示。

管道焊接

本工程中的HDPE管采用热熔焊接，管道接口质量的好坏直接影响到拉管施工的成功进行，因此要严格按以下操作步骤执行。

1）对口

① 将塑料管或管件放入夹具内夹牢，用刷子和棉布块将管口的氧化层、油污、尘埃清除干净。

② 将两管端的接口对正，对口间隙不得超过，用卡尺检查两对口的端面是否平行，必须保证两连接管接口时的两个端面完全重合，不得有缝隙。同时要调整好对口的两连接管间的同心度，其误差应小于管壁厚的10%。对口达到要求后，将夹具夹紧。

2）加热接口：用热平板模加热两个管口，将加热温度及加热压力调至需要位置。聚乙烯管材对接焊的最佳焊接温度为200～240℃，一般确定为210±10℃。经加热后的两个

管口熔化，当加热至熔融状态即完成了吸热过程。焊接时应注意以下要点：

① 热熔连接加热时间和加热温度应符合热熔连接工具生产厂和管材、管件生产厂的规定。

② 当指示灯亮时，最好在等10分钟使用，以使整个加热板温度均匀。 ③ 热熔连接保压冷却时间，不得移动连接件或连接件上不得施加任何外力。

④ 热熔对接连接，两管段应各伸出卡具一定的自由长度，校对连接件，使其在同一轴线上，错边不宜大于壁厚的10%。

⑤ 温度适宜的加热板置于机架上，闭合卡具，并设系统的压力。达到吸热时间后，迅速打开卡具，取下加热板。应避免与熔融的端面发生碰撞。

⑥ 迅速闭合卡具，并在规定时间内，匀速地将压力调节到工作压力，同时按下冷却时间按钮。达到冷却时间后，在按一次冷却时间按钮，将压力降为零，打开卡具，取下焊好的管子。

⑦ 卸管前一定要将压力降至为零，若移动焊机，应拆下液压软管，并做好接头防尘工作。

3）冷却接口：接口完成后，在卡具上应稳住对口，让其自然冷却，其时间确定为～×壁厚（mm）分钟，再放至地上还须再冷却，方可进行另一端对口的组对和熔热接口。打开夹具后卸除卡具，对熔融接合口的外观进行检查，对口热熔环向高度、宽度成形应均匀、美观、其高度、宽度应适宜。合格的焊缝应有两翻边，焊道翻卷的管外圆周上，两翻边的

形状、大小均匀一致，无气孔、鼓泡和裂纹，两翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。

聚乙烯管材热熔对接焊参数值：按设计要求施工。

回拖拉管

本单位工程HDPE管材 ,HDPE管焊缝和管道强度检验合格后，即可进入拉管施工。首先用现场制作的“PE管封套”将管头密封，然后在管头后端接上回扩头，管后接上分动器进行接管，将管子回接到工作井后，卸下回扩头、分动器、取出剩余钻杆，堵上封堵头。

施工时，拉管机操作人员要根据设备数据均匀平稳的牵引管道，切不可生拉硬拽。

安管工艺见图示。

空腔注浆处理

PE管道拉通后，为了避免地面沉降，需要进行注浆加固。由于受场地条件限制，本次采用孔内注浆的加固措施。

拉管施工前在PE管前端连接两根与PE管同长度的D25钢管,与PE管一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。到达终点后，解除D25钢管与PE管的连接，在两根钢管前面各加一根6m长同直径的注浆花管。

移动拉管机到接收坑，和D25钢管连接并回拽。每拽入6m，把钢管和拉管机的连接取消，换成和高压注浆泵连接。注入1：1水泥、粉煤灰浆液（），从而置换触变泥浆，补充PE管周围的空隙。然后再换再拉，再拉再注，反复进行。直到把钢管全部拉出接收坑，注浆过程也就全部结束了。

在注浆施工时应注意：a、根据实际情况每3-6米注浆一次，根据计算注浆量一定大于泥浆量，注浆时尽量保持不要间断。 b、当花钢管拖入地面时一定要用堵头堵死，防止浆液从花管前端流出。

导向坑回填及路面恢复

工作坑、接收坑及检查井应选用黄砂进行回填，不得含砾石、垃圾。施工期间清除工作泥浆过滤后，用泥浆车外运。按图纸要求恢复路面。

质量标准

（1）HDPE管材焊接质量标准

检查数量：外观质量全数检查；热熔焊缝焊接力学性能试验按200 个接头不少于 1 组做接头热熔焊缝焊接力学性能试验。

检查方法：观察；检查焊接力学性能检测报告；

上述检验中若有不合格的则应加倍抽检，加倍检验仍不合格时应停止焊接，查明原因进行整改后方可进行焊接。

（2）定向钻进质量标准

水平定向钻施工的允许偏差和检验方法应符合下表的规定。

施工注意事项

（1）每次开机施工前，必须对定向钻机及相关配套设施进行全面检查，并做详细记录，不得在机械设备有故障或存在安全隐患的情况下盲目施工。

（2）导向施工时，若出现推进力突然增大或减小的情况，则应立即停止施工，待查明原因后方可继续施工，切不可盲目施工。

（3）扩孔施工时，必须严格控制扩孔速度及泥浆量，避免路面上鼓、溢浆及塌孔等的发生。

（4）拖拉施工时，根据设计规范要求做好详细拖拉记录。