1 前言

　　非開挖水平定向鉆進(jìn)是指利用巖土鉆掘、定向測(cè)控等技術(shù)手段，在地表不挖槽和地層結(jié)構(gòu)破壞極小的情況下，對(duì)諸如供水、煤氣、天然氣、污水、電信電纜等公用管線進(jìn)行鋪設(shè)的施工技術(shù)。此外，在一些場(chǎng)合諸如古跡保護(hù)區(qū)、鬧市區(qū)、農(nóng)作物及植物保護(hù)區(qū)、穿越高速公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)跑道、廣場(chǎng)、建筑物、河流等，傳統(tǒng)開挖方法無法施工或不允許開挖施工。因此，非開挖技術(shù)(Trenchless Technology)應(yīng)運(yùn)而生。

　　2 水平定向鉆進(jìn)在砂土地層中的施工難點(diǎn)分析

　　2.1水平定向鉆進(jìn)施工技術(shù)分析

　　水平定向鉆進(jìn)法作為非開挖技術(shù)中的一種典型方法，由于從施工區(qū)段(區(qū)域)下方穿越鋪設(shè)管線，可將管線設(shè)計(jì)在工程量最小的最佳位置穿過，從而減少對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響，因而得到了廣泛應(yīng)用。

　　水平定向鉆進(jìn)施工一般分三步進(jìn)行：

　　(1)鉆導(dǎo)向孔

　　利用水平定向鉆進(jìn)設(shè)備在入口處開始鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中通過導(dǎo)向儀監(jiān)測(cè)和控制，使鉆孔按設(shè)計(jì)的軌跡延伸，并從另一端鉆出地表，完成導(dǎo)向孔的施工。

　　(2)擴(kuò)孔

　　導(dǎo)向孔完成后，要將該鉆孔進(jìn)行擴(kuò)大到合適的直徑以方便安裝成品管道，此過程稱為預(yù)擴(kuò)孔，(依最終成孔尺寸決定擴(kuò)孔次數(shù))。通常，在鉆機(jī)對(duì)岸將擴(kuò)孔器連接到鉆桿上，然后由鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)回拖入導(dǎo)向孔，將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，同時(shí)要將大量的泥漿泵入鉆孔，以保證鉆孔的完整性和不塌方，并將切削下的巖屑帶回到地面。

　　(3) 回拉鋪設(shè)管線

　　預(yù)擴(kuò)孔完成以后，成品管道即可拖入鉆孔。管道預(yù)制應(yīng)在鉆機(jī)對(duì)面的一側(cè)完成。擴(kuò)孔器一端接上鉆桿另一端通過旋轉(zhuǎn)接頭接到成品管道上。旋轉(zhuǎn)接頭可以避免成品管道跟著擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn)，以保證將其順利拖入鉆孔?；赝嫌摄@機(jī)完成，這一過程同樣需要大量泥漿配合，回拖過程要連續(xù)進(jìn)行直到擴(kuò)孔器和成品管道自鉆機(jī)一側(cè)破土而出。

　　2.2 砂土地層中的施工難點(diǎn)分析

　　砂性土層，尤其是流砂地層一直是水平定向鉆進(jìn)施工的難點(diǎn)。流砂一般屬于水流搬運(yùn)沉積而成的產(chǎn)物，故多屬河床流砂。它們絕大多數(shù)產(chǎn)于無塑性的不粘結(jié)的粉砂土質(zhì)巖層和淤泥質(zhì)細(xì)砂中，并且常被水飽和，容易稀釋流散，無膠結(jié)性。在鉆進(jìn)中遇到流砂層，常發(fā)生坍塌垮孔，超徑漏水，甚至無法成孔。

　　具體而言，在砂土地層中，進(jìn)行水平定向鉆進(jìn)施工時(shí)主要存在以下困難：

　　(1)砂土地層中導(dǎo)向鉆孔施工過程造斜、糾斜難;

　　(2)砂土地層易塌，難以成孔;

　　(3)砂土地層中拖管過程摩阻力大，難以就位;

　　(4)鉆進(jìn)過程中容易抱死鉆桿，造成孔內(nèi)事故。

　　3 解決對(duì)策

　　3.1已有解決對(duì)策分析

　　通過以上分析可知，在砂土地層施工的關(guān)鍵問題就是如何控制孔壁穩(wěn)定。傳統(tǒng)的控制孔壁穩(wěn)定的方法是采用泥漿。因?yàn)樗姐@孔管線(包括鉆桿和回拖管)在自重的作用下帖附于孔壁下側(cè)，為了護(hù)壁采用的泥漿密度越大，則孔壁形成的泥皮越厚，管線被泥皮包裹的包角越大，從而導(dǎo)致吸附卡鉆事故增多，使施工難以繼續(xù)進(jìn)行。

　　因此，必須揚(yáng)棄單純采用泥漿護(hù)壁的傳統(tǒng)觀念。套管通常認(rèn)為是對(duì)付松散的砂礫石層孔壁失穩(wěn)的殺手銅，但由于工藝復(fù)雜，成本高，回收套管難，特別是長(zhǎng)距離的水平導(dǎo)向鉆孔，套管護(hù)孔更是難以做到，如果能夠長(zhǎng)距離下套管也就能夠長(zhǎng)距離進(jìn)行管線的鋪設(shè)。因此，采用套管護(hù)壁也不現(xiàn)實(shí)。

　　3.2水平定向鉆注漿固孔法

　　1 水平定向鉆注漿固孔法原理

　　所謂注漿固孔就是在實(shí)施先導(dǎo)孔的過程中，對(duì)不穩(wěn)定的松散的砂土層，及其流砂地層實(shí)施“高壓”注漿，使?jié){液滲透到鉆孔周圍一定的范圍，這個(gè)范圍可根據(jù)所鋪設(shè)管線的口徑確定，由漿液性質(zhì)和注漿壓力控制。由于注漿材料充填松散的砂土層，同砂土層膠結(jié)固化，從而加固孔壁達(dá)到控制孔壁穩(wěn)定的目的，然后再回拖擴(kuò)孔，進(jìn)而達(dá)到順利鋪管的目的。

　　2 實(shí)施注漿固孔事先要了解的問題

　　(1)所施工地層的地質(zhì)資料，地層土體、砂體的自然性質(zhì);

　　(2)鋪設(shè)管線的目的、直徑大小、管線長(zhǎng)度;

　　(3)廣泛收集該地區(qū)以往高壓注漿技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，施工案例等。

　　3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

　　(1)要弄清所施工的砂土地層注漿壓力與漿液在鉆孔周圍滲透區(qū)域的關(guān)系，注漿壓力對(duì)周圍土體的移動(dòng)效應(yīng)，以便控制注漿過程對(duì)周圍建筑物或地表設(shè)施可能產(chǎn)生的影響;

　　(2)弄清漿液的性質(zhì)對(duì)注漿控制區(qū)域的影響，漿液配方與控制孔壁強(qiáng)度的關(guān)系，并優(yōu)選漿液配方;

　　(3)研究注漿固孔成孔工藝，包括分級(jí)擴(kuò)孔次數(shù)的選擇、規(guī)程參數(shù)的確定、成孔時(shí)回拖力的預(yù)測(cè)，回拖管線與孔壁間隙的確定以及回拖速度的大小等。

　　4 施工方法

　　具體方法為：導(dǎo)向鉆進(jìn)結(jié)束之后卸下鉆頭，換上注漿管并將其拉入孔中，直到注漿管全部位于流砂中，然后卸下鉆桿，將鉆孔兩端用水泥或者其他有效材料封起來，等漿液固結(jié)后將注漿管拔出，換上鉆桿，再進(jìn)行擴(kuò)孔鋪管等工序。這種工法的鋪管管徑范圍由注漿擴(kuò)散半徑?jīng)Q定。

　　這種施工方法的技術(shù)關(guān)鍵是：

　　(1)兩端孔口要封好，可以考慮用速凝水泥對(duì)兩端孔口注入封堵;

　　(2)所注漿液要能起到固結(jié)流砂作用，使其能形成穩(wěn)定的孔壁，同時(shí)又不能使固結(jié)體強(qiáng)度太大，否則將給擴(kuò)孔帶來難度，可考慮用水泥加粘土漿液;

　　(3)所注漿液的滲透性要好，容易向周圍砂層滲透擴(kuò)散;

　　(4)注漿壓力的控制非常重要，既要使注漿液擴(kuò)散半徑盡可能大，又不能對(duì)地層造成破壞，比如，漿液壓裂地層流出地面，或?qū)⒌孛鎵旱寐∑鸬?，否則會(huì)對(duì)路面環(huán)境等造成破壞，損失嚴(yán)重。

　　(5)施工中必須注意注漿壓力和漿液性質(zhì)，因?yàn)闈{液壓力和漿液性質(zhì)是控制漿液滲透半徑的關(guān)鍵，關(guān)系到能否順利回拖擴(kuò)孔.

　　4 結(jié)語

　　本文通過對(duì)傳統(tǒng)的水平定向鉆進(jìn)施工過程分析，結(jié)合砂土地層的特點(diǎn)，分析了砂土地層中的水平定向鉆進(jìn)施工時(shí)存在的困難。注漿固孔方法的實(shí)施對(duì)于擴(kuò)大非開挖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍，對(duì)于提高非開挖技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，均具有較大潛力。

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