水平定向钻施工在穿越河流时的难题与分析

水平定向钻施工在穿越河流时的难题与分析

万铮

中国二十二冶集团有限公司，河北 唐山 064000

摘要：从20世纪80年代中后期起，由于不允许开挖铺设地下管线的工程量日益增多，且重要性也日趋加大（如穿越河流、高速公路、铁路干线、机场跑道等）。而水平定向钻穿越施工时，时常会遇到穿越禁区-卵石层，本文通过对比分析方式论述穿越过程的优劣分析。

关键词：卵石层；水平定向钻；PE管；河流

随着我国非开槽技术的推广，水平定向钻施工逐步进入人们视野，而号称“穿越禁区”的卵石层也争相被人打破。穿越复杂地层过程中拟调整泥浆配比保证钻孔安全，但因埋深过深，且在高层附近，开挖难度过大；地下水渗透系数过大，注浆加固经济性较差；夯机套管施工方式，所需工作面较大，且出钻定位困难。通过工程实例分析论述穿越卵石层的多种方案。

1工程简介

该水平定向钻穿越工程位于河道附近，处于泄洪区内，根据防洪评价要求工作坑需距离堤坝100m，深度需在堤坝以下10m，河流冲刷线以下6m，此深度根据地勘信息可知位于卵石层，为保证穿越，需在卵石层以下施工。管道出入土点距离711m，水平段长度500m。管径为de710，壁厚56mm，PE100管道，设计压力1.25mpa。

图1 工程地质刨面图

2常规穿越工艺的分析与论证

2.1沉管施工

水下沉管施工为非断流情况下对河道管道沟槽进行开挖，穿河管道在岸上制作成型，整体下沉安装，并进行沟槽回填的一种施工方法。该施工方法主要适用于管道穿越江河、湖泊的情况，是管道穿越水深较深、地质条件复杂、围堰施工困难、有通航要求的水域的主要施工方法之一，目前在市政上程中广泛运用。沉管施工比架空过河及顶管施工难度小，费用大大降低，但存在的缺点是焊接要求、防腐要求及材料的要求较高，水下维修不方便，要求严格控制施工质量，一次成功。

2.2不开槽施工

不开槽施工也是管道跨河的常用措施，是管道穿越水深较深、地质条件复杂、围堰施工困难、有通航要求的水域的主要施上方法之一。非开挖主要包括顶管施工和拖拉管施工两种，其中，顶管施工对施工精度要求很高。拖拉管施工精度要求低于顶管，造价也较低，是目前管道跨河的常用措施。

2.3围堰开挖施工

围堰开挖施工是管道穿越河道较常用的一种施工方式，即穿越河道管段经河道围堰后采用大开挖方式敷设，该方式在工期、投资和施工难度等方面都有较大优势。较适合河道水量较小，河床稳定，无通航要求的河道。

2.4架空施工

管径较小给水管可利用桥梁这个载体，随桥一同架设过河。对于一些直径较大的给水主干管（DN>900），多是采用管桥的方式跨越。管桥可以采用梁式支墩管桥、拱式管桥和桁架式管桥（悬索、斜索和拱架）等型式过河，但从造价和施工难易程度等方面考虑，一般情况下常用梁式管桥跨越过河。管桥较倒虹吸管易于施工，检修维护方便，且造价相对较低，但

对于景观要求较高的城市河流不宜采用。

以上几种施工形式优缺点比较见下表：

方案比选

2.5水平定向钻与顶管施工

该工程施工区域因空间受限，且管道埋深过深，无法进行深基坑支护，所以选用水平定向钻施工。

3水平定向钻穿越难点分析及解决措施----以涿州供水管网项目为例

3.1穿越卵石层的难点

本项目其中一处穿越为北部区域唯一水源，de710管道施工。根据防洪要求，需要在堤坝以下10m，冲刷线以下6m，工作坑距堤坝垂直距离不小于100m进行施工。本工程地面标高为34m，河道底标高是26m，标高17~28m为砂层，标高12`17m为卵石层，12m以下为粉质粘土，根据防洪评价要求，管顶标高应在16m以下。暂定穿越管顶标高为10.5m，长度700m，周边环境存在其他构筑物，但仍需穿越卵石层，地下水位较高。在施工过程中如不能采取有效的措施，保证有效的穿越卵石层，将造成极大的经济损失。穿越河道主要困难分4点：1穿越河道时，管道埋深过深，实时监测困难且周边信号干扰多，导致方向控线困难；2管道穿越过程中，因为需要穿越卵石层，而卵石层的孔隙率较大，泥浆有泄露的风险；3钻杆折断及塌孔；4卡钻及钻具受损。

3.2初步暂定施工方法

拟采用开挖换填、套管、注浆加固、调整泥浆配比等措施进行施工。穿越过程中拟调整泥浆配比保证钻孔安全，但因埋深过深，且在高层附近，开挖难度过大；地下水渗透系数过大，注浆加固经济性较差；夯机套管施工方式，所需工作面较大，且出钻定位困难。

3.2.1换填法

采用旋挖钻机或锤击打桩机将卵石层挖出或击穿，之后回填低标号素混凝土，优点：工程量可控；缺点：地下管线不确定且施工费用高。

3.2.2地质改良法

通过注浆或者打液氮的方式对卵石层进行固化处理，通过计算穿越轨迹，对穿越卵石层区域进行注浆改良，增加卵石层在穿越时的稳定性，从而完成穿越，优点：施工方便，注浆造价低；缺点：地层渗透系数大，固化浆液需经过实验调配。

3.2.3套管隔离法

通过使用水泥套管或钢套管对卵石层进行隔离，在套管内完成卵石层穿越，套管采用夯锤进行施工，可先进行引孔。优点：塌孔风险低；缺点：施工成本高，难度大，且双向对接定位困难。

结论

本文以涿州供水项目为载体，分析了穿越河道卵石层施工的难点，从经济性考虑，能让则让，必须穿越时，可进行根据管道长度、失败风险、周边环境等多因素进行分析，优中选优的确定施工方案，攻克“穿越禁区”。

参考文献：

[1]张晓敏.水平定向钻河流穿越施工难题及应对措施[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(20):3.

[2]肖文娟.水平定向钻穿越动力扩孔在施工中的应用.建筑工程技术与设计000.018(2018):5567.