维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第２￣３期 非开挖技术 Ｖｏ１．２４．Ｎｏ．２￣３ ２００７正 Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｒ．，２００７ ５５ 水平定向钻进技术在隧道长管棚中的应用 严 丽 （中铁二十四局集团福建铁路建设公司，福建厦门３６１００９） 摘要：介绍了非开挖技术中的水平定向钻进ＨＤＤ技术在厦门市明发商业广场地下行车通道浅埋暗挖段长 管棚中的应用，在施工参数、机具选择、施工工艺、质量控制、进度情况与定额分析６个方面作了具体介绍。希 望能对类似城市小型浅埋暗挖隧道高密度长管棚的施工和预算提供借鉴。 关键词：ＨＤＤ、长管棚、密集、质量控制、定额分析 １ 概况 很少见的。 明发地下通道设计为Ｕ型引槽段、浅埋暗挖段 非开挖技术是一种新兴的施工技术，是相对于 及明挖暗埋段三段（详见图１）。浅埋暗挖段采用新 开挖技术而言的，是指在不开挖或少开挖地表的条 奥良法设计和施工，土层覆盖层为１．７￣１．８ｍ，用长 件下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下公用设 管棚进行支护。设计采用施作套拱 钻孔 顶进钢 施的一种技术和方法。非开挖技术相对于传统的管 管棚的施工方法，经分析，要达到钢管间距５ｃｍ均 线铺设施工而言，具有不影响交通、不破坏环境、施 匀布置的要求，钻孔不能用普通的转盘钻机或液压 工周期短、综合施工成本低、社会效益显著等优点。 钻机，因为普通钻机纠正方向慢，延误工期，定向不 它可以广泛用于穿越公路、铁路、建筑物、河流、以及 准确，无法满足本工程管棚布置的要求。必须采用能 在闹市区、古迹保护区、作物和植被保护区等条件下 够精确定向的钻机，经设计、业主、监理、施工单位一 进行供水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等管线的 致同意只能选择拥有先进导向系统的水平定向钻 铺设、更新和修复、还可以用在水平降排水工程、隧 机，将顶管变更为采用ＨＤＤ技术敷管施工。 道工程（管棚）、基础工程（钢板／管桩、微型桩、土 ２施工参数 钉）、环境治理工程领域，是地下管线铺设和修复的 （１）管沿截面长方形布置，共９７根； 一种全新的方法。水平定向钻进技术是非开挖技术 （２）钢管外壁间距５ｃｍ，中心间距１５．８ｃｍ； 的一种，又称ＨＤＤ技术，即Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ （３）管心与衬砌外廓线间距为４５ｃｍ； Ｄｒｉｌｌｉｎｇ，是今年来发展起来的一项高新技术，它是利 （４）倾角：设计钢管轴线与隧道轴线夹角０．５ 用钻杆的柔性在导向系统的监测下沿设计线路轨迹 度一１度（不含路线横坡）； 钻进，到达目的地后，卸下钻头换上回扩器进行回扩 （５）钢管施工误差：钢管中心间距不大于１０ｃｍ； 孔拖管。水平定向钻进穿 越敷管技术应用于隧道长 蕈谴ｔ ｎ Ｓ摄ｌ万谢 蓑鹾绫 管棚的施工在一些地区曾 杼道 黼 ： ｝ 有过，但是长管棚管的间 ＼＼ ＼萄 缝蹩妻 蟪 携 後 。嚣 缱 距都在２０￣３０ｃｍ之间，厦 门明发商业广场地下行车 通道的超前长管棚钢管外 辩ｆ＼ ｊｎｎ ＼ 。 ——１≮案 也。 ≮｛ 一 壁间距只有５ｃｍ，如此密 集在福建省甚至国内都是 图１明发商业广场地下行车通道纵断面图 维普资讯 http://www.cqvip.com 非开挖技术Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００７正 一地砸鲢 一 一壅塑 ｌ道 方向正文 簟霞。ｎｎ 长１＂Ｗ￥１ｏｓｘ毫 Ｌ＝６帆设计中心问距 ｌ５ 秀９佩 下管线、槽钢支护开挖工作坑、钻机就位 安装、定出孔位和地面导向控制点、导向 ＿掰质帖土基 一 卜 一 一 一 钻进、另一侧管就位（架管）、回拖扩孔、 钻机移位，工序技术要求高、工艺复杂， 现分别叙述如下。 ４．２．１准备工作 ‘ ● ｌ： Ｉ ／＼椭蠹轮廓娆 通 ｓ ８￡ Ｉ ８： ｌ ，ａ Ｉ 最积－ 曛牯 饯 “ ｎ Ｉ ● 道 盘 性土羼（枢 移仅舟嚣分 布）… 畸 Ｓ ＩＩ 】 Ｉ 兢 ，： Ｉ ９ｊ 州 在钻孔之前应标出孔位，开钻前应 将长管棚应就位的路线测量出来，在此 线上立好３根花杆，然后拉线每隔１５ｃｍ ｎｎ 图２厦门明发商业广场地下行车通道管棚布置横断面图 用白漆喷出一点，并测出这些点离长管 棚中心线的高程差Ｈ，记录好备用。导向 （６）管棚长度为５９ｍ，热轧无缝钢管ｑ￣ｌＯ８ｍｍ， 壁厚５ｍｍ，节长４ｍ。 仪将沿这些点前进。 将钻机吊人坑内，固定就位。 ４．２．２开挖工作坑 ３机具选择 钻进采用南京地龙非开挖工程技术有限公司研 开挖工作坑用槽钢或其他支护措施支护四壁， 由于长管棚呈门形布置，先打最上面一排管，然后打 制的ＤＦ５０１５型分体式钻机，指标如下表１所示。 本工程场地内有高压电缆，导向系统采用英国 雷迪（Ｋａｄｉｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）公司生产的具有一定抗干扰能 力的——ＲＤ领航者（ｉＴｒａｃｋ）非开挖定向钻进导向 系统，探棒为普通探棒，探棒电池采用普通２≠≠电 两侧垂直布置的管。所以钻机所在工作坑Ａ不能一 次开挖到底，需配合钻孔要求分层开挖；另一侧的工 作坑Ｂ一次开挖到底，用支架拖管使其到达回拖的 位置。 ４．２．３导向钻进 池，每两节电池使用时间为４～５小时。 钻机操作员根据导向员的指示操作，每次钻进 不宜太多，一般在１０￣３０ｃｍ之间，以便及时纠偏，最 多不宜超过５０ｃｍ。 表１ ＤＦＳＯＩ５型分体式钻机各项指标 特性／型号 最大顶力 最大回拖力 单位 ＫＮ ＫＮ 数值 ９０ １５０ 在钻机的钻头内有一探棒，可以发出信号，导向 仪接收到信号后会显示出钻头此时离地表的深度和 钻杆与就位水平线的夹角。将深度ｈ与事先测得的 深度Ｈ做比较，ｈ＞Ｈ时将钻头的斜角调整至向上 钻杆长度 钻杆直径 Ｍ ｍｍ ２ ６０ “顶”进，反之方向朝下；夹角Ｏｔ用于控制水平方向， Ｏｔ值应≤１，仅＞１时则将钻头反方向“顶”进纠偏；若 ｈ和仅值都在允许范围内，则“旋转钻进”——简称 入射角 机重 水箱容量 水泵最大流量 钻头钻一圈的直径 度 Ｔ ｍ ３ Ｌ／Ｍｉｎ ｍｍ ６－２２ １．５ ２ １５０ １１ ０ “转进”，则沿着就位线水平前进，导向原理图如图４ 所示。 ４．２．４焊管和架管 回扩头钻一圈的直径 ｍｍ １ ３０ 钢管采用焊接连接，在架管前焊接好，焊接时注 意不仅横截面要焊，在接缝的纵向也应加焊两块竖 长的铁板，以避免钢管回拖时断管。 由于工期的要求，长管棚的另一端所在工作坑 Ｂ须一次开挖到位，以便ｕ形槽引道段同步施工， ４施工工艺 ４．１施工工艺流程图 施工工艺流程图如图３所示。 ４．２工艺说明 工作坑底离地面约６．９ｍ，因此管回拖前时须先将管 吊起至就位处，本工程中用三个临时支架配合手动 水平定向钻进敷管的主要工序有事前的探测地 葫芦来调整钢管上下的方向，钢管前后各配合一二 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第 ３期 严丽：水平定向钻进技术在隧道长管棚中的应用 ５７ 取出，用导向仪正对好其斜角后重新装 入，即保证探棒的位置重新放好。钻头 上有两道槽，里面涂满固化剂，探棒发 出的信号透过固化剂才能传出去，若有 脱落要补涂，以保证导向仪探测数据的 准确性。 （３）根据导向仪上显示的深度和角 度判断成孔情况，钻孔仰角控制在１度 以内，钻孔上下左右偏移量控制在钢管 图４ ＨＤＤ技术钻进导向原理图 长度的１％左右，并控制在２０ｃｍ￣３０ｃｍ。 （４）钻孔过程中发现成孔误差超限 人调整其左右和前后的方向，详见导向原理图。 ４．２．５回拖扩孔 及时抽回钻头原位重钻，终孔时孔心误差控制在 １０ｃｍ以内。 定向钻机钻到位后，卸下钻头，换上回扩头，用 （５）若钻孔过程中若仍然挨到管线，采取抽回钻 杆向上或向下钻进绕过此管线的办法。 （６）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止 断杆；导向和操作钻机专业性较强。应选择专业的、 经过专门培训的、有经验的技术工人，能够操作 和正确判断导向位置和土层情况。 螺栓将钢管和回扩头旋紧。回拖时回拖头选钻扩孔， 钢管只前进不旋转。边回拖边卸钻杆。 ４．２．６结束工作 回拖到位后，卸下回扩头清洗。钻机移位至下一 孔。 ４．２．７劳动力组织 （７）类似城市小型浅埋暗挖隧道土层主要为类 似本工程的部分回填土和部分粘性土层，钻孑Ｌ时泥 浆中要加入膨润土，用量为每２ｍ３水加入１２．５ｋｇ； （８）钻孔中遇到孤石时，泥浆中还应加入化学添 加剂如“钻液宝”，并更换钻头，再重新钻进。 ＨＤＤ技术施工长管棚工序多，技术性强，一台 钻机施工１根长管棚的劳动力约３５人，见表２。 表２劳动力组织一览 序号 １ 工 程 项 目 向轨挤线、固定钻机） 人数 准备工作（调整钻头、打出导 ５人 ６进度情况 以施工一孔ｑｏｌ０８ｘ５ｍｍ管（长５９ｍ）计算： ２ ３ ４ 导向钻进 焊管 架管 ５人 ３人 ６人 准备工作（调整钻头、打出导向轨迹线、固定钻 机）：１．５ｈ 导向钻进：３．５ｈ ５ 扩孔回拖 １１人 焊接钢管：２．３３ｈ 架管：１．５ｈ 扩孔回拖：０．６６７ｈ 结束工作（卸钻头、钻机移位）：１．５ｈ 说明：导向钻进过程是长管棚施工中最耗时的 一６ 结束工作（卸钻头、钻机移位） ５人 ５质量控制 （１）因城市道路地下管线较多，打长管棚前应探 测好其准确位置，必要时挖开地面，画出其纵断面 图，标明其高程、尺寸及和长管棚的相对位置。发现 有管线会影响到打长管棚时，应迁改，迁改不了的， 则稍调整一下钻孔的位置，待工作坑挖好后，在工作 面上标出各个孑Ｌ的位置，并对每个孑Ｌ进行编号。 （２）每根钢管钻进之前，都要将钻头里面的探棒 个环节，导向钻进的快慢直接决定了长管棚的施 工进度。本工程位于厦门市繁华路段，车流量大，地 下管线多、高压线多，对施工干扰和导向仪的信号干 扰都较大，加上受交通管制和其他不可避免因素影 响，导向钻进一孔平均要３．５小时。晚上再加上车灯、 路灯的干扰，导向仪无法收到信号，只能白天施工， 一台钻机一天的进度最多完成２根。 维普资讯 http://www.cqvip.com 非开挖技术Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００７年 表３福建省２００５市政消耗量定额 第六册燃气工程小型定向钻机穿越敷管定额 单位：ｍ 铁路定额中均尚未编人，我们看到 只有在福建省２００５市政消耗量定 额燃气工程册里有编人（表３）。在 定额项 编 号 目 单位 工 日 ｍ ４０６１１０１９ 小型定向钻机 穿越敷管 ＤＮ２００（以内） 铁道部２００４隧道定额中和福建省 ２００５市政消耗量定额里隧道工程册 里可以找到长管棚施工的定额（表 ４、表５）。 名 称 人工 综合人工 管材 数量 １．０７２６ １．００５ 从定额的工作内容和人才机消 耗可以看出，铁道工程和市政工程 材料 水 ｍ３ Ｏ．Ｏ２Ｏ３ 编人在隧道中的长管棚施工定额都 是按照钻孔＋顶管的施工方法编制 膨润土 ｋｇ ２．５３１ ３ 其他材料费 泥浆系统 机械 小型定向钻机 回拖力 ＜１８ｔ ％ 台班 台班 ４．００００ ０．１７０５ ０．的，使用的钻机也是普通的无定向 要求的钻机，不是采用ＨＤＤ技术 施工的。分析这三者的单价如下： 同样的无缝钢管，同样采用福 建省市政２００１基价时，ＨＰＰ技术施 工长管棚定额４０６１１０１９每ｍ人材 机消耗４７１．６１元；钻孔＋顶管施工 １６６７ 注：工作内容：检查管材、打磨内口、测卫钻孑Ｌ、钻导向孔、控向、吊卸钻 杆、泥浆制作、回拖扩孑Ｌ、钻杆倒运、管线回拖、卸钻杆、墙封管井、清 理现场、整理资料。 长管棚定额４０４０３０５１每ｍ人材机 单位：１０ｍ 表４铁道部２００４隧道定额第四节超前支护管棚定额 消耗７４．７９元； 两者相差３９６．８２元； 定额编 号 项 目 单位 ２１２日 Ｓ￣－１７０ Ｓ￣－１７１ 管 棚 钻孔 顶管 量 ０．１６ 同样的无缝钢管，采用铁建 『２００１１２８号文基价时，铁路长管棚 钻孔定额ＳＹ一１７０每ｍ人材机消耗 ５０７．３３元，长管棚顶管定额ＳＹ一１７１ 名 称 人工 数４．５７ 锯材 ｍ３ ０．０３０ 每ｍ人材机消耗６８９．５７元，两者合 计为１ １９．６９元／ｍ。比定额４０６１ １０１９ 低３５１．９３元／ｍ。 无缝钢管ＤＮ１０８×６ ｍ １０．２００ 材料 扩孔钻头 １０２ 合金７３ 其他材料费 水 个 ｋｇ 兀 ｔ —＿ ０．００２ ０．０５ １２．００ １．００ 可以看出，在同样的人材机单 ３．００ 价下，顶管施工与ＨＤＤ技术施工 每ｍ人材机相差３００多元，加上取 费相差４００多元／ｍ。如果实际长管 棚施工有精确定向要求必须采用 ＨＤＤ技术而设计成了顶管的施工 气动锻钎机ｄ≤９０ 钻头磨床 台班 台班 ０．０１９ ０．０１９ 机械 电动空气压缩机≤２０ｍ ／ｍｉｎ 台班 动力头式液压钻机 管子切断机ｄ≤１５０ 台班 台班 ０．２１０ ０．８２５ ０．０５０ ０．０５５ ０．０１ ３ 方法、套用了顶管的定额，设计方 案将可能要进行设计变更、而实际 费用比预算费用也将有一个很大 的缺口，这是我们在设计和编制预 注：工作内容１、钻孑Ｌ：场地清理，搭脚手架，布眼，钻机就位，钻孑Ｌ，清孑Ｌ。 ２、顶管：钢管制作，就位，顶进。 算时均应注意的。设计时若长管棚 ７定额分析 ＨＤＤ技术作为一种新兴的技术，在公路定额和 襄薯蛊 喜蓄 蓑 呈 和结算超预算的情况。铁路、公路、市政定额隧道 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第２￣３期 严丽：水平定向钻进技术在隧道长管棚中的应用 ５９ 表５福建省２００５市政消耗量定额第四册 隧道工程超前长管棚定额 单位：ｍ ８结语 类似本文中介绍的这种城市繁华路段既有道 路浅埋暗挖隧道在目前还不算太多，但为了不影 响城市外观和交通通行，这种小型浅埋暗挖隧道 的设计可能会成为越来越多城市设计的首选。应 定额 编 号 项 目 单位 工日 个 ４０４０３０５１ 超前长管棚 ＤＮ１０８ 名 称 人工 综合人工 合金钻头 数量 用ＨＤＤ技术施工长管棚作为其中的一项关键技 术，虽然在实际施工中积累了一些经验，但是随地 质情况或其他因素的不同应用ＨＤＤ技术施工长 管棚还有很多需要探讨和完善的地方，而ＨＤＤ 技术也需要补充编入长管棚施工定额中以指导预 算。本文对该项技术应用的简要介绍可以为今后 同类工程施工和预算提供一定的借鉴。 参考文献： …１马福海，发展中的中国非开挖事业，非开挖技术，２００６ 年２￣３期． Ｏ．２１Ｏ８ Ｏ．ＯＯ３６ 无缝钢管综合 拣 钻杆 岩心管 ｋｇ ｍ ｍ １ ３．２１ ０．００７６ Ｏ．Ｏ５３２ 其他材料费 机械 立式钻床 ２５ ％ 台班 ３．００００ 管子切断机 １５０ 台班 转盘钻机红星３００ 台班 注：工作内容：制作、运输、布眼、钻孔、顶管。 Ｏ．ＯＯ３Ｏ Ｏ．Ｏ１９７ Ｏ．Ｏ２９８ ［２】方客军，北京地铁蒲黄榆车站超前长管棚试验研究，铁 工程中均还未编入ＨＤＤ技术施工长管棚的定额， 道建筑技术，２００５年０５期． 这也是导致实际可能会套错定额、少估算成本的 原因，不仅要将此定额编入，还应区分不同地质、 不同编制，不同地质造价应不同，不能仅按管径区 分。 ［３Ｊ铁路工程预算定额第三册隧道定额．中华人民共和国铁 道部，２００４． 【４】福建省市政工程消耗量定额ＦＪＹＤ一４０４—２００５，中国计划 出版社，２００５． ［５福建省市政工程消耗量定额珂ＹＤ一４０６—２００５，中国计划 ５】出版社，２００５．
