1 前言

　　非開挖水平定向鉆進是指利用巖土鉆掘、定向測控等技術手段，在地表不挖槽和地層結構破壞極小的情況下，對諸如供水、煤氣、天然氣、污水、電信電纜等公用管線進行鋪設的施工技術。此外，在一些場合諸如古跡保護區、鬧市區、農作物及植物保護區、穿越高速公路、鐵路、機場跑道、廣場、建筑物、河流等，傳統開挖方法無法施工或不允許開挖施工。因此，非開挖技術(Trenchless Technology)應運而生。

　　2 水平定向鉆進在砂土地層中的施工難點分析

　　2.1水平定向鉆進施工技術分析

　　水平定向鉆進法作為非開挖技術中的一種典型方法，由于從施工區段(區域)下方穿越鋪設管線，可將管線設計在工程量最小的最佳位置穿過，從而減少對交通、環境、周邊建筑物基礎的破壞和不良影響，因而得到了廣泛應用。

　　水平定向鉆進施工一般分三步進行：

　　(1)鉆導向孔

　　利用水平定向鉆進設備在入口處開始鉆進，鉆進過程中通過導向儀監測和控制，使鉆孔按設計的軌跡延伸，并從另一端鉆出地表，完成導向孔的施工。

　　(2)擴孔

　　導向孔完成后，要將該鉆孔進行擴大到合適的直徑以方便安裝成品管道，此過程稱為預擴孔，(依最終成孔尺寸決定擴孔次數)。通常，在鉆機對岸將擴孔器連接到鉆桿上，然后由鉆機旋轉回拖入導向孔，將導向孔擴大，同時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) 回拉鋪設管線

　　預擴孔完成以后，成品管道即可拖入鉆孔。管道預制應在鉆機對面的一側完成。擴孔器一端接上鉆桿另一端通過旋轉接頭接到成品管道上。旋轉接頭可以避免成品管道跟著擴孔器旋轉，以保證將其順利拖入鉆孔。回拖由鉆機完成，這一過程同樣需要大量泥漿配合，回拖過程要連續進行直到擴孔器和成品管道自鉆機一側破土而出。

　　2.2 砂土地層中的施工難點分析

　　砂性土層，尤其是流砂地層一直是水平定向鉆進施工的難點。流砂一般屬于水流搬運沉積而成的產物，故多屬河床流砂。它們絕大多數產于無塑性的不粘結的粉砂土質巖層和淤泥質細砂中，并且常被水飽和，容易稀釋流散，無膠結性。在鉆進中遇到流砂層，常發生坍塌垮孔，超徑漏水，甚至無法成孔。

　　具體而言，在砂土地層中，進行水平定向鉆進施工時主要存在以下困難：

　　(1)砂土地層中導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)鉆進過程中容易抱死鉆桿，造成孔內事故。

　　3 解決對策

　　3.1已有解決對策分析

　　通過以上分析可知，在砂土地層施工的關鍵問題就是如何控制孔壁穩定。傳統的控制孔壁穩定的方法是采用泥漿。因為水平鉆孔管線(包括鉆桿和回拖管)在自重的作用下帖附于孔壁下側，為了護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，從而導致吸附卡鉆事故增多，使施工難以繼續進行。

　　因此，必須揚棄單純采用泥漿護壁的傳統觀念。套管通常認為是對付松散的砂礫石層孔壁失穩的殺手銅，但由于工藝復雜，成本高，回收套管難，特別是長距離的水平導向鉆孔，套管護孔更是難以做到，如果能夠長距離下套管也就能夠長距離進行管線的鋪設。因此，采用套管護壁也不現實。

　　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施先導孔的過程中，對不穩定的松散的砂土層，及其流砂地層實施“高壓”注漿，使漿液滲透到鉆孔周圍一定的范圍，這個范圍可根據所鋪設管線的口徑確定，由漿液性質和注漿壓力控制。由于注漿材料充填松散的砂土層，同砂土層膠結固化，從而加固孔壁達到控制孔壁穩定的目的，然后再回拖擴孔，進而達到順利鋪管的目的。

　　2 實施注漿固孔事先要了解的問題

　　(1)所施工地層的地質資料，地層土體、砂體的自然性質;

　　(2)鋪設管線的目的、直徑大小、管線長度;

　　(3)廣泛收集該地區以往高壓注漿技術的成功經驗，施工案例等。

　　3 現場試驗

　　(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域的關系，注漿壓力對周圍土體的移動效應，以便控制注漿過程對周圍建筑物或地表設施可能產生的影響;

　　(2)弄清漿液的性質對注漿控制區域的影響，漿液配方與控制孔壁強度的關系，并優選漿液配方;

　　(3)研究注漿固孔成孔工藝，包括分級擴孔次數的選擇、規程參數的確定、成孔時回拖力的預測，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：導向鉆進結束之后卸下鉆頭，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，等漿液固結后將注漿管拔出，換上鉆桿，再進行擴孔鋪管等工序。這種工法的鋪管管徑范圍由注漿擴散半徑決定。

　　這種施工方法的技術關鍵是：

　　(1)兩端孔口要封好，可以考慮用速凝水泥對兩端孔口注入封堵;

　　(2)所注漿液要能起到固結流砂作用，使其能形成穩定的孔壁，同時又不能使固結體強度太大，否則將給擴孔帶來難度，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散;

　　(4)注漿壓力的控制非常重要，既要使注漿液擴散半徑盡可能大，又不能對地層造成破壞，比如，漿液壓裂地層流出地面，或將地面壓得隆起等，否則會對路面環境等造成破壞，損失嚴重。

　　(5)施工中必須注意注漿壓力和漿液性質，因為漿液壓力和漿液性質是控制漿液滲透半徑的關鍵，關系到能否順利回拖擴孔.

　　4 結語

　　本文通過對傳統的水平定向鉆進施工過程分析，結合砂土地層的特點，分析了砂土地層中的水平定向鉆進施工時存在的困難。注漿固孔方法的實施對于擴大非開挖技術的應用領域和適用范圍，對于提高非開挖技術的經濟效益和社會效益，均具有較大潛力。

　　參考文獻：

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