一、工程概況

蘭溪市芝堰水庫DN800輸水管（過江段）工程，施工地點(diǎn)位于浙江省蘭溪市城區(qū)，為金華江、衢江兩江匯合為蘭江的匯合口，管道過江方式為水平定向鉆穿越，穿越管徑為DN800，材質(zhì)為Φ235B鋼管，穿越長度681m，定向鉆管道主要在弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中通過。入土點(diǎn)為婺江路東城水廠旁的南門溪灘上，出土點(diǎn)位于中洲公園內(nèi)，中洲公園為兩江交匯的沖積洲，是一個(gè)市民休閑健身娛樂的人行公園，無可供大型設(shè)備進(jìn)出的道路和碼頭。

二、水文地質(zhì)情況

入、出土端的造斜段均位于長約80～100米、厚約9m、粒徑2～10cm不等的砂卵石層上，砂卵石層含砂量不足30%，且板結(jié)松散，透水性極強(qiáng)，砂卵石層地下水位與蘭江相通，并隨蘭江的水位變化而變化，蘭江汛期時(shí)，***高水位可淹沒定向鉆操作平臺(tái)1.0～1.5米。

三、方案比選

方案一：如采用單向夯管、單向穿越方案，雖然成本相對(duì)較低，但出土端必須具備大開挖條件。由于出土工作坑位置砂卵石層地下水位與蘭江相通，地下水位極高，且開挖深度達(dá)12米深，開挖難度極大，并需大面積的破壞中洲公園設(shè)施和環(huán)境，甲方不允許。

方案二：如采用雙向夯管、雙面穿越方案，成本相對(duì)高，但出土點(diǎn)中洲公園為兩江交匯的沖積洲，無可供大型設(shè)備進(jìn)出的道路和碼頭，大型設(shè)備無法進(jìn)場，無法實(shí)施此方案。

綜上所述，經(jīng)過多次的對(duì)比分析和方案論證后，決定創(chuàng)新的采用出、入土兩端夯套管、單向穿越的全新工藝，以解決以上兩個(gè)方案所帶來的問題。

四、水平定向鉆雙向夯管、單向穿越工藝技術(shù)

1、定向鉆雙向夯管、單向穿越施工工藝流程

場地平整→入土端夯管平臺(tái)修筑及導(dǎo)軌安裝→正向夯管→鉆機(jī)進(jìn)場安裝調(diào)試→導(dǎo)向孔鉆進(jìn)→出土端夯管平臺(tái)修筑及導(dǎo)軌安裝→反向夯管→分級(jí)擴(kuò)孔→回拖管線→管道割接→完工清理退場。

2、鉆孔軌跡計(jì)算及回拖力計(jì)算

根據(jù)工程地質(zhì)勘測結(jié)果，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，綜合確定定向鉆導(dǎo)向孔的技術(shù)參數(shù)（入土角度、長度、曲率半徑、埋深、造斜長度、出土角度），從而繪出導(dǎo)向孔軌跡圖，確定其施工現(xiàn)場位置；同時(shí)利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行回拖力分析計(jì)算，并考慮一定的安全系數(shù)，得出本工程***大回拖力為220KN，選擇GD3500-L定向鉆鉆機(jī)。

3、泥漿制配

泥漿制配的好壞對(duì)定向鉆工程的成功與否起著決定性的作用，根據(jù)本工程需穿越砂卵石地層及巖石層，泥漿配比采用水：純堿：膨潤土（高含量）：降失水劑：增黏劑 =1：0.005：0.05：0.004：0.005的泥漿配比，并在施工中采用馬氏漏斗每小時(shí)測一次，以確保泥漿滿足穿越特殊地層的施工要求。

4、定向控制測量

目前在河流長距離定向鉆穿越施工時(shí)，為了保證導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)，導(dǎo)向控制人員需要嚴(yán)格控制曲線的走向，隨時(shí)掌握導(dǎo)向孔軌跡情況，并實(shí)時(shí)發(fā)出指令指導(dǎo)司鉆操作人員進(jìn)行導(dǎo)向孔鉆進(jìn)調(diào)整。本工程控向設(shè)備采用美國DISSTMGS導(dǎo)向儀，精確的控制了出土位置。

5、布置人工磁場

人工磁場就是在穿越的中心線上加一個(gè)人工、可計(jì)量的磁場，來消除不穩(wěn)定因素造成磁場變化對(duì)控向儀器的影響。因?yàn)樵摯艌鍪欠€(wěn)定可控的，所以能***大限度的提高導(dǎo)向精度。人工磁場在穿越中心線兩側(cè)布設(shè)閉合導(dǎo)線圈，通電后形成外加磁場，用以對(duì)控向參數(shù)的復(fù)核。人工磁場可不受任何外部磁場的干擾，準(zhǔn)確反映鉆頭所在的具體位置、左右偏移量和穿越點(diǎn)高程情況，通過人工磁場的布設(shè)大大提高了控向精度，保證該工程導(dǎo)向一次成功。

6、入土端造斜段夯套管和導(dǎo)向出土后反夯套管

氣動(dòng)夯管鋪管技術(shù)就是以壓縮空氣為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)夯管錘產(chǎn)生巨大的沖擊力，此沖擊力通過調(diào)節(jié)錐套、出土器和夯管頭作用于鋼管一端，再通過鋼管傳遞到另一端的管靴上，切割土體，并克服地層對(duì)管體的摩擦力使鋼管不斷進(jìn)入土層，被切割的土芯進(jìn)入鋼管內(nèi)，待鋼管抵達(dá)目的地后，將管中的土芯排出，即完成鋪管，適用于短鋼管的非開挖鋪設(shè)。主要工序?yàn)椋簻y量放線—工作坑開挖—導(dǎo)軌安裝—鋼套管安裝——夯錘安裝—鋼套管夯擊—接口連接—掏碴及碴土外運(yùn)。

本工程入、出土端均位于砂卵石層段，需設(shè)置鋼套管，入土點(diǎn)設(shè)置D1500鋼套管，正夯直至進(jìn)入巖層中；出土點(diǎn)也設(shè)置D1500鋼套管，反夯至巖層也即沿著已完成的導(dǎo)向孔軌跡，夯擊鋼套管穿過砂卵石層直至進(jìn)入巖層中，這是本工程雙向夯管、單向穿越施工技術(shù)的關(guān)鍵所在，具體做法：采用全站儀和無線導(dǎo)向探測儀對(duì)導(dǎo)向孔內(nèi)鉆桿的平面位置和縱向高程進(jìn)行精確定位復(fù)測，根據(jù)對(duì)鉆桿精確定位復(fù)測的平面和縱向高程的數(shù)據(jù)，設(shè)置反夯鋼套管的中心線和鋼套管導(dǎo)軌入土夯入角度。為使夯擊的鋼套管進(jìn)入巖石層時(shí)，其平面位置和軸線符合設(shè)計(jì)要求，需在套管前端設(shè)置一個(gè)1%～2%的下沉角度，用以抵消因鋼套管前端周圍的砂卵石被夯錘動(dòng)力振落于鋼套管下部形成一個(gè)的抬頭趨勢量，這個(gè)抬頭量一般為鋼套管長度的1%～1.5%，鋼套管長度越長時(shí)上升量越大。每夯入一節(jié)5米鋼套管，復(fù)測一次位置，確認(rèn)符合要求后，再回抽一截鉆桿，如此反復(fù)進(jìn)行，直至進(jìn)入巖石層。

7、分級(jí)擴(kuò)孔

反向夯鋼套管完成后，根據(jù)定向穿越管道外徑為φ820mm，且主要在弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層中通過，為保證管道回拖順利進(jìn)行，本工程分級(jí)擴(kuò)孔采用Φ350～Φ1150的9級(jí)回?cái)U(kuò)孔，每級(jí)增加10cm，擴(kuò)孔采用巖石擴(kuò)孔器，清孔采用桶式清孔器。

8、管道回拖

管道回拖作為水平定向鉆工藝的***后一步，也是***關(guān)鍵的一步，回拖時(shí)必須做好充分的準(zhǔn)備工作，需檢查鉆具的連接可靠性、有效性和泥漿噴嘴、回拖旋轉(zhuǎn)接頭是否正常工作，并準(zhǔn)備好必要的減阻物質(zhì)和助力機(jī)械；還需檢查鉆桿、麻花鉆桿、切割刀、擴(kuò)孔器、旋轉(zhuǎn)接頭、U形環(huán)到管道的連接情況?；赝线^程中，還要認(rèn)真觀察漿泥運(yùn)行情況，管道回拖施工需連續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)禁在施工中無故停拖，避免因停工造成阻力增大。