陕西华伟建设带您了解非开挖技术

1.概况

1900年，美国采用顶管法成功实现了非开挖铺设管线的技术。

1970年，美国率先使用“水平导向钻 进法”穿过河流铺设一条采用此技术的管道。

1980年，随着非开挖技术的不断成熟，人们又针对不同的管网情况，发明了“胀管法”（爆管法），此技术随后也逐步推行开来。

2000年，非开挖技术进入中国并率先在沿海城市广泛使用。

2005年，非开挖技术开始进入中国的其他城市使用，并先后使用该技术穿越长江、黄河等重要河流，且使DN300次高压燃气管线在长沙穿越湘江。

目前，世界非开挖技术设备已经成熟，针对不同的地质条件和环境可采取不同的施工工艺。

现今社会，大量新管线需要敷设；老旧管线 需要修复及更换。近几年,我国加快了城市建设的步伐，很多大中城市明文规定，新建、扩建、改建的城市道路交付使用后 5 年内、大修的城市道路竣工后3 年内不得挖掘。传统 的开挖技术敷设有很大的局限性，已不能适应相关的需求，如造成交通不便、影响环境、施工周期长、社会成本过高。此外，在有些无法进行开挖施工的区域，诸如高速公路、铁路、江河等等。因此，非开挖技术得以应运而生。非开挖敷设地下管线技术是指利用岩土钻掘、定向测控等技术手段，在地表不开挖和地层结构破坏极小的情况下，对诸如供水、燃气、通信污水等公用管线进行敷设和修复的施工技术。非开挖技术包括三方面内容：新管线的敷设、现有管线的修复及更换、隧道建设。

2.水平定向钻基本施工原理

2.1施工步骤

2.1.1导向孔施工，利用水平定向钻机与随钻测控系统相结合，由入口处钻进；从出口处钻出的钻进施工。

2.1.2扩孔，根据设备能力及地层情况，利用扩孔钻头将导向孔扩大至被拖管线的尺寸要求。通常最终扩孔孔径为，被敷设管线直径的 1.2 至 1.5 倍（《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB50423-2007）及《油气管道穿越工程施工规范》（GB50424-2007）规定为1.2倍）。

2.1.3. 管线回拖，当预扩孔径达到要求尺寸后，将需敷设管线敷设入孔道之中。

2.2导向孔轨迹设计（非开挖定向钻轨迹设计与原理）

非开挖铺管的关键技术在于导向钻孔轨迹的控制，确保避开原有地下管线及障碍物，按设计路线准确、顺利地铺管。它的基本步骤是：采用先进的导向探测仪对地下 钻头的前后倾角、深度、导向板面向角等进行测量，根据测量结果人为预定其导进方向，并不断地调整钻头面角进行推进或继续钻进。

几何关系的建立：在导向钻进过程中，钻头以回转钻进和只推进两种方式运动。回转钻进时，其方向不发生变化，轨迹线为直线；推进时，其方向会按一定的规律变化。这样整个钻孔轨迹由若干段直线和弧线组成

轨迹设计的基本要求 ： ①设计的轨迹长度应与工程要求中所示的工程管线长度一致；②导向轨迹的深度与工程管线埋置深度要求一致；③轨迹每个弯曲段的曲率半径应大于工程管线的弯曲半径；④水平方向应与控制点方向相一致，水平偏差小于等于工程要求值；⑤工程管线的轨迹中应尽量避免有起伏不平段； ⑥对穿越信号干扰区或是河道，轨迹尽量设计成水平段。  

轨迹设计的具体方法：工程踏勘、平面定位、导向孔轨迹设计、入土角与出土角的选取。

3.定位系统概述

3.1系统的组成：? 传感器（信号发射器、探棒或信号棒）? 信号接收器 ? 远程同步显示器

3.2基本工作原理：定位者（跟踪钻头方位的操作人员) 使用手持式接收器确定钻头的位置。该钻头位置信息通过无线遥感信号传递至钻机操作平台。接收器通过探测传感器磁场的三个具体位置：（两个定位点和一个定位线），来对信号发射器进行定位。          

4水平定向钻（HDD）泥浆

4.1水平定向钻泥浆的作用：润滑、支撑护孔壁、悬浮钻屑、输送钻屑（良好的流变性）、降低泥浆漏失量。

4.2水平定向钻泥浆的主要成分：膨润土、外加聚合物。

4.3水平定向钻泥浆的主要技术指标：

（1）． 粘度（马氏漏斗粘度）——适中；

（2）． 胶凝强度 —— 高 ；

（3）． 含砂量 —— 低；

（4）． 滤失量 —— 低；

（5）． 在膨润土泥浆中加入降滤失聚合物，膨润土；

（6）． 密度 —— 适中。

4.4泥浆配比的确定：不一样的地层，不一样的泥浆，依据地层状况设计泥浆配比。

4.5泥浆用量计算：根据钻孔面积、钻孔体积、钻孔容积、泥浆用量进行计算。

水平定向钻施工工艺：

水平定向钻进技术又称HDD技术（Horizontal Directional Drilling），是近年发展起来的一项高新技术，是石油钻探技术的延伸。主要用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物，它与传统大开挖埋管施工方式相比，具有施工速度快、精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设工程中。

一、施工工艺简介 水平定向钻机由钻机系统、动力系统、导向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成。使用水平定向钻机进行管道穿越施工，首先按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔，然后将导向孔进行来回扩孔，扩孔完成后将待铺管材沿着扩大了的导向孔进行拖拉，最终完成管线穿越工作。

水平定向钻穿越施工需要两个分离的工作场地：钻机设备场地（钻进入土点工作区）和管线预制场地（钻孔出土点工作区）。每个场地的主要施工工序如下：

钻机设备场地：测量放线→三通一平→钻机设备进场→钻机组装调试→控向系统调试→钻导向孔→预扩孔→回拖→设备退场→恢复地貌。

管线预制场地：测量放线→三通一平→设备进场→运管布管→组装焊接等→设备退场→恢复地貌。

二、水平定向钻施工的优、缺点及适用范围

（一）水平定向钻施工的优点 1．采用定向钻穿越施工时，地上功能能够正常使用。例如穿越公路、铁路时，可不阻断交通；穿越河流时，可保证河流畅通，不阻断通航、排洪。 2．由于采用了非开挖施工，减少了大量工程土的开挖、运输和堆放，有利于环境保护。同时，也相应的减少了基础埋设、地面恢复等的费用。 3．施工周期短、作业安全迅速、综合成本低，社会效益显著。在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合，可用定向钻从其下方穿越。在城市建设高速发展的今天，避免重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，具有较高的社会及经济效益。

（二）水平定向钻施工的缺点 1．由于水平定向钻施工是一项新的生产工艺技术，目前我国尚无统一的技术标准和施工验收规范，造成对工程设计、施工质量的把控没有官方依据。一旦发生质量事故，对责任方的认定也造成一定难度。 2．由于采用定向扩孔拖拉，施工结束时，管材与回扩孔之间的空隙处理，不能像开槽敷设施工那样进行回填夯实。因此，对管材沉降要求比较高的工程在实际使用中存在着一定的风险。

（三）水平定向钻施工的适用范围  水平定向钻适用于城市道路、公路、铁路、河流及其它不宜在大开挖施工地段的管道穿越工程。可敷设天然气、热力、自来水、雨污水、电力、电信、有线电视、网络等各类地下管线，管材主要可分为钢管、PE管、铝塑管、铜塑管、电缆、光缆等。

二、水平定向钻施工的优、缺点及适用范围

（一）水平定向钻施工的优点 1．采用定向钻穿越施工时，地上功能能够正常使用。例如穿越公路、铁路时，可不阻断交通；穿越河流时，可保证河流畅通，不阻断通航、排洪。 2．由于采用了非开挖施工，减少了大量工程土的开挖、运输和堆放，有利于环境保护。同时，也相应的减少了基础埋设、地面恢复等的费用。 3．施工周期短、作业安全迅速、综合成本低，社会效益显著。在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合，可用定向钻从其下方穿越。在城市建设高速发展的今天，避免重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，