天津市排水管理事务中心 天津市 300382
摘要：现如今，我国城市建设在不断加快，传统方法在市政排水管道修复工程实际应用中管道过流修复能力较差，为此提出市政排水管道修复工程中水平定向钻技术的应用研究。首先针对不同的市政排水管道情况，提出了两种管道导水施工方案，通过管道导水确定修复管道实际排水能力；针对水流量较少的管道，利用水力清淤法对其进行清淤修复，将管道内的淤泥清理干净；最后利用水平定向钻技术，对水无法通过的管道进行换管修复，以完成市政排水管道修复。经试验证明，此次设计方法管道过流修复能力高于传统方法。
关键词：市政排水管道；修复工程；水平定向钻技术
引言
市政工程供水管道铺设中，总会遇到道路障碍物、河流障碍物等，不能直接进行传统性开挖穿越，因为传统开挖方式不但施工速度慢，还会增加施工成本及难度，并对周围环境产生一定破坏作用，影响施工质量。水平定向钻技术是近年来常见的一种新型钻进技术，已经实现了非开挖钻进施工，应用于市政工程供水管道铺设，不但提高了铺设施工的安全性，还降低了施工的成本、提高了施工效率，并减少对周围环境的破坏。文章根据水平定向钻技术了解，分析了市政工程供水管道铺设中水平定向钻技术的应用。
1水平定向钻系统的简介
1）钻机系统钻机系统是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，钻机系统的组成部分包括钻机主机、转盘等，它主要是通过将钻机主机放置在钻机架上，以此来完成钻进作业和回拖作业，达到不同作业状态下的要求。2）动力系统动力系统的组成部分包括液压动力源和发电机，动力系统的主要功能在于为钻机系统提高压液压油，并以此作为钻机的动力，保障钻机系统的正常运行。3）控向系统控向系统主要的作用是要在地下的具体位置进行精确控制，这样就能够对钻井作业过程中钻头进行正确引导，对于水平定向钻技术来说控向系统是必不可少的一个部分，因为只有在控向系统的作用下才能充分保证整个钻进作业能够按照提前设定的作业曲线来进行。目前，在我国水平定向钻技术实际应用过程中主要有手提无线式以及有线式两种控向系统，这两种控向系统都有各自的优缺点，在实际应用过程中，要充分结合管道穿越工程实际状况，对具体管道穿越工程进行分析后，并综合考虑各种影响因素来选择合理的控向系统。4）泥浆系统泥浆系统的主要功能在于为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆，泥浆与钻孔回拖密切相关，因此，在配置泥浆时，应以地质结构情况为主要依据来配置泥浆，这样的好处是可以稳定孔壁、清除钻进产生的土屑，从而起到固孔护管的作用。
2市政排水管道修复工程中水平定向钻技术应用研究
2.1钻机就位
当组装完锚固箱后，就可以利用吊车来完成水平定向钻机与辅助设备的安装，在这中要注意以下内容：①为确保穿越与钻机中心线能够重合在一起，就需要根据管道穿越中心线的位置来调整钻机的位置；②为了方便钻机水平面夹角与行走轨迹重合，在完成安装后要根据设计图纸对钻机高度进行相应调整；③在施工前的设备安装中，先要用仪器对地下管线分布有精准了解，否则在下放锚杆时很容易对地下管线造成损伤，钻机在施工过程中如果发生错位，会直接阻碍正常施工进度，这种问题出现的原因主要是钻进施工与回托施工之间的能力限度。所以在钻机安装中，必须确保钻机锚固定好，避免发生上述错位现象。
2.2市政排水管道清淤
管道内的污水无法正常流通，说明该部分管道内部存积了大量的淤泥，因此，在完成市政排水管道导水施工后，对水流量较小的管道进行清淤修复。此次采用水力清淤法对市政排水管道进行清淤，该方法主要使用带有水罐、机械卷管设备的高压喷射车，将高压水泵安装在水罐中，且在高压水泵的顶头安装射水喷头，利用高压喷射车的引擎驱动高压水泵，将射水喷头导入需要清淤的管道口对其管壁的淤泥进行清洗，利用水的反作用力将淤泥冲刷到下游的检查井内，最后由吸泥车统一清理，并对淤泥进行处理。
2.3提高工作人员的专业技能与专业素质
在针对提高水平定向钻技术在管道穿越工程中应用研究过程中，必须提高工作人员的专业素质和专业技能，同时还要改观工作人员的工作作风和工作理念，促使工作人员本着对工作负责的态度，认真地对待每一项工作，增强工作责任心，并能主动地学习专业知识，提高自己的专业技能以及综合素质。为此，必须要采取一系列，措施，首先就要加强对工作人员的相关培训工作，帮助他们更加充分地掌握水平定向钻技术的相关概念，管道穿越工程常见的问题以及此项工程的施工技术要点等，最大程度地保证管道穿越工程的正常运行。
除此之外，还可以聘用具备更高要求专业技能的工作人员，通过这种方式不仅可以提升工作人员对专业知识及专业技能的掌握，还能够增强其责任意识，增强管道穿越工程的安全性。
2.4工程勘察
确定采用水平定向钻方法后，须对相应的区域进行勘察，工程勘察包括工程地质、水文地质、地形地貌、地面建筑物及现有地下管线、管线路由勘察等内容。（1）勘探孔数量应按定向钻穿越长度及地层的复杂程度确定。在均质地层上布孔，可沿穿越路由方向进行，孔距50～100m；在地质构造复杂且地层不连续的情况下，应加密布孔；穿越公路、铁路、地表障碍物宜在其两侧布孔，孔数不宜少于2个；穿越河谷、河床应布置勘探孔，孔数不应少于3个。一般情况下，勘探孔的深度应在定向钻铺管轨迹以下6m。（2）排水管道穿越河流宜选择在河段顺直、水流平缓、河床和坡岸稳定、两岸有足够施工场地的有利位置；应避开高压电塔、电站、变电站等高压危险区；应避开不良地质和不利于施工的地形、地貌；保护生态环境，少占农田、绿地等。
2.5导向孔定位
首先，安装和调试钻机，即严格按照安装说明书及相关标准安装钻机，待安装调试完成清理干净钻头和钻杆等，然后按照施工设计图及施工要求进行试钻，经过试钻确定合格后，对钻机运行状况进行检查，并调整各项参数，以满满足施工设计方案中对钻机运行机能的要求；其次，正式开钻前，相关施工人员要到施工现场对水文、地质等资料进行检查，并确定各项钻孔参数（从试钻孔上获取数据），然后根据参数分析结果及施工现场资料检查结果，设计导向孔、分析钻导向孔相关参数，以保证成孔质量；最后，钻导向孔施工中，相关施工人员要先对应井眼泥浆进行全面观察及了解，在必要的情况还需要提样试验，并记录好试验过程及结果，尽可能在第一次就试验成功，确定钻孔位置。
2.6基于水平定向钻技术换管
对于水无法流通的管道应及时进行换管，此次在换管施工中采用水平定向钻技术。运用水平定向钻技术进行换管，排水管道在回拖过程中，由于岩土与管壁的摩擦及管壁的弹力，会产生一个回拖力，该回拖力会影响水平定向钻机的选型。因此，在施工之前需要对排水管道回拖力进行计算：T=[2P（1+K）+Q]FL式中：T——换管的最大回拖力（kN）；P——单位长度换管段所承受的岩土压力（kN/m）；K——主动土压力系数，通常取0.03；Q——单位长度换管重量（kN/m）；L——需要换管的长度（m）；F——排水管道管壁与孔壁之间的摩擦系数，通常取0.02~0.04。利用上述公式对换管的最大回拖力进行计算，根据最大回拖力计算值的2.5倍对水平定向钻机进行选型[6]。在换管之前需要对钻机的主要性能参数进行合理设计，考虑到市政排水管道换管修复需求，水平定向钻机的行走速度设定为4.5km/h；最大扭矩设定为56000N⋅m；总功率设定为250kW；最大限速设定为3000r/min；钻机钻杆长度设定为10.5m；钻杆外径设定为212mm；液压油箱油量设定为550L。设定钻机施工参数后，开始钻进施工，首先采用KUGF-400型牙轮钻头向需要换管的部位进行钻进，在钻进过程中司钻手和定向手应严格按照《水平定向钻技术规范》进行操作，且司钻手和定向手需要密切关注各个仪表数值变化，准确判断钻进过程中的地质情况，保证钻导向孔能够一次性成功。再利用岩石回扩器将导向钻孔孔径扩大到原管道管径的1.5~2.5倍，由于钻孔过程中穿越了地下岩层，扩孔工作施工难度较大，为了保证市政排水管道修复质量，前后进行至少5次扩孔。扩孔完成后将坏掉的管道取出，再将新的管道运用管道铺设技术通过钻孔安装到原有管道位置，在换管衔接处加注泥浆，保证市政排水管道的稳定性和牢固性，以此完成基于水平定向钻技术换管，完成基于水平定向钻技术的市政排水管道修复。
结语
综上所述，水平定向钻技术由于具有非常明显的技术优势，在实际应用过程中创造了巨大的经济效益以及社会效益。因此，在现代城市化建设不断加速的过程中，进一步提升管道穿越工程施工效率以及施工质量，必须要加大水平定向钻技术在管道穿越工程中的应用，并进一步加强对水平定向钻技术的研究，这样才能充分保障管道穿越工程顺利进行。
参考文献：
[1]颜庆龙，叶国清，华晶，等.油气长输管道以水平定向钻技术连续穿越多条铁路初探[J].石化技术，2018，25（12）：95-96，91.
[2]赵春会，钱铁柱.水平定向钻技术在排水管道工程中的应用[J].水利水电技术，2019，50（S1）：262-264.
作者简介：
胡凯臣（1994年）男，汉族，天津市，职称：助理工程师，本科。身份证号码：12010119940630XXXX。