1 工程概况
上海临港产业区重大项目配套给水管道工程（一标段）项目的定向钻施工，为穿越老芦公路—团芦港河—南芦公路的施工段（桩号M5+490～M6+180），穿越河道、市政道路、绿化带。采用单孔外径φ1000mmPE自来水管，总长690m。施工平面图如图1所示。
图1 施工平面图
穿越土层含填土、浜土、粉质黏土夹黏质粉土、黏质粉土夹淤泥质粉质黏土、砂质粉土，地质情况较为复杂。土层情况如表1所示。
表1 场地工程地质特征表
2 施工难点
2.1 轴线控制问题
由于历史遗留问题，该处地下管线复杂，部分输电线路、通信线路产生的磁场可能存在信号干扰，不利于钻头的准确定位。导向钻进时，因地表道路、河流地形限制，无法密集设置监测点，存在一些探测盲区。
2.2 孔洞坍塌风险问题
由于定向钻孔施工需要穿入穿出地表的松软土层，尤其是用大孔径定向钻时，洞口处不易成形，易塌方。在曲线段穿越不同土层的时候，容易夹泥夹砂。由于掘进钻头的摩擦阻力过小，不能完全平衡锤体前进时后座反作用力，降低了穿越成功的可能性，易造成塌孔、缩径。
2.3 焊接质量与成品质量控制问题
本工段管道全长690m，由9m长的单一管节依次熔接而成，接头处理不当直接影响整体质量。并且在回拖过程中，拖拉管线产生的摩擦力，随管径和长度的增大而增大。熔接不牢固会将管道拉断。需要采取措施减小阻力，确保成品质量，保证管线的顺利回拖。
3 主要施工措施
3.1 轴线控制
做好地下管线的勘查及校核，确保施工轴线不与其他管网冲突。如图1所示，导向孔自起始点向东钻进，先后横穿老芦公路（宽度35m）、团芦港河（宽度55m）、南芦公路（宽度52m），其余地面情况为市政绿化带（包含草坪及矮灌木丛）。对于穿越如路面、河道等无法实时监测的情况，把道路两侧人行道和河岸两端设置的监测点列为重点监测对象。本工段设置的常规监测点共9处，自始发井向西往接收井方向依次设置。如图1所示，在道路及河道两端各设有1处监测点（图1中老芦公路两侧设置②、③，团芦港河两岸设置④、⑤，南芦公路两侧设置⑦、⑧），其余3处监测点分别设置在靠近起、终点和施工中段（图1中①、⑥、⑨）。
钻机设置在老芦公路东侧向西钻进，定向钻机自带的控制台和钻头内安装的跟踪器、电子罗盘，实时掌握钻头的位置、姿态、方向。导向孔开钻后，从起始点延伸水平距离20m内，配合手持式定位仪校验各设备仪器工作状态，确认工作正常后继续钻进。过程中保持0.6m/min的速度匀速钻进。常规监测点经校验后，轴线偏差均控制在30cm以内。
在即将穿越公路、河道前3m内实时监测，由施工人员手持定位仪在地面同步校验、伴随钻进。并结合钻机控制台反馈的控制数据，瞄准预定的轴线继续钻进，提前避免轴线偏差。穿越障碍区域后及时监测校对，若有轴线偏离的征兆出现，立即纠偏。在穿越过程中各系统工作正常，钻机操作员依靠钻头携带的传感器回传到钻机控制台显示的数据，与施工设计的轴线进行比较，再通过控制台操纵钻头的方向角与俯仰角，微调纠偏，保证轴线稳定。穿越完成后复核结果，最大偏差仅25cm。最终在南芦公路西侧钻出，导向孔顺利贯通，历时约20h。
3.2 防坍孔措施
护壁泥浆的使用是钻孔施工防止孔壁坍塌最直接的技术手段。根据《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》（CECS 382-2014）中列出的泥浆指标数据，并结合参考地下连续墙和钻孔灌注桩相关的技术规范《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）中泥浆配置、管理性能指标表格和施工经验，以及其他论文著作的表述，本次施工中管径达到1m，必须将孔径扩至1400mm以上，加之穿越土层含沙量较高，泥浆配比要求比较高。为达到泥浆护壁效果，防止塌孔，将泥浆配比参数预设如表2中所示。
表2 泥浆指标情况
在钻孔起点和终点分别开挖3m×3m×2m的基坑，特别注意坑底标高保持一致，避免孔洞贯通后出现“水头差”现象，造成泥浆满溢、散失。灌入预制泥浆后开始打导向孔，贯通及后续的扩孔过程中持续补充浆液，浆液液面高度始终保持孔洞上沿以上约1m。在扩孔阶段为防止坍孔，采用分级扩孔的方法。管道直径DN1000，钻孔孔径需达到φ1400mm。按照钻孔孔径的大小，更换不同规格外径扩孔器，逐级将导向孔扩大，循序渐进分4级扩孔（φ400mm、φ800mm、φ1100mm、φ1400mm）。扩孔耗时较长，共持续3d。在此过程中，考虑到孔洞开放时间越长坍孔风险越大，所以适当加快扩孔速度，缩短停钻时间。截止最终成孔前，密切注意泥浆用量并及时补充，同时注意检测泥浆的指标变化。
泥浆各项指标均保持预设范围内，在钻进和扩孔经过曲线段与水平段交界处时，考虑土质变化，少许增加添加剂（CMC、FCI、纯碱等）掺量，保证泥浆的护壁效果。成孔全过程钻机保持匀速，扩孔过程中未出现扭力陡增情况，可推断未出现坍孔、缩径。
3.3 熔接质量与成品质量控制
定向钻施工管道应符合《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）中的规定。由于本项目工期一年，时间紧迫，服从于施工总体筹划和进度安排，借地和绿化搬迁手续等原因，此次定向钻施工期间冬季施工无法避免，气温较低。查阅相关PE管厂家的产品说明，管材熔接的环境温度为20℃适宜，为了排除冬季施工气温低的不利因素，考虑大管径成孔时间较长的特点，抓住时间差，在白天中午左右的时间段进行熔接作业。
本工段全长690m，管节全长702m，由9m管节依次熔接，接口77处，按照计划，除在中午前后集中施工外，为进一步避免冷却过程的温度阶梯过大，另专门配备2台暖风机放置在熔接好的接口两侧，辅助平缓降温。此外，将熔接好的管道按轴线走向一次性拖到预定位置，因管线较长，在拖进的施工中，保护管道不受磨损尤为重要，为此专门制作专用托架，将管道在地面部分托起，起到保护管道不受磨损同时也减少拖进阻力。
管道整体成型后，外观检测无崩裂、变形，注水试验验收合格。管道回拖时，卸载掉部分注水试验注入管内的清水后封闭，使管身比重接近护壁泥浆，有助于在孔内回拖时产生悬浮效果，减小摩擦力。
4 施工效果
整个定向钻施工阶段自导向孔钻进开始至管材回拖就位历时4d。实测数据为：管道埋深-29m，水平最大偏差0.3m，垂向最大偏差0.4m。此次施工，设计未明确要求轴线控制精度，于是按照《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》（CECS 382-2014）规范要求，管道水平限差±（0.1+0.05H），垂向限差±（0.2+0.05H），H为管道最大埋深。
故此次水平定向钻施工精度符合要求。扩孔与成孔阶段护壁泥浆与施工工艺配合良好，未出现坍孔现象。管材的熔接、试验验收及回拖就位阶段未出现崩裂、断裂，总体施工一次完成。
5 结语
此次工况面临地面条件制约、管道成品质量不易把控等诸多不利因素，通过技术装备与实时检测配合、护壁泥浆与施工工艺配合、熔接质量与成品质量控制等手段，获得了良好的施工效果。在公司项目中，此类大直径长距离定向钻施工工况较少见，本次施工中遇到的问题和解决的方法，为后续的施工水平提高提供了宝贵技术经验。
摘自《上海隧道》