非开挖关键技术在穿越北京四环路中的应用

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1、非开挖关键技术在穿越北京四环路中的应用2006年08月1工程概况2006年4月，在北京市东四环北路东风北桥下进行了一项非开挖铺设再生水管工程。该铺管工程总铺设长度150米，孔径为Φ600mm，铺设管材为Φ400mm再生水PE管。1.1工程地质条件拟建工程场地位于北京市朝阳区朝阳公园北侧，地形较平坦，场地所处地貌类型为温榆河冲积扇。拟铺设管道埋深为5.2m，场区内5m深度均未见地下水，因此可不考虑地下水对施工的影响及地下水的腐蚀性。穿越路段的地层由人工堆积土（Q）、第四系洪积层（Q）组成。其中，人工堆填土由杂填土和素填土组成，其平均埋深分别为1.78m和2.01m；第四系洪积土由粉

2、质粘土、砂质粉土、粉细砂（含于砂质粉土中）、粘质粉土和粉质粘土组成，其平均埋深分别为3.30m、4.03m、4.04m、4.86m和6.26m。根据对土质的分析，该地层松散易垮、胶结性差，因此该非开挖铺管工程具有较大难度，尤其是在扩孔时进行有效的保护孔壁。1.2原有地下管线分布情况探明地下管线分布情况至关重要，关系到导向孔施工是否可以安全进行。该工程铺管时需要穿越四环路主干道，其地下管网非常复杂。在此次探查地下管线时，综合运用了实地调查、物理探查、挖探和简易触探等方法。根据探查资料，在距入土点6m处，地下埋设有垂直相交的铸铁燃气管道，直径400mm，埋深1米处，也即由造斜段过渡到

3、水平段处，有相距1m远的雨水管和污水管，其中雨水管直径2m，下底埋深4.75m，污水管直径1.55m，上顶埋深5.55米。这是导向时需要穿越的主要障碍管道，另外整个穿越线路上还有直交和斜交的电信、电力、给水、中水等管道，其分布如图1所示。1.3设备及材料该工程采用北京土行孙非开挖技术有限公司生产的DDW-320型非开挖铺管钻机。该钻机为橡胶履带式，最大回拖力32t，最大扭矩12kN·m；配有Φ110mm的导向钻头和Φ73mm×3m的钻杆；配有320L/min的大排量泥浆泵和容量为3m3的撬装式泥浆快速搅拌站；采用美国DCI公司生产的Eclipse导向仪，其最大探测深度可达9m。施

4、工材料包括Φ400mmPE管、捷高钠基膨润土、LG植物胶、工业纯碱等泥浆材料。1.4施工工艺2006年4月26日，开始导向孔施工。根据先前的设计轨迹和放线路径进行导向孔钻进工作。导向钻头直径为Φ110mm，入土角为15°，造斜强度取1.5°/m，管线在水平段地底埋深5.20m。导向孔钻进过程中，钻机最大回拖力为6.7吨。扩孔分5级施工，各级扩孔钻头直径分别为：Φ240mm、Φ330mm、Φ440mm、Φ530mm和Φ620mm，均为挤压式扩孔钻头。5级扩孔完成后，用Φ620mm的扩孔钻头清孔一次，清孔时钻机回拖压力表最大值为9T，说明成孔良好，可以进行拖管。图1地下管线分布图1－

5、铸铁燃气管，Φ400mm，埋深2.0m；2－雨水管，Φ2m，下底埋深4.75m；3－污水管，Φ1.55m，上顶埋深5.55m；4－电力拱沟，2m×2.5m，上顶埋深8.35m；5－自来水管，Φ100mm，埋深2.56m；6－高架桥基础；7－电信管，埋深1.4m回拖铺管须在清孔后立即进行，以防孔壁长时间裸露和由于泥浆浸泡而造成孔壁垮塌、缩径。拉管头自行设计，如图2所示，外部用钢管夹持、管内用木塞紧固，起到内外夹紧的作用，用螺栓连接各部分。由于夹持片增大了接触摩擦面积，使得该拉管头强度高、连接牢靠。拖管过程中钻机最大回拖力为10.2吨，平均回拖力在9.5吨左右。2导向孔轨迹模拟设计与

6、实际控制2.1导向孔轨迹的模拟设计根据地下管线的探测资料，设计入土角度为15°，第一造斜段长度取十根钻杆即30米，造斜段摆平后深度控制在5.2米，然后进行水平段钻进。由于第二造斜段地层为2～3m厚的回填建筑垃圾，为便于钻进成孔及回拖铺管，在出土点拟进行开挖工作坑的方式代替第二造斜段。工作坑开挖深度为2.0m。图2特殊的拉关头设计为了设计最优的导向孔轨迹，采用由中国地质大学（武汉）非开挖课题组和上海佳友市政有限公司联合研发的“水平定向钻进地下轨迹三维优化设计辅助决策系统”软件进行设计。该软件具有全三维显示效果，能够从不同的视角观察地下的钻孔轨迹。不仅可以对导向钻进的全过程进行模拟控

7、制，而且可以对实际的道路情况和地下原有管线情况进行全三维量化仿真模拟。利用该三维轨迹软件，根据上述地下管线分布情况以及各设计参数，模拟的轨迹如图3所示。图3导向孔三维轨迹模拟图2.2精确的导向控制由于地下管线分布复杂，控制导向孔施工就十分重要。本次导向过程采用精确的导向控制技术、提前量控制技术并选取合理的导向强度，克服了以下3个技术难点：  （1）第一造斜段避让铸铁燃气管道。该燃气管道铺设多年，物探并未探出，钻机就位挖工作坑时发现并挖出。由于场地受限，钻机就位点只有一个，因此要想