1 工程概况

　　湖滨污水提升泵站设计位于月欣小区南侧、月形湖北侧。湖滨社区为集中的城中村片区，片区内主要污水均直接排入月形湖，对水环境造成恶劣影响，湖滨污水提升泵站及配套压力管线工程是污水收集系统管网完善工程中的重要内容，对污水管网处理具有重要意义。

　　根据设计图纸要求，需在月欣小区南侧新建1座污水泵站，敷设1根聚乙烯PE100(DN225，公称压力1.25MPa)管道，长约240m。湖滨社区的污水通过泵站压力管输送到湖滨大道污水主干管，末端进入湖滨污水处理厂进行处理。

　　2 施工重难点

　　施工场地周围有居民鱼塘，宽约210m，施工作业面狭小，承载力不足，不能采用重型机械，需人工开挖，且施工周期短。

　　3 压力管线埋设方案比选

　　3.1 人工开挖

　　1)施工条件分析管线位于池塘堤坎上，堤坎由混凝土浇筑，厚约15cm，路基由泥土、碎石组成，宽约2m，采用管线埋入土体方式，常年浸泡在水中，地基承载力不足，施工时需人工切割路面，再开挖沟槽、埋设管道。

　　2)造价分析湖滨污水提升泵站压力管线长240m，人工、材料、机械的折算综合单价分别为1 920,2 560,8 320元，合计307.2万元。

　　3)施工优缺点施工操作方便、安全，但需采取人工措施，施工进度慢。

　　3.2 铁路沿线开挖

　　1)施工条件分析管线可以沿铁路沿线绕行，此处施工空间有限，树木、管线较多，无法使用机械设备开挖，需采用人工探挖方式。施工前移植树木，管线存在于居民菜地，需与居民协商，且管线距京广铁路线≤5m，需与铁路部门协调，且管线搭设长度增加40m。

　　2)造价分析铁路沿线应用工程量为240m长，人工、材料、机械的折算综合单价分别为1 920,2 560,8 320元，拆除及修复绿化费用为24 600元，合计309.66万元。

　　3)施工优缺点无须破坏居民池塘及混凝土路面，土质易挖，但距铁路边≤5m，地下光缆较多，还存有燃气管道，施工困难;距池塘边近，存有施工隐患。

　　3.3 水平定向钻施工

　　1)施工现场先确定入钻点和出钻点位置，将机械摆放于入钻点处，同时设置蓄水箱，为入钻提供水源，设置污水收集井，然后统一处理收集的污水，避免污染周边环境。定向钻穿越池塘水平距离L=218m，入钻最深点距离地面约6m，在HSYL5点进行出钻，周边为居民池塘(见图1)。后续须回拖扩大孔径，便于管道安装。水平定向钻具有施工安全，不影响池塘水体情况，施工周期短的优点。

　　图1 施工平面布置  

　　2)造价分析水平定向钻施工工程量为240m长，人工、材料、机械、拆除和修复绿化的折算综合单价分别为485,2 425,2 910,0元，合计139.68万元。

　　3)施工优缺点压力管道敷设采用水平定向钻工艺，无须再开挖作业井或居民池塘，也不影响池塘中的堤坎及内部结构。使用水平定向钻穿越池塘施工，缩短施工周期，施工场地使用面积小，安全性较高。

　　通过分析对比上述方案，根据经济、质量、安全等因素，湖滨污水提升泵站管线铺设采用水平定向钻施工。施工纵断面如图2所示。

　　4 压力管线埋设施工

　　4.1

　　施工工艺流程(见图3)

　　4.2 水平定向钻施工流程

　　施工流程:进场→导向→钻进(焊管)→回扩→回拖→退场。

　　图2 纵断面  

　　图3 施工工艺流程  

　　4.2.1 导向

　　当既有道路正常通行时采用定向钻钻孔，由于水平定向钻钻机的最大施工角度为32°～36°，安全起见取33°，须注意钻机中心线与出入钻点连成一线，本工程穿越段的灌顶距地面最小深度约7m。钻孔导向剖面如图4所示。

　　图4 钻孔导向剖面  

　　4.2.2 导向轨迹设计

　　1)计算最大入射角穿越管段的出土角、入土角应根据管道材质、穿越地形、地质勘察资料和穿越管径大小进行计算，选取入土角为10°，出土角为10°。

　　2)回拖力计算湖滨压力管线的管材采用DN225聚乙烯PE100管道，公称压力PN=1.25MPa，计算求得管道所受最大回拖力点为D点，T_D=22kN。

　　3)管道拉应力核算管道在回拖施工时，管材可经受的最大回拖力按F=σ×π(D₁²-D₂²)/4N进行计算，最大回拖力为84.7k N(其中，σ为管材屈服强度(MPa);π为圆周率，取3.14;D₁为管道直径，mm;D₂为管道壁厚，mm;N为安全系数，给水、排水、通信、电力管道等低压管道取2.0，燃气等高压管道取3.0)。

　　4)管道扩孔计算按照CECS 382:2014《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》，穿越管道所需钻孔的最终扩孔直径为300mm。

　　5)开挖入钻坑入钻坑长2m、宽1m、深1.5m，工作坑开挖须符合施工图要求，做好工作坑的警示标志。

　　4.2.3 钻机就位及各系统调试

　　首先清理机器设备摆放场地的淤泥，清理完毕后垫碎石，达到要求后平整场地，在钻机下垫钢板，防止钻机工作时下沉，特别是拉管时防止用力过大，使钻机位置下沉影响拉管，钻机按要求摆放到位，做混凝土地锚固定钻机，钻机设备进场后，可根据现场调试设备，避免设备在使用过程中发生意外。

　　4.2.4 泥浆配备及利用

　　水平定向钻中，将泥浆中的水和膨润土按1∶10搅拌混合，且水含盐量<1%，泥浆含钙量<120mg/L。施工现场可利用居民池塘水，也可加入少量添加剂，对泥浆进行有效配备及使用。

　　由于现场紧挨池塘，采用DN225管道，根据湖滨社区及周边道路岩土工程勘察报告，水平定向钻施工位置靠近钻孔点ZK157 (3 243 003.1,411 679.69)，钻孔深度为12m，岩土为粉质黏土，黏度值如表1所示。

　　表1 泥浆黏度 

　　表1 泥浆黏度

　　为保持孔壁的稳固，提升泥浆携带能力，采用(7%～8%)预水化钠基膨润土+(0.3%～0.5%)提黏剂+0.4%降滤失剂+0.1%钻进液进行配制。

　　泥浆用量V=理论建筑空间×(300%～500%)。

　　为控制泥浆用量、维护生态环境，现场设置泥浆多次利用沉淀池。泥浆循环利用工序如下:将导入泥浆引进循环沉淀池，进行初次沉淀→经筛网及泥浆泵抽进泥浆桶，进行静置→导入配备泥浆系统，进行再次使用。

　　4.2.5 导向孔穿越

　　导向孔穿越精度关系管材在土层中的质量，因此，采用Slimhole的APS型探测仪进行导向，由钻机遥感扫描系统进行检验、核对钻杆的水平深度和穿越方向坡度，确保穿越达到设计指定位置。水平定向钻使用过程中，按事前画好的记号，每隔3m校核1次钻头位置，确保穿越精度。

　　4.2.6 泥浆压力和流量控制

　　定向穿越泥浆的控制原则是高流量、低压力，由高压泥浆泵的档位和转速控制、泥浆喷嘴的直径和数量、钻进的把控和回拉快慢进行实现。在水平定向钻中，泥浆压力和流量控制根据现场出浆情况进行调节，导向孔阶段，钻头泥浆喷嘴由14和212组成。钻进深度为0～3m时，泥浆压力为8.27～24.82k Pa;钻进3～6m时，泥浆压力为24.82～49.64k Pa，导孔钻进速度较慢，不作为主要控制。

　　5 水平定向钻常见质量问题与应对措施

　　通过分析水平定向施工工艺，发现常见质量问题及成因如下:(1)塌孔土体存有含砂层，无法对孔成型;(2)变形穿越土层时，土层压力太大，土体垮塌，导致管道变形;(3)返浆压力值增加，泥浆排量过大;(4)卡钻土壤塌孔液化，导致卡钻。

　　针对以上常见质量问题采取如下应对措施。

　　1)卡钻施工单位可使用1台大功率钻机进行强行回拖，如未能拉出钻杆，可采取大开挖方式挖出卡钻点，然后将钻杆顺利拖出。

　　2)塌孔土层内含有砂层，孔难成型，可加入膨润土进行搅拌，注入管道后，可有效成型。

　　3)返浆根据地质勘察资料报告，分析此区域土层，控制泥浆压力，减少泥浆排放量。

　　6 结语

　　本工程现场已完工期比直接开挖工期缩短4d，加快施工进度，且减少对已建基础设施的破坏，不影响城市交通。水平定向钻机在路面下钻孔铺管，不毁坏路面，无须事后修复、绿化，其综合经济效益和社会效益高于人工+机械开挖施工。

　　为提升市政管网污水排放输送工程质量，施工人员要充分发挥水平定向钻穿越技术的作用，做好施工准备工作，依照有关施工标准进行施工，加强钻穿工作质量控制，为长江大保护项目新建管网建设提供宝贵经验。