定向鉆在不良地質(zhì)條件下的應(yīng)用
1水文地質(zhì)情況
穿越改線段位于慶鐵新線479#+220m處和慶鐵老線#+m處，地貌單元屬于河床，地面相對高程為1.25m，地勢中間低兩側(cè)高，地勢起伏較大。地層結(jié)構(gòu)上部為第四系沖積成因的砂、卵石層，沉積韻律變化較大，下部為中生代白堊紀(jì)泉頭組砂巖，基底起伏不大。
1.1水文情況
上源有南北兩支，南支為主流，發(fā)源于清源縣應(yīng)額門鎮(zhèn)老虎頂山，流至縣與發(fā)源于的碾盤河在耿王莊匯合，在鎮(zhèn)接納寇河，在大高力屯注入遼河。全長170.6km，流域面積4813.95km
2流域是遼河干流暴雨洪水多發(fā)地區(qū)，暴雨集中，強(qiáng)度大，遼河干流以前發(fā)生的洪水來源80%來自。50年一遇洪水沖刷深度2.7m，平均水深4.96m，流速3.3m/s。穿越改線段范圍內(nèi)地下水屬孔隙滯水，主要賦存于卵石層之孔隙中，動(dòng)態(tài)要素受大氣降水控制，豐水期水位上升，枯水期水位下降，鉆探施工期間測得地下水位埋深為3.5~4.3m。
1.2地質(zhì)情況
根據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)局工程勘察院《慶鐵新老線改線工程巖土工程勘察報(bào)告》，在鉆探所達(dá)深度范圍內(nèi)，自地表而下依次為耕土、粉砂、礫砂、圓礫、卵石、泥巖。
(1)耕土：灰，以粘性土為主，含植物根系，土質(zhì)松散，ZK2孔缺失，層厚0.3~0.4m。

(2)粉砂：，稍濕，松散，砂成份為石英、長石，顆粒較均，層厚1.6m。
(3)中砂：黃褐色，濕-飽和，松散-稍密，局部為中密，礫石成份為花崗巖，分選差，磨圓好，砂以中粗砂為主，成分為石英、長石，層厚度為1.8~4.2m。
(4)圓礫：黃褐色，濕-飽和，中密-密實(shí)，礫石成分為花崗巖，分選差，磨圓好，層厚2.0m。
(5)卵石：黃褐色，含水飽和，中密-密實(shí)，卵石成分為花崗巖，分選差，磨圓好，局部夾中粗砂薄層，層厚5.7~8.6m。
(6)粉砂質(zhì)泥巖全風(fēng)化：紅褐色，原巖結(jié)構(gòu)不清，礦物已風(fēng)化成土狀，層厚3.8~5.0m。
(7)粉砂質(zhì)泥巖強(qiáng)風(fēng)化：紅褐色，原巖結(jié)構(gòu)不清，巖石風(fēng)化呈碎塊狀，易風(fēng)化礦物已風(fēng)化成土狀，巖石手捏即碎，層厚5.7~6.7m。
(8)粉砂質(zhì)泥巖中風(fēng)化：紅褐色，微細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成份為石英、長石，巖石呈塊狀，鉆孔控制厚度為8.5m。場地標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為1.30m。
2穿越改線方法分析及解決方案
2.1穿越方案的比較及確定
從上述水文地質(zhì)情況可以看出自然條件比較復(fù)雜，洪水量大，地層間雜情況多，結(jié)合具體地質(zhì)情況對常用的管道通過河流的方法分析和比較如下：
(1)水上跨越法：東北地區(qū)水系的特點(diǎn)是季節(jié)性強(qiáng)，河流夏秋季節(jié)洪水期間，漲幅大，河水寬度增加大；冬春少雨季節(jié)河道中水量小，水深小，寬度小?？缭绞┕げ贿m用于東北部河流穿越，宜引起洪水期間的管橋橋墩阻水、積柴，加大洪水對管道的沖擊，使管道被沖斷的危險(xiǎn)增加。
(2)地下盾構(gòu)法：盾構(gòu)法對地質(zhì)條件要求小，可以在卵石中鉆孔成型，常用于重點(diǎn)河流穿越工程及復(fù)雜地段的施工。兩側(cè)需要進(jìn)行豎井施工，占地面積大，豎井不易施工，造價(jià)高(每米為30000~40000元)，施工時(shí)間長(一般約1a左右)。

（一）水向鉆施工的優(yōu)點(diǎn)有以下三點(diǎn)：
1．選用定向鉆穿越施工時(shí)，地上功能能夠正常運(yùn)用。例如穿越公路、鐵路時(shí)，可不阻斷交通；穿越河流時(shí)，可河流疏通，不阻斷通航、排洪。
2．因?yàn)檫x用了非開挖施工，減少了很多工程土的開挖、運(yùn)輸和堆放，有利于環(huán)境保護(hù)，同時(shí)，也相應(yīng)的減少了根底埋設(shè)、地上恢復(fù)等的一切費(fèi)用。
3．施工周期短、作業(yè)敏捷、歸納成本低，社會(huì)效益明顯。在開挖施工無法進(jìn)行或不允許開挖施工的場合，可用定向鉆從其下方穿越；在城市建設(shè)高速開展的今日，防止重復(fù)開挖、修復(fù)所形成的路途拉鏈工程，具有較高的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。
（二）施工的缺點(diǎn)有以下兩點(diǎn)：
1．因?yàn)樗蜚@施工是一項(xiàng)新的出產(chǎn)工藝技術(shù)，目前我國尚無一致的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，形成對工程設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量的把控沒有根據(jù)。一旦發(fā)生質(zhì)量事故，對職責(zé)方的認(rèn)定也形成一定難度。
2．因?yàn)檫x用定向擴(kuò)孔拖拉，施工結(jié)束時(shí)，管材與回?cái)U(kuò)孔之間的空地處理，不能像開槽敷設(shè)施工那樣進(jìn)行回填夯實(shí)。因而，對管材沉降要求比較高的工程在實(shí)際運(yùn)用中存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)。
1 定向鉆穿越施工具有不會(huì)阻礙交通，不會(huì)破壞綠地，植被，不會(huì)影響商店，醫(yī)院，學(xué)校和居民的正常生活和工作秩序，解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾，對交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響。
2 現(xiàn)代化的穿越設(shè)備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深，管線弧形敷設(shè)距離長，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求埋深，并且可以使管線繞過地下的障礙物。
3 城市管網(wǎng)埋深一般達(dá)到三米以下，穿越河流時(shí)，一般埋深在河床下 9—18米，所以采用水平定向鉆機(jī)穿越，對周圍環(huán)境沒有影響，不破壞地貌和環(huán)境，適應(yīng)環(huán)保的各項(xiàng)要求。
4 采用水平定向鉆機(jī)穿越施工時(shí)，沒有水上、水下作業(yè)，不影響江河通航，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)，施工不受季節(jié)限制，具有施工周期短人員少、成功率高施工可靠等特點(diǎn)。
5 與其它施工方法比較，進(jìn)出場地速度快，施工場地可以靈活調(diào)整，尤其在城市施工時(shí)可以充分顯示出其優(yōu)越性，并且施工占地少工程造價(jià)低， 施工速度快。
6 大型河流穿越時(shí)，由于管線埋在地層以下 9—18米，地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少，所以起到自然防腐和保溫的功用，可以管線運(yùn)行時(shí)間更長。
每分鐘可進(jìn)尺100mm——180mm之間。它的第七個(gè)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、維修保養(yǎng)簡單、操作方便。無論在工作坑中安裝還是在接收井中拆除都很方便。如頂進(jìn)管道軸線附近可能存在大的石塊，樁基礎(chǔ)等不明障礙物。我們采用排障方便、成本低廉的敞開式掘進(jìn)機(jī)。地下水位較高的話可采取井點(diǎn)降水等輔助施工方法。另外，對于含水量較少并且N值大于18的黃土和強(qiáng)風(fēng)化巖，也可采用敞開式掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)。4.敞開式掘進(jìn)機(jī)敞開式掘進(jìn)機(jī)在類似于農(nóng)田對地面沉降要求不嚴(yán)格的情況下也可采用。此種機(jī)型的缺點(diǎn)是頂速慢、遇到流沙土層難以控制出土量，因此沉降也是大于以上幾種頂管掘機(jī)的。5.網(wǎng)格水沖式掘進(jìn)機(jī)網(wǎng)格水沖式掘進(jìn)機(jī)具有土壓式以及泥水式頂管機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，這種掘進(jìn)機(jī)頭在遇到障礙物時(shí)工人可進(jìn)入泥水倉排除障礙物。
天津和平區(qū)過路頂管工程施工一米多少錢頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井內(nèi)穿過土層一直推到接收井內(nèi)吊起。與此同時(shí)，也就把緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在兩井之間，以期實(shí)現(xiàn)非開挖敷設(shè)地下管道的施工方法。
隨著鉆進(jìn)深度和地質(zhì)巖層的變化，在突破不盡相同的巖層帶時(shí)，應(yīng)該遵照巖層情況適時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，避免有差別的巖層鉆進(jìn)對設(shè)備造成損害。③密切監(jiān)控施工過程，留意是否有地質(zhì)突況，譬如泥漿漏失，鉆壓突變等情況。類似于這類地質(zhì)突況或者鉆探設(shè)備隱患故障等情況，假如查看到應(yīng)該立即停止施工，并通報(bào)施工技術(shù)人員或者地質(zhì)勘察工程師，查明突況的原因后并采取調(diào)整措施后，方能繼續(xù)實(shí)施施工。④在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)施工完成然后，可以對工作坑道的入土口，接受坑的出土口的基礎(chǔ)工作面標(biāo)高及方位開展核查，確保導(dǎo)向孔與研究發(fā)明軸線一致。⑤依照設(shè)計(jì)定制圖紙以及實(shí)際取點(diǎn)對導(dǎo)向孔軸線施工核查校驗(yàn)確認(rèn)完畢再之后，將導(dǎo)向鉆頭換為回?cái)U(kuò)鉆頭，以導(dǎo)向孔為軸線實(shí)施施工回?cái)U(kuò)。在回?cái)U(kuò)過程中，應(yīng)一直保持合適的泥漿量，并對泥漿的性能參數(shù)開展不定期檢測，遵照巖層及土層情況調(diào)整泥漿性能指標(biāo)。比方是一點(diǎn)郊區(qū)土層為粉淤質(zhì)土，可以在泥漿混配系統(tǒng)中再加上適量的稀釋粉，起到固化洞壁，潤滑鉆桿，塑管與用處。⑥擴(kuò)孔完成再然后，必須遵照打造圖紙對完成的擴(kuò)孔孔洞開展校核，以確認(rèn)其寬度及方向精度滿足管道施工的要求。在回拖管道過程中，密切注意孔況，鉆機(jī)操作手應(yīng)密切注意鉆機(jī)回拖力，扭矩的變化?；赝蠎?yīng)平穩(wěn)，順利，不允許蠻拖。管材要拖入已成形的孔洞中，中途盡量避免停頓，以減小回拖的阻力
刀盤前土壓力過大時(shí)，它就往后退。刀盤前伸時(shí)，應(yīng)減小進(jìn)泥口開度并加快推進(jìn)速度；刀盤后退時(shí)，應(yīng)加大進(jìn)泥口開度并降低頂速。這樣，就可使刀盤前的土壓力控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。使用此種掘進(jìn)機(jī)地面隆沉極小，的操作人員可使地面隆沉控制在10mm以內(nèi)。由于采用了泥水作為運(yùn)輸介質(zhì)，在頂進(jìn)的過程中無需停頓出泥，因此它的頂速也很快，24小時(shí)可頂進(jìn)20-30米。缺點(diǎn)也很明顯：由于進(jìn)泥口開度限制，在含有直徑大于6cm礫石的土層中無法施工。對于易產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的砂性土可根據(jù)其含水量及其標(biāo)準(zhǔn)貫入度選用不同類型的掘進(jìn)機(jī)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入度較小時(shí)可選用多刀盤土壓平衡式掘進(jìn)機(jī)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入度較大時(shí)，除多刀盤土壓平衡式掘進(jìn)機(jī)以外的以上各種掘進(jìn)機(jī)都適應(yīng)此種土質(zhì)。