给排水管道中水平定向钻技术的选择与设计
设计方案及参数的确定主要包括管材的选择与穿越曲线的设计。水平定向钻拖拉法的常用管材为钢管与PE管，这两种管材使用水平定向钻拖拉法的技术、经济比较见表1。
根据钢管与PE管在水平定向钻拖拉法应用中的各自特点，一般情况下两种管材主要的适用场合如下:钢管一般用于施工场地开阔、拖拉距离长的场合;PE管适用于施工场地相对受客观条件限制、拖拉过程中要求更加灵活的场合。相比较而言，PE管在水平定向钻拖拉法中更为常用。
2.3 穿越曲线的设计
穿越曲线的设计是水平定向钻拖拉法设计的核心，通俗地讲就是寻找最理想的钻进路径。拖拉管的穿越曲线由造斜段与水平段组成，水平定向钻穿越，图1为水平定向钻拖拉管穿越曲线示意。
水平定向钻拖拉法穿越曲线的设计过程主要如下:
(1)通过对管道的技术、经济比较与论证，并对工程特点进行分析，选择最为适宜的管材。
(2)根据流量及试验压力确定管道的壁厚和管道外径D(m)。
(3)确定拖拉管水平段的埋深h(m)及长度l3(m)。l3一般是穿越障碍物的实际需要长度。拖拉管的覆土需满足以下要求:①穿越公路、铁路、河流时，其覆土厚度满足有关部门专业规
范的要求，当无特别要求时，应符合表2的要求，以及有关专业规范和主管部门的要求;②敷设在建筑物基础一侧时，管道与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外，尚应考虑土层扰动后的变化，扩散角不得小于45°;③敷设在建筑物基础以下时，必须经过验算对建筑物基础不会产生影响后方可确定埋深;④与现有地下管线平行敷设时，扩孔与地下管线水平净距不得小于0.6 m;⑤与现有地下管线交叉敷设时，扩孔与地下管线垂直净距在粘性土中不得小于0.5 m，在砂性土不得小于1.0 m;⑥遇可燃性管道、特种管线，应考虑加大水平净距和垂直
净距。当达不到上述距离要求时，应增设有效的技术安全防护措施。
(4)确定拖拉管的曲率半径。拖拉管的曲率半径包括造斜段(钻杆进入敷管位置的过度段)曲率半径R1及第二造斜段(钻杆钻出地表的过度段)曲率半径R2。拖拉管的曲率半径R通常是由钻杆的曲率半径与管材的曲率半径共同确定的。钻杆的曲率半径Rz由钻杆的弯曲强度所确定，因钻杆制造厂家不同也有差异，通常根据经验取Rz≥1 200Dz(Dz为钻杆外径)，这是保证钻杆不至于过载的转弯限制。
拖拉PE管的曲率半径Rmin(m)为:Rmin=1 000ED/(2σp) (1)式中E———管道弹性模量，MPa;D———管径，m;σp———管道弯曲应力，MPa。通常拖拉PE管的曲率半径大于管材外径的40倍即可，故其曲率半径通常是由钻杆确定。钢管弹性模量较大，拖拉钢管的曲率半径通常是由钢管本身确定。根据经验，水平定向钻施工组织设计，拖拉PE管的曲率半径通常取R≥800D～1 200D，拖拉钢管的曲率半径取R≥1 200D～1 500D。
(5)造斜段水平长度l1与l2的确定。造斜段水平长度是由水平段管道埋深h与R确定的。造
斜段水平长度值太大则导致拖拉管总长度增加，进而增加总投资;太小则导致难以达到要求的施工精度，且施工难度、风险增加。根据国内经验，造斜段水平长度值一般为h的8～10倍，国外则高达11倍以上。
(6)入土角α与出土角β的确定。入土角α不宜超过15°，出土角β由导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大者确定，一般不宜超过20°。
(7)确定入土点A与出土点B。根据水平段埋深h、曲率半径R及入土角α与出土角β等参数可确定距障碍物最近的可能入土点与出土点，得到拖拉管总水平长度L(m)，进而得到拖拉管穿越曲线的实际长度L′(m)。L′可以根据穿越曲线计算，也可以采用经验值L′=(1.02～1.04)L。
(8)拖拉管段回拉力Pt的计算。根据拖拉管的回拉力复核管道壁厚是否满足拖拉要求。拖拉管段的回拉力Pt为:Pt=Py+Pf(2)Py=πD2kRa/4(3)Pf=πDL′f(4)式中Pt———拖拉管段的回拉力，kN;Py———扩孔钻头迎面阻力，kN;Dk———扩孔钻头外径，m，一般为管道外径的1.1～1.4倍;Ra———迎面土积压力，kPa，根据各地土质状况取值不同，如上海地区在护孔泥浆中粘性土Ra取50～60 kPa，砂性土Ra取80～100 kPa;Pf———管周摩阻力，kN;f———管周与土的单位侧壁摩擦力，kPa，根据各地土质状况取值不同，如上海地区粘性土f取0.3～0.4 kPa，水平定向钻施工方案，砂性土f取0.5～0.7 kPa。拖拉管应进行必要的压力试验，通常包括拖拉管材连接完成后的压力试验以及拖拉管施工完毕后的压力试验，这是确保拖拉管施工质量的重要手段。
3 结语
水平定向钻拖拉法是近年来开始逐渐得到广泛应用的一种非开挖管道施工技术，内蒙水平定向钻，目前国内尚无相应的国家规范和标准，其技术仍在不断地摸索与完善之中。水平定向钻拖拉法对于不具备开挖条件的中小口径给排水管道较为适用，也适用于煤气管、各种线缆及其套管穿越障碍物，实用性很强，具备广阔的推广与应用前景。
施工工艺
1、机头选型：
根据地质报告，并结合本公司的施工经验，顶管机头决定采用气压平衡网格（水冲）式机头进行施工。该机头在顶进过程中，通过气压平衡正面土压稳定机头，减少外部土体对周围地面的影响。
2、顶进设备及顶进工艺
（1）主顶：
采用4台200吨/台千斤顶作为主顶，千斤顶行程为1.4米。千斤顶动力由油泵提供。千斤顶后端用道木和分压环将反力均匀作用于工作井，前端顶进分压环，顶铁将顶力传至管节。分压环制作具有足够的刚性，与管端面接触相对平整，无变形。
（2）中继间：
在长距离顶进过程中，当顶进阻力超过容许总顶力时，无法一次达到顶进距离时，须设置中继间分段接力顶进。本顶管工程在顶进长度超过100米时，考虑在机头后设置一只中继间，并采用触变泥浆注浆工艺。
中继间由前壳体、千斤顶及后壳体组成。前壳体与前接管连接，后壳体与后接管连接，前后壳体间为承插式连接，两者间依靠橡胶止水带密封，防止管道外水土和浆液倒流入管道内。
每只中继间安装10个、每个顶力为30吨的千斤顶，千斤顶沿圆周均匀布置。千斤顶的行程为28厘米，用扁铁制成的紧固件将其固定在前壳体上。钢壳体结构进行精加工，保证其在使用过程中不发生变形。中继间壳体外径与管节外径相同，可减少土体扰动、地面沉降和顶进阻力。
当管道顶通以后，拆除千斤顶及各种辅件，外壳与管节内壁之间的间隙用细石混凝土填充。
（3）接口：
管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软土衬垫组成。钢套环在加工处至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性。同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理。
橡胶止水带应保持清洁、无油污，并存放在阴暗处，防止老化。施工中，将橡胶止水带用强力胶水粘贴于混凝土管口凹槽处，并粘贴牢固，在管节对接前涂无腐蚀性润滑油以减少摩阻，防止止水带翻转、移位和断裂。
软木衬垫采用多层胶合板（厚度1cm左右），将其夹于前后管节钢套环间，以均匀管节间的相互作用力，减少接口损坏。管道顶通后，管道须作内接口处理，将管节间的胶合板凿至同样深度（深度2～3cm即可），并用沥青弹性嵌缝膏或水泥砂浆抹平。
（4）注浆工艺：
在长距离（大于100米）管道顶进过程中，必须采用注浆工艺，利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的磨擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。
触变泥浆由膨润土和水搅拌而成，配合比为1：8。触变泥浆经搅拌后存入储浆箱，通过注浆机经管道输送至混凝土管注浆孔，注入土体形成泥浆套。
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