定向钻与顶管施工费用的对比分析
摘要：文章通过实际的案例，对比在施工工艺允许的条件下，定向钻穿越和顶管穿越的施工费用，并得出由此选择穿越工艺的一种思路。
0 前言
由于自然条件的限制，在敷设燃气管道的建设中，不可避免的要穿越铁路、公路、河流、城市街道等特殊地段，这使得非开挖穿越技术的正得到越来越广泛的应用。崇明岛为冲积平原，水网发达，土壤含水量较高，有流沙层，在崇明岛排管过程中非开挖工艺的使用更加广泛。
管道非开挖施工方法一般有3 种：
(1)顶管法；
(2)定向钻法；
(3)盾构法。
其中盾构法施工造价十分昂贵，一般只有在管道需要穿越大型河流或者河流入海口、甚至就是海域范围时，才会考虑采用盾构施工的方式。故在崇明岛上所采用的非开挖工艺主要是定向钻工艺和顶管工艺。为进行定向钻工艺和顶管工艺的比较，在此以崇明岛上鼓浪屿路、港东公路敷设的0.4 MPa 天然气管道为例，该段排管至一条规划河流时，因该河流为崇明岛上的通航河流，不允许开挖，燃气管线穿过该条河流时不得不考虑采用非开挖工艺。工程边界条件为：规划河道现状宽度为15 m，规划蓝线控制宽度40 m；道路与河流交叉处有雨水管、污水管等管线。在分析上述现场条件后，结合崇明岛实际情况可得出以下结论：
(1)通常认为0.4 MPa 主干管网可采用钢管也可采用聚乙烯管。但由于崇明岛为冲积平原，水网发达，土壤含水量较高，且为海水，含有盐分，非开挖工程施工方案，容易造成钢管的腐蚀，故在此考虑采用聚乙烯管；
(2)从河道的规划条件分析，穿越长度大约需100 m 左右；
(3)根据崇明燃气规划，穿越管口径为D315 中压聚乙烯管；
(4)因崇明岛目前刚刚开始开发，非开挖工程技术，大部分土地还在为农田，故规划河道两侧有较为开阔的施工场地。
在实际施工中，定向钻最深可以达到20 m，顶管最深可达10 m。上海崇明地区的土质情况：标高2.0 m 以上一般是现状填土；-1.0~2.0 m 为粉质粘土；-8.0~-1.0 淤泥质粉质粘土；-17.0~-15.0 m 砂质粉土。
根据上述条件，从工艺技术的角度看无论是采用顶管或者定向钻工艺，都可以进行穿越，故设计人员从施工费用角度比较，决定采用何种穿越方式更经济合理。
成功穿越的诀窍——选用合适的泥浆
泥浆在工程中对提高总体的切削速度和悬浮钻削起着重要的作用，只有使用适合地质条件的泥浆，才能够确保操作者快速顺利的完成一个项目，同时，泥浆材料的工程消耗与占大头的设备开支以及完成工程项目后的价值相比，相对成本并不高。
钻液专家告诉我们：通常所说的使用合适的泥浆，必须是符合地质条件的淡水和泥浆材料的混合物，而不只是清水，由于流动状态的水不具有的相应的携带能力和护壁性能，而且它也会不停地向周围岩层渗透所以就会导致钻孔塌方或缩径，反而会使回拖和旋转压力上升，并且造成对钻杆和钻具的过度磨损。所以再次提示：仅使用水会产生许多不利的因素，有时水的不利因素远远超过其有利因素，甚至会导致工程的失败。例如：在一个工作现场，在钻孔时用清水在粘土中钻进，不用说问题是接踵而来。在导向孔打到大约100m钻头准备出土的时候，钻杆几乎被粘住了。因为，内蒙非开挖工程，此时钻机已经达到zui大旋转压力，而钻杆几乎不转。回拉压力也达到了zui大，回抽一根钻杆要花45min到1个小时的时间，当然，此时的机器juedui达到了能力极限，这些粘性的、膨胀了的泥土给设备造成了非常大的磨损和损害。在第二次打导向孔时，根据地质情况，采取了合适的泥浆配方，调整了泥浆性能，然后进行钻孔和回拖管道，整个过程中旋转压力只有zui大值的1/3?1/4，并且轻而易举地拖回了管道。
以上是一个不使用钻液导致粘管的例子。美国Sun West泥浆公司的工程经理White说：“这是一个主要问题。如果不使用任何钻液来将钻屑清除出钻孔它们就会留在钻孔中并挤满钻杆、回扩头和回拖件周围的空间，从而导致三者都被粘牢，这就是一个因不使用钻液而导致粘管的事例。原因就是粘土遇水会膨胀并变得非常的粘，以至钻杆不能转动或抽出的典型工程”。还有一个场合，“就是在不使用膨润土或其它添加剂的情况下在沙土中钻进。沙土会变潮变松，使孔壁塌方或使整个孔壁紧贴在钻头或扩孔器的周围。如果你的钻具被粘牢且不能挖出，价值成千上万的设备将会损失掉。”以下就是一个典型的例子：在另一个现场，钻孔时直接推进的力较大，旋转钻进时推力减小，停下来10min，再次钻进时就不好钻入，停下来20 min后，再想钻进或抽回时都很困难，原因是钻进到砂层，只使用水做钻进液不能够使钻孔成型，钻进的同时钻孔也随着塌方，非开挖工程钻机，所以，钻进或抽回都十分困难，费了好多时间和材料才将钻头抽回，后来经过使用泥浆材料，使泥浆具有相应的悬浮岩削的能力，钻进和回拖管道都十分顺利。
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