浅谈水平定向钻施工技术在水利工程中的运用

摘要：水平定向钻技术作为一种创新的非开挖施工技术，因其在复杂地质条件下的优势，成为水利工程中管道铺设的重要手段。本文对水平定向钻施工技术在水利工程中的应用进行了分析，探讨了施工准备工作，详细阐述了水平定向钻施工工艺流程，强调泥浆配置、导向孔钻进、扩孔、清孔以及管道热熔焊接等关键步骤。以供参考。

关键词：水平定向钻；水利工程；施工技术

2024年全国实施水利项目4.7万个、完成投资1.35万亿元，连续3年破万亿元，创历史新高，其中大量资金被投入到管道铺设、跨河隧道以及防洪排水等项目中。在这种背景下，水平定向钻技术作为新型的非开挖技术，因其能有效解决传统施工方法中的难题，得到了广泛应用。水平定向钻技术利用钻机的导向系统，能够精确控制钻进方向，实现水管、电力管道和通信线路等设施的精准铺设。近年来，随着技术的不断进步，水平定向钻施工技术在水利工程中的应用已逐渐成熟，本文旨在分析水平定向钻技术的在水利工程中的具体操作流程，为提升工程质量和施工效率提供参考。

一、水利工程中水平定向钻施工技术的准备工作

（一）定向钻施工场地布置

水利工程施工现场情况复杂，如果没有合理的场地布置方案，各类施工设备、材料将无处安置，施工人员也缺乏有序的作业空间，极易造成现场混乱现象。因此，要做好施工现场的地形地貌、地下管线分布等数据勘察工作，根据勘察结果规划出设备停放区、材料堆放区、泥浆池等功能区域。设备停放区要选择地势平坦、坚实的位置，便于设备进出；材料堆放区要根据材料种类进行分类，并做好防潮、防雨措施；泥浆池的设置要考虑泥浆的循环利用和排放，其位置要便于泥浆泵抽吸和输送。同时规划好施工便道，确保施工车辆和设备能顺畅通行，连接各个功能区域，形成有序、高效的施工场地布局。

（二）定向钻设备安装

定向钻设备能够精确控制钻进方向，精准完成水利工程的管道铺设任务。安装前需全面检查设备，并根据施工现场的地形条件与施工方案确定设备的安装位置。设备安装要选择在坚实、平整的地面上，必要时对地面进行夯实或加固处理，防止设备在运行过程中发生倾斜或位移。然后再按照设备的安装手册，依次安装钻机主机、动力系统、泥浆系统、导向系统等各个组件。

（三）定向钻设备调试

施工前调试好定向钻设备是施工得以顺利开展的重要保障，是施工前期准备工作的关键环节。一定要在正式施工前做好全面细致的设备检查与参数校准工作，然后进行空载调试，启动钻机让其在无负荷状态下运转一段时间，观察设备运行是否平稳，各仪表显示是否正常，各部件有无异常振动、噪音或过热现象。接着调试泥浆系统，启动泥浆泵调节泥浆压力和流量，检查泥浆的循环是否顺畅，各管道连接处有无渗漏，确保泥浆能有效润滑钻具、携带钻屑。然后调试导向系统，模拟钻进操作，检查导向仪的信号传输是否稳定，测量数据是否准确，验证导向系统能否精确控制钻孔轨迹。在调试过程中要及时记录发现的问题。

二、水平定向钻施工工艺流程

（一）泥浆配置

不同的地层土质对泥浆性能有不同要求。在砂土、粉土等松散地层中，土壤颗粒间孔隙较大，泥浆需具备良好的护壁性能和携砂能力；在黏土等塑性地层中，由于黏土本身具有一定的黏结性，泥浆则更要注重其流动性和润滑性。可以膨润土为主要原料，添加适量的增黏剂和降滤失剂，通过高速搅拌机充分搅拌均匀，使泥浆形成良好的胶体结构，提高其护壁和携砂能力。针对黏土等塑性地层，可适当降低膨润土的含量至5%-8%，同时增加润滑剂如润滑剂，减少钻具与孔壁之间的摩擦。在配置泥浆过程中还需根据实际土质情况和钻进过程中的反馈，实时监测泥浆的性能参数（如表1），并进行相应调整，确保泥浆性能始终满足施工要求，保障水平定向钻施工的顺利进行。

（二）导向孔钻进

结合地质勘察报告的详细参数来明确地层结构、土质特性、地下水位等信息，以此确定合适的钻进参数和导向方法（如图1）。先在钻具头部安装略大于钻杆外径4cm的矛式钻头，将其精准对正既定孔位，仔细检查对中误差，确保符合规范标准后，启动钻机开始钻进。钻进过程中，人力扳拉推进要保持力度均匀，保证钻具匀速前行。施工人员需密切留意给进阻力变化，以此判断地层内有无硬物或土层变化情况。当地层含水大且为砂层或粉质砂粘土时，不注水钻进；当地层较硬或无地下水时，则提高注水压力。如果有硬质障碍物，应缓慢施力给进，若无法钻穿，需记录钻具长度，明确障碍物位置。若地面条件允许，可下挖探洞人工处理；若不允许，则整体偏移钻孔轴线。一般单个硬物可通过持续压力注水钻进和搅磨通过，期间给进力务必均匀，不可强推。在整个定向穿越施工中，施工人员要随时依据显示器数据与设计轨变对比，一旦发现钻进轨变偏差，立即将钻杆撤回重钻，或向相反方向钻进矫正，同时谨慎处理控向数据，合理把控钻进速度，确保导向孔严格按设计轨迹钻进，为后续施工奠定坚实基础。

（三）扩孔

刚完工的钻孔直径往往较小，难以满足后续管道铺设的要求，扩孔可增大孔径，为管道顺利穿越创造足够空间，并改善孔壁质量，使孔壁更光滑稳定，减少管道铺设时与孔壁的摩擦阻力。在导向孔钻进完成后，将导向钻头更换为扩孔钻头，根据实际工程需求和地质条件，选择合适类型与规格的扩孔钻头。启动钻机，以一定的转速和扭矩带动扩孔钻头旋转前进，同时利用钻杆向孔内注入泥浆。随着扩孔钻头的推进，将孔壁上的土体切削下来，切削后的土体与泥浆混合形成钻屑，通过泥浆循环系统排出孔外。

（四）清孔

清孔是指在钻孔完成尤其是扩孔后，将孔内残留的钻屑、泥浆以及其他杂物清除出钻孔的作业过程。清孔主要有两大原因：其一，孔内残留的钻屑等杂物若不清除，会在管道回拖过程中与管道外壁产生摩擦，严重时可能划伤管道防腐层，影响管道使用寿命；其二，大量钻屑堆积可能导致孔壁局部压力不均，增加孔壁坍塌风险，阻碍管道顺利回拖，甚至引发施工事故。使用专门的清孔工具通过钻杆送入孔底，然后启动钻机，使清孔器以适宜的转速旋转并缓慢回拉钻杆。再向孔内持续注入优质泥浆，利用其携带能力将被清孔器扰动的钻屑悬浮起来并带出孔外。在清孔过程中，密切监测泥浆的返出情况，如果返出泥浆中钻屑含量过高，可适当降低清孔器回拉速度，增加泥浆注入量。

（五）管道热熔焊接

1.对口

当将塑料管或管件放入夹具内夹牢后，检查并调整管材或管件的位置，使待焊接的两端管材或管件的中心线处于同一直线上。接着使用专用的铣刀装置，安装在焊机上，启动焊机驱动铣刀，对待焊接的管材或管件端口进行铣削作业，然后迅速撤去铣刀，同时注意不要让已铣削好的端口受到二次污染或碰撞变形。然后，将热熔焊接设备的加热板升温至规定的焊接温度，该温度会根据管材的材质、型号等因素有所不同，当加热板达到预定温度后，将其迅速插入已铣削好的管材或管件端口之间。

2.加热接口

使用热平板模将两个管口加热至最佳焊接温度200-240℃，一旦管口达到合适温度，迅速移开热平板模，以最快速度将加热好的两个管口对接，在对接瞬间，施加一定的轴向压力，促使管口间的熔融材料相互融合、流动。在对接并施加压力的同时，保持管材的稳定，避免发生位移或晃动，确保管口在压力作用下均匀融合。借助焊接设备配套的固定装置来维持管材位置，保证焊接过程中管材的同心度。在对接完成后的几秒内，维持该压力，使熔融材料在压力作用下完成初步的结合。

（六）回拖管线

将经过检验合格的PE管与回拖头进行牢固连接，并对回拖系统进行全面检查，同时检查滑轮组、钢丝绳等辅助设备，保证其状态良好，无磨损、断裂风险。在钻孔内及管道外壁均匀涂抹优质的润滑泥浆，启动钻机以平稳且缓慢的速度开始回拖PE管。在回拖过程中，密切关注钻机的各项参数，如果参数出现异常波动情况，极有可能是管道遇阻或发生偏移，此时需立即暂停回拖，查明原因并排除故障后再继续施工。

结束语：

随着我国水利工程建设规模的不断扩大，水平定向钻技术的应用前景非常广阔。为了进一步提升施工效率和质量，相关技术人员应加强对设备操作流程的掌握，持续进行技术创新，推动施工工艺的不断优化。

参考文献：

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