一、任务来源
随着城市的快速发展与技术的更新迭代，那些见证了城市变迁的市政管网就如同一位走到暮年的老者。限于建设初期的财力、规划等诸多原因，现状排水设施的标准较低、系统存在不合理，在运行多年的雨污水管道中存在淤堵、破损、坍塌、腐蚀等情况，在一些老城区、商业区特别是人口密集、道路狭窄的地段，受拆迁、交通、环境的影响，不具备开槽埋管的施工条件，极大地影响了市政配套设施建设的进程，因此非开挖技术应运而生。非开挖置换的技术中包含盾构、顶管、暗挖、水平定向钻等技术，其中水平定向钻的主要工作环境（DN300-DN800）的管道，而在市政排水管道中小于DN800的管道占据了相当大的比重，由此在排水管道的非开挖施工中，水平定向钻是比较合适的选择。
针对上述问题，亟需研究一种非开挖置换管道的施工方法，经企业技术中心专家论证，确定研发课题为：非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术研究及应用。
二、应用领域和技术原理
1.应用领域
本项目技术成果属于市政基础设施工程领域，适用于DN600以内大部分原管道置换的场景。
2.技术原理
非开挖水平定向钻碎裂管置换施工首先应该对现场情况进行勘察，确定地下管线情况，勘察后对钻杆钻进路线进行设计。然后对导向孔进行定位，驱动钻杆进行地下作业；在钻孔的施工过程中要注意原先设计方向的保持与偏差的纠正工作，并利用土层的反作用力纠正和保持钻头的方向水平定向钻安装完成后，需破除1m*0.4m路面，使导向钻头进入地下，地质雷达检测施工区域范围内地下管线情况（检测雷达无干扰可以检测地下15m左右），确定待修复管道上方无专业管线影响，确定钻杆造斜度，入土角应不超过150°,导向孔钻进时钻具头部只安装略大于钻杆外径尺寸4cm的矛式钻头。由导向手指引将钻杆由地面穿越到检查井。钻进速度不宜过快，根据地层条件合理选择顶进力，根据土层类别来确定顶进力，送砂层不宜超过3m/min，硬土中，钻进速度以钻机不发生跳动为宜。经常检查钻头的磨损情况，发现磨损严重，及时进行补焊修复，造斜钻进时，每次顶进进尺控制在0.5m以内，曲线要缓按规范开动钻机后，不允许马上用全负荷钻进，必须先进行试运转，各部分运转正常后，方可开始钻进。钻杆钻进到目标检查井后，将定位钻头更换为扩孔钻头和拉管头的连接组合，管道置换前，首先对井下空气进行检测，确保H2S浓度小于2mg/m³，CO浓度小于7mg/m³，可燃气体小于5mg/m³，氧气浓度在19.5%-23.5%之间，检测合格后应对井内持续通风作业。受检查空间影响，置换管道采用50cm长PE100管道，通过电动葫芦将管道送入井下，将PE管道公母承插口对接，利用液压油顶挤紧，确保两节管道的承插口紧密相连，采用水平定向钻的旋转回拖力将新管道拖入旧管道中，每次顶进进尺控制在0.5m以内，曲线要缓，施工时，拉管机操作人员要根据设备数据均匀平稳的牵引管道在拉回钻杆的同时扩孔钻头旋转破坏原管壁，同时将新敷设管线拖入原管道位置。
三、性能指标
1.钻进速度：衡量导向孔钻进速度的快慢，通常以米/小时为单位。高效的钻进速度能够缩短施工周期，提高施工效率。
2.回拉速度：评估管道置换过程中回拉操作的速度，同样以米/小时为单位。较快的回拉速度有助于减少施工时间，提升整体施工效率。
四、同类技术比较
1.在市政管道建设和改造领域，传统的施工方法如开挖法长期占据主导地位。然而，随着技术的进步和环保意识的提高，非开挖水平定向钻技术逐渐崭露头角，并在多个方面展现出其独特的优势。
首先，从环境影响的角度来看，传统施工方法通常需要大面积的开挖，这不仅会破坏
地表结构，还可能对周边的植被、道路和建筑物造成损害。相比之下，非开挖水平定向钻技术无需开挖地表，通过地下钻孔的方式完成管道铺设，对环境的破坏极小，大大减少了恢复工作的时间和成本。
其次，在施工精度方面，传统方法往往依赖于人工操作和现场经验，精度受到一定限制。而非开挖水平定向钻技术则采用高精度的导向系统和钻进设备，能够实现精确的管道铺设，保证施工的准确性。
2.在施工效率方面，虽然传统方法在某些情况下可能具有较快的施工进度，但非开挖水平定向钻技术凭借其高效的钻进和回拉系统，同样能够实现快速施工，尤其适用于长距离、大管径的管道铺设。
3.从成本效益的角度考虑，虽然非开挖水平定向钻技术的初期设备投入可能较高，但由于其对环境的破坏小、恢复成本低、施工周期短等优势，长期来看，其综合成本往往低于传统施工方法。
五、成果创新性、先进性
1.成果创新性
本研究在非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术方面取得了显著的创新性成果。首先，在导向与钻进技术方面，我们研发了新型高精度导向系统，通过智能控制和优化算法，实现了对钻孔轨迹的精确控制，显著提高了施工精度和效率。其次，在碎裂管技术方面，我们创新性地采用了新型碎裂工具和工艺，实现了对旧管道的快速、高效破碎，同时确保了新旧管道之间的可靠连接。此外，我们还对管道回拉与铺设技术进行了优化改进，提高了管道铺设的平稳性和密封性。这些创新成果不仅提升了非开挖施工技术的整体水平，也为市政管道建设和改造提供了新的解决方案。
2.先进性
本研究成果在多个方面展现了其先进性。首先，在技术指标上，我们的施工效率、管道铺设精度以及施工安全等方面均达到了行业领先水平。其次，在技术应用上，我们的研究成果适用于各种类型、材质和规格的管道，能够满足不同施工环境和条件下的需求。此外，我们还注重技术创新与实际应用相结合，通过不断优化和完善技术体系，提高了施工效率和质量，降低了施工成本和风险。
六、作用意义
本研究成果在市政管道建设和改造领域具有深远的意义。首先，它解决了传统施工方法存在的环境污染、破坏地面结构等问题，为城市基础设施建设提供了更加环保、高效的解决方案。其次，该技术能够提高施工精度和效率，缩短施工周期，降低综合成本，为城市管网的升级改造和扩建提供了有力的技术支持。此外，该技术的推广应用还能够推动相关产业的发展和进步，促进城市建设的可持续发展。
七、成果创新性、先进性
1.成果创新性
本研究在非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术方面取得了显著的创新性成果。首先，在导向与钻进技术方面，我们研发了新型高精度导向系统，通过智能控制和优化算法，实现了对钻孔轨迹的精确控制，显著提高了施工精度和效率。其次，在碎裂管技术方面，我们创新性地采用了新型碎裂工具和工艺，实现了对旧管道的快速、高效破碎，同时确保了新旧管道之间的可靠连接。此外，我们还对管道回拉与铺设技术进行了优化改进，提高了管道铺设的平稳性和密封性。这些创新成果不仅提升了非开挖施工技术的整体水平，也为市政管道建设和改造提供了新的解决方案。
2.先进性
本研究成果在多个方面展现了其先进性。首先，在技术指标上，我们的施工效率、管道铺设精度以及施工安全等方面均达到了行业领先水平。其次，在技术应用上，我们的研究成果适用于各种类型、材质和规格的管道，能够满足不同施工环境和条件下的需求。此外，我们还注重技术创新与实际应用相结合，通过不断优化和完善技术体系，提高了施工效率和质量，降低了施工成本和风险。
八、作用意义
本研究成果在市政管道建设和改造领域具有深远的意义。首先，它解决了传统施工方法存在的环境污染、破坏地面结构等问题，为城市基础设施建设提供了更加环保、高效的解决方案。其次，该技术能够提高施工精度和效率，缩短施工周期，降低综合成本，为城市管网的升级改造和扩建提供了有力的技术支持。此外，该技术的推广应用还能够推动相关产业的发展和进步，促进城市建设的可持续发展。

一、推广应用的范围、条件和前提
在推广应用非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术之前，需要做好以下前提工作：首先，要进行深入的技术研究和试验验证，确保技术的可行性和稳定性；其次，要制定详细的技术标准和规范，为施工单位提供明确的指导和依据；此外，还需要加强技术培训和宣传普及工作，提高施工单位和相关人员的技能水平和认知度。
综上所述，非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术具有广阔的应用前景和重要的推广价值。通过不断完善技术体系、提高施工效率和质量、加强安全管理等措施，相信该技术将在未来得到更广泛的应用和推广。
二、存在的问题和改进意见
1.存在问题
技术操作难度高：非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术涉及多个复杂环节，如导向与钻进、碎裂管置换等，对施工人员的操作技能和经验要求较高。若操作不当，可能导致施工失败或管道损伤。
施工设备成本高：该技术需要高精度的导向系统、钻进设备和碎裂工具等，设备成本较高，可能增加施工单位的投资压力。
施工环境限制：非开挖水平定向钻施工技术虽然对地表破坏小，但在某些特殊地质条件下（如砂土、软土等），施工难度较大，可能影响施工效果和进度。
监管与规范不足：目前，非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术的相关标准和规范尚不完善，导致施工过程中的质量控制和安全保障存在一定隐患。
2.改进意见
加强技术培训和人才培养：针对技术操作难度高的问题，应加强对施工人员的技能培训和实践操作训练，提高其技能水平和操作经验。同时，积极培养专业人才，为技术的推广和应用提供有力的人才保障。
优化设备配置和降低成本：通过技术创新和研发，优化施工设备的性能和配置，降低设备成本。同时，探索设备的租赁和共享模式，减轻施工单位的投资压力。
加强施工环境适应性研究：针对不同地质条件和施工环境，开展针对性的技术研究和试验验证，提高施工技术的适应性和可靠性。同时，探索新的施工方法和工艺，以应对复杂地质条件下的施工难题。
完善标准和规范体系：建立健全非开挖水平定向钻碎裂管置换施工技术的相关标准和规范体系，明确施工过程中的技术要求、质量控制和安全保障措施。同时，加强监管和执法力度，确保施工过程的合规性和安全性。