1 工程概况
受河南省高速公路管理局委托，实施对郑州一开封段全长81km的高速公路进行车辆监控及紧急电话亭等通讯管线非开挖铺设施工任务。技术要求为：铺设直径89mm的镀锌管；横穿高速公路，穿越长度约为26m(包括隔离绿化带)：隔离带已经砌筑2m深人工井，要求管线铺设到人工井内1m深位置，精度要求也较高，要求路两边管线口略比路中间低。
2 地层特点
高速公路沿宽度方向路面标高内高外低，有利于排水：从上到下地层大致为：0～0.30m，混凝土；0.30～0.80m，垫层及三合土；0.80m以下，干性粉土，遇水松散。因此确定开孔位置为1.10～1.40m之间。高速公路地层、地貌如图1所示。
3 高速公路施工场地特点
(1)施工线路长，高速公路沿线每隔2km有一条管线需要铺设。
(2)管线铺设后，要求注浆，以保证高速公路的行车安全，消除事故隐患。
(3)搬迁频繁，这就要求施工设备重量轻，易拆卸、搬迁。另一方面，也说明施工点地层有可能不一致。
(4)施工车辆在高速公路上不允许违章调头和逆行。施工用水紧张，一旦缺水，施工车辆只得沿高速公路走个来回，费时费工。
(5)高速公路上施工危险性大，且不能影响车辆通行。施工人员不能在路面上随便横穿。
4 几种技术方案的选择及试验效果
针对以上的地层、地貌条件及高速公路施工场地特点，为了有效而且高质量完成此工程项目，我们研究了以下几种方案，征求甲方同意后进行试验对比研究，以便优选施工方案。
4．1 以先进的导向钻机，动用高精度导向仪器进行导向钻进
优势：能准确跟踪钻孔轨迹，以钻机强大的顶进力和扭矩控制钻头达到预定的目标。
缺点：钻机较笨重，搬迁、安装不便，增加了施工成本，铺助作业时间长。致命的缺陷是：导向钻头的射流式工作原理不适应粉土地层，高压射流及导向钻头形式会使路面以下形成空洞，有可能垮塌，给高速公路留下安全隐患。
4．2 孔口定向、空气钻进方法
优势：能够选择轻型钻机进行孔口定向。其最大的优点在于用空气钻进的方法能快速有效地钻进干性的粉土层，护孔、成孔效果好，不垮孔，不需要泥浆和水，正好满足高速公路施工现场缺水的施工特点。
缺点：施工用空气压缩机体积庞大、耗能大；施工造成的烟雾会给公路上高速运行的车辆造成极大的安全隐患、环保效果差；特别是在夏季高温、野外作业的条件下，施工人员的劳动保护、安全保护也存在一定的问题。另外，有可能钻遇较潮湿或粘性大的地层，这类地层不适宜空气钻进。
4．3 孔口定向、粗径钻具钻进法
优势：能够选择轻型钻机进行孔口定向，粗径钻具扶正效果好，可以一径到底形成孔后，直接铺管。
试验效果：在试验施工中发现，由于施工场地的限制，粗径钻具不宜过长：虽然有粗径钻具的扶正，但是钻孔实际轨迹经常较大地偏离设计轨迹。分析表明；在这种地层中钻进时，由于冲洗液的冲刷，不会形成岩心，实际是全面钻进的过程，因此，粗径钻具越粗，进尺越慢，水的用量也越大，孔壁冲刷也越厉害，特别是钻孔的下帮。再加之粗径钻具部分较钻杆重，所以钻孔轨迹偏离设计的水平轨迹，沿右下方向偏斜，无法保证施工精度和质量：同时随着轨迹的向下偏斜，冲洗液不返流，不能携带出钻渣，选成粗径钻具埋钻的孔内事故。在试验过程中就发生了埋钻事故。在试验过程中曾运用孔口定向方法使设计轨迹向上仰，与水平方向成一定的角度来克服冲洗液不返流现象和弥补轨迹下沉现象，但试验结果表明：实际轨迹成抛物线型，不仅导致铺管精度达不到设计要求，而且容易导致铺管失败。
4．4 孔口定向、自制新型钻具钻进法经过以上几种方案的分析和试验，确定以第三种方案为主体，采用自制的新型钻具、运用新的工艺方法实施该工程。实际效果表明，此方法具有施工速度快、成本低的优点。最后运用此法较高质量地完成了此工程。
此工法关键采用：轻型小口径全面钻头、反向射流型粗径钻具扩孔器、洛阳铲相结合的工艺方法。轻型小口径全面钻头质量轻、直径小，用外平式中42mm钻杆接头加工而成，因钻头直径只比钻杆直径稍大，在钻进过程中导正性好，不易偏离设计轨迹，同时钻进时效高、钻具不下沉，施工精度高。反向射流型粗径钻具扩孔器为自行设计、制造。如图3所示，在反向扩孔过程中，此钻具的冲洗液反向水平射流而不是周向射流，有利于保护孔壁，并且粗径钻具回转拖动过程中挤压、搪平孔壁，使孔壁光滑密实，有利于铺管，以保证高速公路的安全。洛阳铲作为一种工具储备，为孔内有少量残渣影响铺管时，用它进行铲除清渣，避免再下钻，节省了时间。
施工工序为：钻机安装一孔口定向(设计轨迹为水平轨迹)一导孔钻进到目标人工井一换反向射流扩孔器一反向回拉扩孔一拆离、搬迁钻机一(洛阳铲清渣储备)一铺管。
此工艺方法的新颖主要在于：(1)钻头的微小化，有利于在钻机功率有限的情况下钻头快速通过软地层，减少了弯曲的几率，同时由于钻头外径与钻杆直径相差甚小，钻孔的保直性好，保证了先导孔的质量；(2)采用了经过岩心管改进的反射流型扩孔钻头进行扩孔，此类扩孔方法优势在于泥浆返流好，扩孔钻头尾部的成孔几乎干燥无水，确保了孔壁的稳定，较长岩心管的回转运动对孔壁进行了二次挤压加固；(3)扩完孔后不需重新清孔，节省了大量的辅助工作时间。
通过施工实践证明：此法施工时效高，孔直且孔内残留物少，易于铺管，完成铺管的精度高；在较松软、遇水软化地层，钻速的增加，能减少钻进过程中产生弯曲的各个因素的作用时间，弯曲机会也会下降。因此在此类土层进行导向孔施工时，应尽量提高钻时时效；目前“非开挖”面向的对象主要是软土，因此，钻进时冲洗规程对钻孔弯曲的影响不可忽略。当液体流速很大时，孔底部分的孔壁可能被冲毁，从而导致大的间隙并使钻具严重偏斜。使用粗径钻具时尤应注意。
5 施工设备及钻进规程参数的确定
根据高速公路施工场地施工路线长，搬迁频繁的特点，选用MK-2型液压坑道钻机，该机具有外型尺寸小、占用空间小、质量轻(仅550kg)搬运方便等特点；另外配备发电机1台(10KW)，160型单缸泵1台，潜水泵1台，施工车1辆。
根据地层特点选择的钻进规程为：
导孔钻进：给进力1．5kN，转速60r／min，泵量90L／min；回拉扩孔：回拉力3kN，转速60r/min，泵量0—120L／min调整(当地层较软时，无水扩孔)。
6 结论
(1)高速公路非开挖铺设管线工程具有特殊性，应选择高效的施工工艺和施工机具；在进行非开挖施工时，应根据环境、地层条件灵活选择施工机械、施工工艺、施工机具，以便高效、高质量地完成施工任务。
(2)孔口定向法钻进时，应充分考虑地层特点，掌握水平钻孔的弯曲规律，采用合适的施工机具来达到防弯、减弯、纠弯的目的，以便水平铺管。