浅析定向钻施工技术在水利工程建设中的应用与经济性

近年来水利事业快速发展，对工程施工技术的要求日益提高，传统明挖开挖方式在穿越复杂地层、公路、河流及既有建筑物时，面临着施工难度大、环境影响显著、综合成本高等诸多挑战，定向钻技术作为一种先进的非开挖施工方法，凭借其高效率、高精度及低扰动等显著优势，在水利工程领域得到了越来越广泛的应用，对于优化工程设计、控制建设投资、推动行业技术进步具有关键的理论价值与现实意义。

一、定向钻技术概述

长期以来，明挖开槽法是管线施工的主要方式，但该方法在穿越河流、建筑物、铁路、公路及生态保护区等复杂障碍时，不但施工难度大、风险高，还会对地面交通、周边环境及居民生活造成严重干扰，甚至引发水土流失、生态破坏等次生问题。

在此背景下，以水平定向钻（Horizontal Directional Drilling, HDD）技术为代表的非开挖施工技术应运而生，并迅速发展成熟，HDD技术通过地表钻进，在地下障碍物下方铺设管线，实现了“非开挖”与“少开挖”的施工目标，能够有效减少对地面活动的干扰与环境的破坏，完整的定向钻施工流程通常分为三个关键阶段：

 （1）导向孔钻进阶段：施工人员利用安装在钻头内部的无线探头发出的信号，地面上的手持式接收仪能够实时追踪钻头的位置、深度、倾角和钻具面向角等关键参数，通过对比设计轨迹，操作人员可及时调整钻进方向，确保导向孔能够精准、平滑地穿越障碍物，到达预定目标点。

 （2）分级扩孔阶段：导向孔完成后，其直径通常远小于最终管线所需尺寸，因此，需要使用不同直径的扩孔器，在回拉钻杆的同时，由小到大逐级对导向孔进行反向扩孔，直至孔径满足管线回拖要求。此阶段需根据地质条件选择合适的扩孔器类型，并配置优质泥浆，以稳定孔壁、携带钻屑。

 （3）管线回拖阶段：这是将产品管线（钢管、PE管等）成功敷设到位的关键一步，将待铺设管线通过旋转接头与扩孔器、钻杆连接后，在钻机的持续回拉力和泥浆的润滑作用下，将管线平稳、匀速地拉入已扩大的孔洞中，回拖过程需严格控制速度和拉力，防止管线受损或孔壁坍塌[1]。

二、定向钻技术在水利工程中的具体应用

2.1倒虹吸工程

    倒虹吸是水利工程中常见的交叉建筑物，当渠道与河流、道路等障碍物高程相近时，通过设置倒虹吸管，使水流从障碍物下方通过，传统倒虹吸管施工通常采用大开挖或沉管法，施工难度大、风险高，定向钻技术为倒虹吸工程提供了全新的解决方案。在某灌区改造项目中，一条主干渠需要下穿一条高速公路，设计采用定向钻技术技术铺设一条DN1200mm的钢管作为倒虹吸管。施工前，通过物探技术精确探明了高速公路路基下的地质情况和既有管线，制定了安全的钻进轨迹。最终，管道在不影响高速公路正常通行的情况下精准铺设完成，确保了灌区的及时通水，其非开挖特性显著降低了对地面交通及周边环境的干扰，社会效益和经济效益显著[2]。

2.2大口径输水管道穿越工程

在跨流域调水、城市供水等大型水利工程中，输水管道常常需要穿越大江大河，采用定向钻技术，能够在河床下部稳定地层中铺设管道，有效避免了水下开挖、围堰等高风险作业，保障了河道行洪安全和航运畅通，如：在某南水北调配套工程中，需要将一条直径为2.2米的PCCP管道穿越一条宽度超过500米的河流，工程团队采用大型定向钻机，通过精确的地质勘察与轨迹设计，成功完成了总长680米的穿越任务，施工期间，河道未受任何干扰，工期比传统围堰方案缩短了近60%，且工程质量与安全得到了充分保障。此技术尤其适用于生态敏感区，最大限度地保护了河流生态系统，达到工程建设与环境保护的和谐统一。

2.3防汛抢险与应急修复

在防汛抢险等紧急情况下，时间就是生命。当堤坝出现管涌、渗漏等险情，或输水干管发生爆裂时，需要快速实施修复或抢建临时排水通道，定向钻技术因其快速部署、高效施工的特点，成为应急抢险的重要手段，如：在某次堤防抢险中，为迅速降低堤内水位，抢险指挥部决定采用定向钻技术在堤防背水侧紧急铺设一条大口径排水管，从设备进场到管道成功回拖并投入排水，仅用了不到48小时，为后续的险情处置赢得了宝贵时间，充分体现了其在应急管理中的巨大价值。其机动灵活的作业方式，使其成为现代智慧水利和韧性防灾体系中不可或缺的关键技术。

三、成本经济性对比

成本经济性是项目决策的核心依据，不能仅看直接工程费，而应综合考虑直接成本、间接成本和社会成本。

3.1传统开挖法

    直接成本：主要包括土方开挖、运输、回填费用，沟槽支护（如钢板桩）费用，地基处理费用，以及降水、导流、围堰等特殊措施费用，在复杂地段，这些费用非常高昂。

   间接成本与社会成本：这是传统方法成本被严重低估的部分，包括：（1）交通疏解成本：因施工导致的道路封闭或改道，产生的交通管制、绕行补偿等费用。（2）环境影响成本：施工扬尘、噪音、水土流失对周边环境造成破坏，其治理和补偿费用。（3）地面设施恢复成本：对开挖破坏的路面、绿化、管线等进行的修复费用，往往比新建成本更高。（4）征地拆迁成本：大面积的作业面可能需要临时征地，甚至涉及拆迁。（5）工期延误成本：因效率低下导致的工期延长，会增加管理成本、财务成本和机会成本，此外，长期的社会负面效应，如对周边商业活动的冲击、居民生活质量的下降，虽难以量化，但构成了巨大的隐性社会成本，影响项目的社会接受度和公共形象[3]。

3.2定向钻技术

    直接成本：主要包括设备租赁/折旧费、钻具消耗费、泥浆材料费、专业技术服务费等。对于短距离、小直径管道，其单位直接成本可能略高于传统开挖。但随着穿越距离增加、直径增大、地质和环境复杂性提高，其直接成本优势逐渐显现，这是因为其成本构成相对固定，受外部干扰因素少，成本可控性高。

    综合经济性优势显著：定向钻技术的经济性主要体现在对间接成本和社会成本的大幅削减上：

    （1）节约恢复与补偿费用：由于地表破坏极小，几乎无需支付高昂的路面修复、绿化补植和交通疏解费用，实现了“微创施工”。

    （2）规避征地拆迁难题：作业面小，通常只需入土点和出土点两个小区域，有效避免了复杂的征地拆迁程序和巨额补偿，极大简化了项目前期工作。

   （3）降低环境治理成本：施工过程封闭，泥浆可循环使用，有效控制了扬尘和噪音，环保投入低，符合绿色施工和可持续发展的理念。

   （4）缩短工期带来的效益：工期的大幅缩短直接降低了项目管理、设备租赁和人力成本，更重要的是使工程提前投产，提前发挥效益，其时间价值和经济回报巨大。

   （5）降低风险成本：安全事故的减少，意味着潜在的事故赔偿和停工损失风险降至最低，同时，减少了对既有管线的扰动风险，避免了次生灾害的发生。

综合来看，在穿越河流、公路、铁路、建筑物以及环保要求高的区域，定向钻技术的综合成本（直接+间接+社会）远低于传统开挖法，其经济性优势随着工程难度的增加而愈发突出，它不但是施工技术的革新，更是项目全生命周期成本管理理念的实践，为城市基础设施建设和更新提供了更具前瞻性和经济性的解决方案[4]。

  四、结语

    定向钻施工技术凭借其精准的导向控制、高效的施工流程、可靠的工程质量保障、优越的安全性能以及显著的综合成本效益，在水利工程建设中展现出传统开挖施工无法比拟的巨大优势，它不但是一种施工方法的革新，更是一种先进的建设理念的体现，即以技术创新驱动工程建设向更高效、更安全、更环保、更经济的方向发展。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html