一、概况

　　北京地铁五号线2合同段蒲黄榆车站在世界上首次采用大跨度单拱单柱双层岛式结构，浅埋暗挖施工，最小埋深在5米左右，为确保施工安全，拟采用长大管棚作为超前支护，管棚沿车站拱部环向布置，间距为0.3m，长度146.6m，共103根。

　　由于施工146m长管棚，间距如此密集在国内外尚属首次，在前期的施工方法讨论中，德国TT专家主张采用从两侧顶管施工，美国威猛专家主张采用水平定向钻机施工；经过多次讨论论证后，决定采用水平定向钻机施工，为取得施工所需参数，进行正式施工前的管棚试验，共分三步进行。

二、试验研究项目

　　（1） 适合车站管棚施工的水平定向钻机

　　（2） 不同地层中钻进速度及工作效率

　　（3） 不同地层中泥浆配置及用量

　　（4） 导向仪选择及导向精度控制

　　（5） 回扩孔拖管技术

　　（6） 地表沉降监测分析

　　（7） 管棚注浆

三、试验过程分析

　　由于蒲黄榆车站两侧结合部采用中洞法施工，结构瘦小，宽度分三个洞室，每个洞宽3.3m，对钻机工作空间限制较大；试验时结合工作空间选择长度在5m以下，钻杆中心离钻机顶小于0.8m的钻机，经过比选在试验中选用北京土行孙非开挖公司FW-100及黄海机械厂FDP-15A型水平导向钻机。试验分三步进行。

　　 ㈠、第一次试验

　　首先采用回拖力100KN的钻机做试验，验证钻机工作能力及相应的配置。

　　1、钻机参数：

　　型号 尺寸（长×宽×高） 回拖力 钻杆配置 扭矩

　　FW-100 3.5×1.2×0.8 100KN φ50mm，1m/根 3200N.m

　　2、工况布置：

　　本次试验主要验证该钻机工作能力及对工作空间的要求，钻孔布置采用水平钻进，布置一个孔；地层为粉质粘土层。

　　钻孔布置如下：

　　3、导向系统

　　根据试验场地化工三厂现场建筑物及地下电缆较多的现况，本次试验导向系统采用美国DCI公司生产的ECLIPSE无线地下定位系统，该系统包括地面接受器及遥显，地面接受器通过接收钻头内无线探棒发射的信号，探测钻头的具体位置，遥显上显示钻头钟面值及温度和接受器探测的钻头深度；钻机操作人员根据接收器探测结果，在导向人员指挥下，对钻头偏离设计轨迹及时进行调整，确保钻头沿设计轨迹钻进。

　　导向系统工作原理如下：

　　②钻机工作效率

　　第一孔90m,导向孔钻进耗时5小时；回拆钻杆5小时。

　　 结论：

　　本次试验地层为粉质粘土层，有一定的自稳能力，导向孔钻进过程中采用清水钻进；由于本次采用10t钻机作试验，钻杆直径较小（50mm），绕度大，在该类地层钻进时方向纠偏难控制，在钻进过程中地面接收器实测钻头位置偏差较大；且钻进过程中钻机扭矩达10MPa，达到钻机工作极限，结果不理想；需加大钻机本身的工作能力及相应的钻杆配置。

　　 ㈡、第二次试验

　　根据第一次试验结果，本次试验采用回拖力15t的钻机进行试验，地层为粉质粘土层。

　　1、钻机参数：

　　型号 尺寸（长×宽×高） 最大回拖力 钻杆配置 扭矩

　　FDP-15A 4.5×1.5×1.5 150KN φ60mm、3m/根 4200N.m

　　2、工况布置：

　　模拟车站拱部管棚布置，本次试验布孔6个，间距为50cm，按编号顺序间隔钻进，并进行钢管回拖试验；布置如下：

　　3、泥浆系统

　　本次试验地层为粉质粘土层，具有一定的自稳性，泥浆采用普通膨润土，马氏漏斗粘度在30秒左右，PH值控制在8.5-10，泥浆采用机械搅拌，钻进及回拖过程中为减少泥浆损耗，采用泥浆回收系统，经过处理后循环利用。

　　4、导向系统

　　本次场地内有电缆，导向系统采用美国DCI公司生产的具有一定抗干扰能力的ECLIPSE无线地下定位系统，探棒为普通探棒，探棒电池采用普通2#电池，每两节电池使用时间为9个小时。

　　5、试验结果

　　导向孔偏差：

　　 结论：

　　本次试验钻机工作空间长、宽控制在5m×2m范围内；地层为粉质粘土层，泥浆采用普通膨润土，粘度在30秒左右，PH值控制在8.5-10，钻进过程中未出现孔壁坍塌箍紧钻杆现象；钻机在工作过程中扭矩和回拖力均能满足要求，导向孔钻进扭矩控制在15MPa以内，④、⑤、⑥号孔每个孔回拖12m钢管，回拖力在150KN内；钻进163m导向孔用时控制在7个小时以内；埋深在5m左右时采用ECLIPSE地下定位系统进行导向，定位系统能较好的探测钻头具体位置，在钻孔间距≥0.5m且操作熟练情况下，精度能控制在20cm之内。