北京地鐵五號線2合同段蒲黃榆車站在世界上首次采用大跨度單拱單柱雙層島式結(jié)構(gòu)，淺埋暗挖施工，最小埋深在5米左右，為確保施工安全，擬采用長大管棚作為超前支護(hù)，管棚沿車站拱部環(huán)向布置，間距為0.3m，長度146.6m，共103根。

　　由于施工146m長管棚，間距如此密集在國內(nèi)外尚屬首次，在前期的施工方法討論中，德國TT專家主張采用從兩側(cè)頂管施工，美國威猛專家主張采用水平定向鉆機(jī)施工；經(jīng)過多次討論論證后，決定采用水平定向鉆機(jī)施工，為取得施工所需參數(shù)，進(jìn)行正式施工前的管棚試驗，共分三步進(jìn)行。

　　（1） 適合車站管棚施工的水平定向鉆機(jī)

　　（2） 不同地層中鉆進(jìn)速度及工作效率

　　（3） 不同地層中泥漿配置及用量

　　（4） 導(dǎo)向儀選擇及導(dǎo)向精度控制

　　（5） 回擴(kuò)孔拖管技術(shù)

　　（6） 地表沉降監(jiān)測分析

　　（7） 管棚注漿

　　由于蒲黃榆車站兩側(cè)結(jié)合部采用中洞法施工，結(jié)構(gòu)瘦小，寬度分三個洞室，每個洞寬3.3m，對鉆機(jī)工作空間限制較大；試驗時結(jié)合工作空間選擇長度在5m以下，鉆桿中心離鉆機(jī)頂小于0.8m的鉆機(jī)，經(jīng)過比選在試驗中選用北京土行孫非開挖公司FW-100及黃海機(jī)械廠FDP-15A型水平導(dǎo)向鉆機(jī)。試驗分三步進(jìn)行。

　　㈠、第一次試驗

　　首先采用回拖力100KN的鉆機(jī)做試驗，驗證鉆機(jī)工作能力及相應(yīng)的配置。

　　1、鉆機(jī)參數(shù)：

　　型號 尺寸（長×寬×高） 回拖力 鉆桿配置 扭矩

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

　　2、工況布置：

　　本次試驗主要驗證該鉆機(jī)工作能力及對工作空間的要求，鉆孔布置采用水平鉆進(jìn)，布置一個孔；地層為粉質(zhì)粘土層。

　　鉆孔布置如下：

　　3、導(dǎo)向系統(tǒng)

　　根據(jù)試驗場地化工三廠現(xiàn)場建筑物及地下電纜較多的現(xiàn)況，本次試驗導(dǎo)向系統(tǒng)采用美國DCI公司生產(chǎn)的ECLIPSE無線地下定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括地面接受器及遙顯，地面接受器通過接收鉆頭內(nèi)無線探棒發(fā)射的信號，探測鉆頭的具體位置，遙顯上顯示鉆頭鐘面值及溫度和接受器探測的鉆頭深度；鉆機(jī)操作人員根據(jù)接收器探測結(jié)果，在導(dǎo)向人員指揮下，對鉆頭偏離設(shè)計軌跡及時進(jìn)行調(diào)整，確保鉆頭沿設(shè)計軌跡鉆進(jìn)。

　　導(dǎo)向系統(tǒng)工作原理如下：

　　②鉆機(jī)工作效率

　　第一孔90m,導(dǎo)向孔鉆進(jìn)耗時5小時；回拆鉆桿5小時。

　　結(jié)論：

　　本次試驗地層為粉質(zhì)粘土層，有一定的自穩(wěn)能力，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中采用清水鉆進(jìn)；由于本次采用10t鉆機(jī)作試驗，鉆桿直徑較小（50mm），繞度大，在該類地層鉆進(jìn)時方向糾偏難控制，在鉆進(jìn)過程中地面接收器實(shí)測鉆頭位置偏差較大；且鉆進(jìn)過程中鉆機(jī)扭矩達(dá)10MPa，達(dá)到鉆機(jī)工作極限，結(jié)果不理想；需加大鉆機(jī)本身的工作能力及相應(yīng)的鉆桿配置。
 

　　㈡、第二次試驗

　　根據(jù)第一次試驗結(jié)果，本次試驗采用回拖力15t的鉆機(jī)進(jìn)行試驗，地層為粉質(zhì)粘土層。

　　1、鉆機(jī)參數(shù)：

　　型號 尺寸（長×寬×高） 最大回拖力 鉆桿配置 扭矩

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

　　2、工況布置：

　　模擬車站拱部管棚布置，本次試驗布孔6個，間距為50cm，按編號順序間隔鉆進(jìn)，并進(jìn)行鋼管回拖試驗；布置如下：

　　3、泥漿系統(tǒng)

　　本次試驗地層為粉質(zhì)粘土層，具有一定的自穩(wěn)性，泥漿采用普通膨潤土，馬氏漏斗粘度在30秒左右，PH值控制在8.5-10，泥漿采用機(jī)械攪拌，鉆進(jìn)及回拖過程中為減少泥漿損耗，采用泥漿回收系統(tǒng)，經(jīng)過處理后循環(huán)利用。

　　4、導(dǎo)向系統(tǒng)

　　本次場地內(nèi)有電纜，導(dǎo)向系統(tǒng)采用美國DCI公司生產(chǎn)的具有一定抗干擾能力的ECLIPSE無線地下定位系統(tǒng)，探棒為普通探棒，探棒電池采用普通2#電池，每兩節(jié)電池使用時間為9個小時。

　　5、試驗結(jié)果

　　導(dǎo)向孔偏差：

　　結(jié)論：

　　本次試驗鉆機(jī)工作空間長、寬控制在5m×2m范圍內(nèi)；地層為粉質(zhì)粘土層，泥漿采用普通膨潤土，粘度在30秒左右，PH值控制在8.5-10，鉆進(jìn)過程中未出現(xiàn)孔壁坍塌箍緊鉆桿現(xiàn)象；鉆機(jī)在工作過程中扭矩和回拖力均能滿足要求，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)扭矩控制在15MPa以內(nèi)，④、⑤、⑥號孔每個孔回拖12m鋼管，回拖力在150KN內(nèi)；鉆進(jìn)163m導(dǎo)向孔用時控制在7個小時以內(nèi)；埋深在5m左右時采用ECLIPSE地下定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)向，定位系統(tǒng)能較好的探測鉆頭具體位置，在鉆孔間距≥0.5m且操作熟練情況下，精度能控制在20cm之內(nèi)。