水平定向钻穿越施工若干问题探讨

　　摘要：随着水平定向钻穿越铺管技术的不断应用，遇到的事故越来越多，针对施工中存在的诸如硬土层中导向孔的形成、复杂地层的扩孔、铺管等问题提出相应的解决办法。
　　关键词：定向钻，泥浆渗出，坍孔，抱管，铺管
　　定向钻穿越铺设地下管线技术是指利用钻凿手段在地表不挖槽的情况下，铺设地下管线的施工技术，非开挖技术在我国能源、通信及城市市政工程建设中的应用越来越广泛，尤其是在天然气、成品油、电力、自来水、管棚支护、水平降水等方面都得到了很好的应用。其特有的经济性、环保性以及较短的施工周期得到市场的认可。笔者根据多年的定向钻穿越设备操作与施工管理经验。对三大工艺遇到的技术问题与大家一起探讨。
　　1、 硬质土层、砂、卵石层的导向问题
　　1.1 导航钻头的选择
　　在选择导向钻头前，必须先了解周边地层的地质情况，很多建设单位对小型定向钻施工铺管前，都不采取地质钻探，只能通过长期在这一地区积累一些资料做为参考。当了解这一地段主要是以软地层为主，那么就采用导向板面较大的导向钻头，以尽快控制导航方向，当了解施工段是主要以砂、卵石及硬质地层为主应采用鸭嘴式，板面面积小的导向钻头并镶焊一定数量的合金片，且镶焊刃角不能过长以保护导航钻头的磨损如图1，使其顺利通过硬质地层、砂、卵石层。
　　1.2开机操作的技巧
　　当导向钻头穿越砂、卵石层及硬质地层时，想改变轨迹方向时，如果一昧地想顶进，就会产生钻杆弯曲，导向钻头出水口堵塞等情况，根据工作经验，应采用边顶进带回转的操作方法如图2，例如想将方向朝上，那么操作人员就应将给进顶力控制在钻杆将要弯曲时，另一手控制回转手把，使导向钻头方位在11——1方向之间，使导向钻头在这区间左右转动，使其缓慢钻进但效果很好，这种方法一定要注意泥浆的配制，特别砂、卵石难成孔，应配置较大比重泥浆保护孔壁，硬质土层孔壁与导向钻头外径间隙较小，需及时把岩霄排出孔外，防止导向钻头、钻杆抱死。
　　2、 扩孔中存在的问题
　　2.1缩径
　　软土层扩孔，容易产生缩径现象，从表面上看：卸钻杆时，孔内泥浆通过钻杆倒流压力大，说明孔内有缩径现象，此时，扩孔钻头回拉艰难，机械负荷变大，操作不当时可能产生抱钻事故，此时的司钻手操作时应采用轻拉慢转，紧盯仪器表盘，根据情况操作，泥浆师就要选用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。
　　2.2坍孔
　　沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔、抱钻、卡钻，严重时可能出现路面裂缝下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁。可有效的防止坍孔。如果块石堆积处坍孔，只有将块石清除都方可继续扩孔，此时的司钻手操作方法是：轻拉慢转，密切关注仪器表盘，待扩孔通过坍孔处时，钻头向后推，重新扩孔一次或多次，直至此孔较达到正常扭矩，如发现石头在钻头后部可采用将推向尾部工作坑取出石头。
　　2.3 泥浆漏失或不返浆
　　在松散的回填土层、地下水位较低、沙质粘土层、沙层、河床底的软土层扩孔，泥浆不从孔口返出，而是从孔内漏失，此时司钻手要适当控制泥浆泵量，泥浆师就要调制：增大泥浆浓度和粘度，在孔壁上形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失，在穿越河流时，泥浆漏失严重可在泥浆中加水泥或粉煤灰来控制漏失。
　　2.4 泥浆渗出图3
　　在扩孔或回拖铺管时，常见泥浆从孔内中渗出地面，泥浆渗出的原因一是扩孔、铺管中残留泥浆过多阻塞钻孔，泥浆无法从孔口返出，泥浆在孔内形成高压面从地面渗出；二是当地层松散给泥浆留出通道，泥浆顺其通道渗出地面。一般情况泥浆从地面渗出对铺设管线影响不大，但是在一些特定的环境下要控制泥浆渗出。如：泥浆不可从居民房中渗出，不可从闹市区渗出，不可从养鱼、虾池中渗出，防止渗出泥浆的措施一是增加钻孔深度；二是改变钻头结构，采用叶片式（a）、溜槽式钻头(b)如图4,尽可能将泥屑搅成泥浆；三是司钻手、泥浆
　　
　　图4叶片式钻头(a)溜槽式钻头(b)
　　师要根据地层情况，控制好泥浆的浓度、粘度、流量，增加泥浆的护壁，悬浮和排屑能力，使钻孔形成完整、通道泥浆畅通无阻地从孔口返出。
　　以上是复杂地层的常见问题，此环节关键是司钻手和泥浆师应及时沟通，采用合理操作办法及有效调配泥浆才能顺利完成此工艺。
　　3、拉管中存在的问题
　　3.1拉管时存在主要问题有：
　　3.1.1设备故障原因，延误拉管最佳时间使孔内泥屑沉淀引起抱管。
　　3.1.2复杂地层，没有相应的泥浆护壁、排屑原因引起管材变形、抱管。
　　3.1.3所铺设的管材质量原因引起的管材变形断管。
　　3.2 对卡管、抱管、管变形、断管的防范措施
　　3.2.1 孔内泥浆的流畅性及压力平衡方面图5
　　A、既要防止欠压平衡造成内撑压力不足而缩径，又要防止起平衡失水造成的地层软化缩径，泥屑无法正常排出，孔内泥浆的压力应该控制在与孔深处的地应力相对平衡的数值。客观上讲，这是很难做到得。但是通过综合分析，合理设计和严谨的施工操作业，尽量使不平衡程度减小。泥浆的静压力主要是调整泥浆重度来控制。一般应略小于平衡地压力所需的重度、以备再叠加循环动压力，孔口盛浆坑是维持压力平衡的必需，通过此才能保持孔内泥浆具有一定的基本静水头。B、采用强降水泥泥浆体系是控制易坍孔、缩径的关键，首先选用优质配浆粘土，可交换的阳离子数目多，水分子易进入晶胞之间，粘土易水化膨胀，分散性好，同时可以吸引较多的阳离子，故“活性大”，接受处理的能力强，包被的水化膜多，是优质的降失水造浆粘土，此外还以加适量的降失水剂，如Na-CMC、纳甲基纤维素、水解聚丙烯晴HPAN、植物胶LG等。C、提高泥浆润滑性，作为降低抱管引起的拉管摩擦阻力增大的辅助措施，提高泥浆的润滑性是非开挖铺管的重要技术，当抱管应力一定时，要减小管道与孔壁之间的摩擦阻力。主要是降低二者接触面得摩擦系数。可在泥浆中加适量聚丙烯胺，既具提粘、降失水又具润滑性。工地现场，也用洗衣粉当润滑剂又可分解岩泥屑颗粒。总之，完整、干净、润滑的孔壁是成功拉管的关键。
　　3.2.2机械操作及管理方面
　　由于压力失衡和失水软化造成的缩径、坍孔程度是随时间增加而递增的，所以非开挖应该以快速、紧凑、连续完成施工为原则，尽量抢在地层中蠕变、泥屑沉淀、泥浆失水而引起坍孔、缩径抱管明显增大之前铺设完管道，优化设计现场操作程序，做好各工序的高效衔接是非常重要的，司钻手操作时要控制拉、推速度;避免过快造成活塞效应，破坏孔壁。为此，施工前还应做好备件、维修准备等工作，一旦在用设备等发生故障，应尽可能短时间内修复，选用优质的管材，特别注意其防钢度、抗拉强度。
　　总之，拉管前要考虑方方面面的问题，才能在拉管时做到快速、紧凑、连续地完成铺管施工。笔者多年的现场施工经验，凡是到拉管的时候都特别注意以下十个想一想，仅供参考。一是对设备性能、现有情况想一想；二是对孔内干净、完整、润滑（看清孔时扭矩表）情况想一想；三是对管材质量、焊接情况想一想；四是对拉管钻头搭配是否合理想一想；五是对管头结构、连接能力情况想一想；六是对泥浆排放、清浆设备准备情况想一想；七是对个岗位人员就位情况想一想；八是对市政行政管理、监督人员是否要到现场想一想；九是对环保部门、周边群众是否干扰想一想；十是对可能出现卡、抱、断管等应急措施想一想。

《水平定向钻穿越施工若干问题探讨》

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