水平定向鉆進施工事故案例分析

尚勇，俞善東，何波

水平定向鉆進施工事故案例分析

尚勇，俞善東，何波

（重慶燃氣集團股份有限公司重慶400020）

本文介紹了重慶長壽—南川天然氣輸氣管線穿越河流工程中發生的水平定向鉆進施工事故，并對這些事故進行了逐項分析，指出了水平定向鉆進施工中應該注意的有關事項。

水平定向鉆；施工；事故；分析

非開挖敷設地下管線技術已在我國管線工程建設中得到廣泛應用，其中水平定向鉆進技術是近年來發展起來的高新技術，主要方法是采用安裝于地表的鉆孔設備，以相對于地面較小的入土角度鉆入地層形成先導孔，然后將先導孔逐步擴徑至所需大小后鋪設管道。水平定向鉆進技術具有對地表干擾較小、施工速度快、可控制鋪管方向、施工精度高、綜合成本較低等優點，目前較多地應用于市政管道、石油天然氣管道穿越河流、湖泊、公路、建筑物等障礙物的工程中。但是，在地下條件多變時，水平定向鉆進技術也具有技術上存在不足和弱點、施工前準備工作要求較高、存在作業失敗導致重復施工的風險等缺點。本文擬對重慶燃氣集團實施的重慶長壽-南川天然氣輸氣管線烏江穿越工程（水平長度833m、管徑D406、設計壓力6.3MPa）和梨香溪穿越工程（水平長度520m、管徑D457、設計壓力6.3MPa）中的水平定向鉆進施工事故案例進行分析，指出水平定向鉆進施工中應該注意的問題。

1 漏漿卡鉆事故

1.1 事故概況

穿越烏江工程第一次導向孔施工至350m時，鉆機推力突然減少到2MPa（約4t），鉆進6m后推力突然增加到12MPa(約24t)，同時，發生跑漿現象，地表泥漿坑內約20多方的泥漿在3～5分鐘內全部跑完。發生此情況后，施工單位立即回抽鉆桿，回抽3根鉆桿后，鉆機扭矩達到25MPa，拖不動鉆桿。繼續注泥漿500 m3至600m3后，扭矩依然保持在25MPa且一直不返漿，確定發生卡鉆事故。

1.2 事故原因分析

（1）漏漿卡鉆事故發生的直接原因是在導向孔施工到336m處時，地層存在較大的裂隙且破碎，泥漿很快跑完，導向孔內沒有泥漿支撐，掉落部分石塊，在回抽鉆桿時，未被泥漿帶出的巖屑及掉落的石塊堆積到導向孔的某一處，導致卡鉆。

（2）施工組織設計時沒有意識到地層的復雜性，沒有考慮到地層中存在較大的裂隙且裂隙發育，沒有意識到漏漿的風險，導致巖屑沒有清理干凈。

2 鉆頭斷裂事故

2.1 事故概況

（1）第一次事故

穿越烏江工程第二次導向孔施工中，用直徑為8′1/2″的牙輪鉆頭導向施工到約350m之后抽出鉆桿，更換直徑為12′1/2″的牙輪鉆頭并將導向孔擴大過程中，開始時一直不返漿。在第6根鉆桿到第10根鉆桿之間開始返漿，返漿時未帶出巖屑，隨后又不返漿。當鉆到19根時又開始返漿，并且施工單位在鉆進過程中來回抽送鉆桿洗孔。當鉆到第25根時，扭矩開始增大，達到20MPa，且鉆進的速度很慢，施工單位決定再洗孔，并向外抽鉆桿。剛開始的兩根鉆桿扭矩特別大，達到16～20MPa，從第4根開始，扭矩降低至6～10 MPa，鉆桿容易抽出，在鉆桿全部抽出時，發現牙輪鉆頭掉入導向孔內，發生鉆頭斷裂事故。

（2）第二次事故

穿越梨香溪工程第二次施工中，當回擴至47根鉆桿，即442m時，回拖力為5～6MPa，扭矩波動較頻繁，在10～14MPa，并伴隨有卡鉆現象。當回擴至446m時，扭矩波動在10～18MPa，相對較大。當回擴48根半鉆桿時，即在455m時，有卡鉆現象，瞬間達到20MPa，震動較強，施工單位立即停鉆，并向出土點回送一段鉆頭，結果無法推動。然后再回拖，隨即儀表顯示回拖力下降至3MPa，扭矩約6MPa，無震動現象，推斷Φ500mm回擴鉆頭掉落或鉆桿斷裂。將鉆桿全部抽出后，發現Φ500mm回擴鉆頭主軸連接處斷裂（見圖1）。

圖1 鉆頭主軸斷裂

（3）第三次事故

穿越梨香溪工程第三次施工Φ700mm擴孔過程中，當16根回擴到30cm左右發現卡鉆現象（約144m處），扭矩直線上升，施工單位立即停止回擴，并向出土點回送鉆桿檢查回擴鉆頭。經檢查，發現Φ700mm回擴鉆頭有一個牙掌斷裂掉落（見圖2）。

圖2 牙掌斷裂脫落

2.2 事故原因分析

（1）地質原因

施工中穿越的地層復雜，地層巖性軟硬交錯、分布不均，部分地層強度較高，可能存在裂隙，使施工過程中鉆頭各個牙輪受力不均，從而導致扭矩波動大，回拖力較高，是兩次導向或回擴鉆頭斷裂的直接原因之一。

另外，施工過程中返漿時斷時續，使鉆孔所產生的巖屑不能及時排出孔外，而在鉆孔內淤積形成巖屑床，向出土點推送鉆頭時，阻力較大，回拖力高而造成鉆頭斷裂。

（2）機具設備原因

施工過程中長時間地使鉆頭各個牙輪受力不均，扭矩波動大，誘發了鉆頭疲勞受損，從而在鉆頭的受損處或有裂紋處斷裂。同時，Φ700mm回擴鉆頭系全新的設備，其材質未達到施工要求，設備質量也存在問題。

3 機具掉入導向孔事故

3.1 事故概況

穿越烏江工程第三次導向孔施工中，在進行DN350擴孔施工時，在擴孔進行了450m～500m時，最后一根鉆桿擴孔速度變慢，扭矩跳動加大，后將擴孔器從出土端退出后發現牙輪掉入導向孔中4個。

在打撈牙輪施工過程中，在第43根鉆桿處的裂隙發育的破碎層處，遇到巖層掉落碎塊及巖屑堆積等原因造成打撈器卡鉆，鉆桿扭矩達到30MPa左右，推力達到10MPa左右。在此情況下，繼續向前（出土點方向）推送鉆桿及打撈器，當推到第48根鉆桿時，扭矩從30 MPa左右下降至4 MPa并保持穩定，推力從10 MPa下降到2 MPa并保持穩定，并且之后的鉆桿每5分鐘左右推送一根，分析原因為可能鉆桿斷裂。后將鉆桿全部回抽，確定在距入土點30m處鉆桿斷裂。然后進行打撈鉆桿施工，在進行打撈鉆桿施工時，用入土點鉆機將母絲錐通過套管送入導向孔內對斷裂的鉆桿進行攻絲扣連接，出土端鉆機進行洗孔二遍后，用入土點的鉆機通過母絲錐扭動鉆桿，起始扭矩30MPa，后扭矩緩慢下降到8 MPa，試拉鉆桿，在拉力僅6MPa的情況下將47根鉆桿取出，發現在第48根鉆桿處發生斷裂，打撈器及2.7m長的鉆桿掉入導向孔內，導致第三次導向孔作廢。

3.2 事故原因分析

（1）打撈器的結構尺寸設計不合理，管徑太大，長度太長，打撈器在導向孔內不能順利地前進。

（2）技術人員粗心大意，在發生第一次打撈器卡鉆時，沒有認真分析原因，并制定有效措施解決問題，盲目地進行施工，導致鉆桿斷裂。

（3）司鉆手責任心不強，在鉆桿第一次斷裂時，沒有觀察到扭矩的變化，沒有及時發現問題，繼續盲目地進行施工，導致第二處鉆桿斷裂。

（4）第45根到第48根鉆桿處地質裂隙發育，巖層破碎，導致大面積塌孔，致使打撈器卡鉆。

4 抱管事故

4.1 事故概況

穿越梨香溪工程第一次施工拖管過程中，拖管進洞到118m時，因修理泥漿泵，停工時間太長（約7小時），回拖時已相當困難，當時扭矩是8～10MPa，但拖力很高，達24～25 MPa，同時還用挖機在出土點松動管道，并在管道末端用挖機增加推力。經過近2小時的努力，終于緩慢拉動了管道，但回拖力始終沒有下降，然后鉆機液壓油管爆裂，停止回拖，暫停施工；當再次拖管時，拉力一直居高不下，而且不斷上升，從20MPa上升到28MPa，以至達到鉆機的極限拉力時仍無法拉動管道，被迫放棄拖管，最終管道進洞122m。

4.2 事故原因分析

（1）在回拖管道時泥漿泵損壞，雖經全力搶修，但仍延誤施工時間達7小時，造成孔內巖屑和泥漿沉積，是發生抱管事故的主要原因。

（2）施工單位對于出、入土角、曲率半徑等沒有嚴格按設計要求執行，實際出、入土角度與設計角度偏差過大，發送溝未與穿越軸線保持同一軸線。

（3）施工單位沒有確保設備完好率，相應的備用設備及配件，應急準備沒有落到實處。

（4）施工中擴孔直徑沒有達到規定的1.8倍鋪設管道直徑。

5 鉆機事故

5.1 事故概況

穿越烏江工程第四次施工管道回拖過程中，回拖達到570m時，水平定向鉆機上動力頭的花鍵處發生斷裂事故，致使管道回拖暫停。

5.2 事故原因分析

本次管道回拖使用的水平定向鉆機為北京土行孫DDW1200型，最大回拖力應可達120t，但當管道回拖力僅達到80t時就發生了花鍵斷裂事故，說明此鉆機的材料可能有一定的缺陷，存在質量問題。

6 小結

通過以上施工事故的分析，說明水平定向鉆進施工存在較大的風險，施工中各環節直接影響工程的成敗，均應嚴格控制，有關建議如下：

（1）重視地勘資料的重要性和準確性，施工中密切注意地質情況的變化，增加巖屑取樣分析的次數，嚴禁盲目施工。

（2）嚴格按照設計文件進行施工，切實保證出入土角度、成孔曲率半徑、每根鉆桿的折角、孔徑等重要參數的落實。

（3）施工前的各項準備工作應妥善、完備，應編制切實可行的應急預案。

（4）施工機具應處于良好狀態，備料、備件齊全，尤其對于鉆桿、鉆頭、回擴頭等長期運行易產生金屬疲勞的設備應有檢查程序、檢查手段和檢測設備。

（5）施工技術負責人員對于施工中的異常情況，應能及時準確分析和正確處理；操作人員應嚴格按操作規程進行操作，并應具備相應的實際操作經驗。

[1]馬保松.非開挖工程學[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]葉建良，蔣國盛，竇斌.非開挖鋪設地下管線施工技術與實踐[M].武漢：中國地質大學出版社，2000.

[3]顏純文，蔣國盛，葉建良.非開挖鋪設地下管線工程技術[M].上海：上海科學技術出版社，2005.

[4]吳翔，楊凱華，蔣國盛.定向鉆進原理與應用[M].武漢：中國地質大學出版社，2006.

責任編輯：余詠梅

施工經驗

噴淋管道安裝易忽視的問題

噴淋管道是指防止建筑物引發火災而設置的管道。此種管道安裝工藝要求較嚴格，但以下一些細節問題常被忽視，導致工程竣工時才被發現，不得不返工，故要引起高度重視，保證工程質量達到驗收標準。

(1)蝶閥位置不合理。蝶閥通常設置在三通之后且距主干管不超過300 mm處，如距干管過近，會使管內水流產生渦流，對系統運行極為不利；如距干管過遠，則不便于閥門檢修，因此，蝶閥須按規范要求予以現場就位。

(2)噴頭與頂棚的距離不合理。噴頭與頂棚的距離過遠，會造成噴頭不能露出頂棚；而與頂棚過近會露出太多，與裝修效果極不協調，主要是沒有考慮頂棚本身厚度及裝飾面厚度，故量尺寸應準確并復核。在劃線、切管、裝管時要對號入座，裝完再校核尺寸，以使噴水盤后面的鎖母與頂棚裝飾面相吻合。

(3)干管標高不合理。干管標高應位于過梁下方300 mm左右處，主要考慮避免與過梁沖突，便于做吊頂時隱蔽，符合觀感要求。如干管過高不但與過梁打架，穿越結構困難，而且管子焊接不易進行，因地方狹小焊口質量難以保證；干管過低，則吊頂時易露出管道，既不美觀又不符合驗收要求。管工在施工前，應通盤考慮，以避免不必要的返工。

（摘自：《建筑工人》）

Accidents Case Studies of Horizontal Directional Drilling Construction

This article introduced and analyzed the accidents occurred in some of the horizontal directional drilling construction projects that happened during the river crossing process of natural gas transmission pipeline concerning Chongqing's Changshou to Nanchuan City.The author of this paper then pointed out that the related items should be paid attention to in the horizontal directional drilling construction projects.

horizontal directional drilling;construction;accident;analysis

TU996

A

1671-9107（2012）03-0033-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.3.033

2011-12-13

尚勇（1966－），男，重慶人，高級工程師，學士，主要從事燃氣工程的工程管理。