談定向鉆穿越在南水北調配套工程中的應用

張 明

(河北省水利科學研究院，河北 石家莊 050051)

·水利工程·

談定向鉆穿越在南水北調配套工程中的應用

張 明

(河北省水利科學研究院，河北 石家莊 050051)

介紹了定向鉆技術及工藝流程，以保滄干渠為例，闡述了定向鉆穿越在南水北調配套工程中的應用，并從塌孔事故、地下孔洞、抱管和卡鉆三方面，分析了施工過程中常見的問題及處理方法。

定向鉆，南水北調，地下管線，導向孔

1 定向鉆

1.1 定向鉆的概述

定向鉆技術是屬于工程技術中的一種管道施工工藝，在石油、天然氣和市政管道線路的施工中有著廣泛地應用。施工時由大型定向鉆機等設備進行定向鉆技術的各項工序，在管路方面的設施完成后，進行管道的鋪設等工作。

1.2 定向鉆的工藝流程

流程上進行定向鉆技術的施工總共分為測量放線、地下管線的保護工作、鉆機的安裝調試工作、導向孔的鉆進、擴孔、泥漿護壁、管道連接、回拖、漿液置換以及相關的收尾工作，其中:

1)測量放線工作需要根據施工圖和施工中的要求進行，應用各種測量儀器進行工程中的各種標記，確保施工路線的精準；

2)地下管線的保護工作主要可以分成地下管線的探測工作和保護工作兩部分組成，探測工作主要的目的是利用現有資料和探測技術進行管線的探明，確保在進行定向鉆技術的施工時不會影響到其他方面的正常運行，而保護工作是在探測工作的基礎上，對線路中存在的管道線路采取工藝措施等方面的保護；

3)鉆機的安裝調試工作要在工程的設計線路之上進行，鉆機安裝完成后，還要進行試運轉，并且調整鉆頭和鉆機的方向角度，使正式工作時可以更快開鉆；

4)導向孔的鉆進工作主要分為三個方面：一是確保倒相孔的鉆進工作能夠按照設計線路正確進行，以較小的誤差；二是在進行導向孔鉆進的過程中要對鉆進過程中產生的數據進行實時監控與記錄以便于對導向孔鉆進情況的掌握和后續工作的開展；最后是控制鉆進速度，確保導向孔能夠正常建立平滑孔壁；

5)擴孔工作，擴孔工作是應用擴孔工具分多次對管線進行預擴孔，每次的預擴孔都需按照相關規范來進行，根據擴孔裝置拖回力的測量，判斷出擴孔效果，方便后續的工作進行；

6)泥漿護壁的建立，泥漿護壁是一種特殊的管路保護工藝，其中泥漿的加入能起到對擴孔器的冷卻和潤滑作用，穩定鉆孔內壁，減少揚塵等。同時還可以在一定程度上防止地表沉降，有效保護鉆桿；此外，泥漿的配方及配比可以按照實地工作中的數據進行一定程度的修改，漿液攪拌完成后，進行注漿要時刻注意注漿的進度、用量和注漿壓力，保證注漿工作的效果；

7)管道連接的工作，工作量很大，需要對下到管路中的管道進行連接，連接時注意管道兩端平整保持清潔，使用熱熔等方式完成對管路的拼接工作，由于管道連接工作量較大，所以可在導向孔工作進行時就開始對管道進行連接；

8)回拖工作，回拖工作是在完成管道連接工作后，鉆頭位置安裝上回擴頭，將給水管連接上分動器，開始進行回拖工作，并根據實際情況將相關的參數進行調整，管路回拖到預定位置后，卸下有關設備進行管路的封堵工作，若水壓試驗合格，則此拖管工程即為完成；

9)完成拖管工作后還需要根據拖管工作完成情況確定是否進行漿液置換，使用帶有少量膨脹材料的水泥漿對上述泥漿護壁中的泥漿進行置換，對管路修建完成后的路面沉降能夠較好得預防；

10)收尾工作不僅包括施工產地的撤出和設備的轉移等外業工作，還包括了整理資料，繪制竣工圖等內業，必要時也會包括驗收等方面的工作。

2 定向鉆穿越在南水北調配套工程中的應用

2.1 工程概況

保滄干渠是河北省南水北調配套工程的重要組成部分，主要承擔著向廊坊、滄州、保定3個城市12個縣市的供水工作，其中廊坊段的工程區域是從任丘分水口將水引入文安、大城等地，工程全長42 km，穿越小堡支渠采取定向鉆技術進行拉管工作的方案，拉管段總長度334.76 m(拉管段起點樁號NPF’31+706.38,終點樁號NPF’32+039.88)，采用鋼塑復合管，管壁厚14 mm，防腐層采用聚乙烯材料三層厚度為4 mm，出入土角均為8°，覆土層厚6.5 m，連接方式為膠帶連接并使用配套回拖設備，防止零部件與主管的脫離。

2.2 主要施工工藝

1)導向系統。導向系統是整個定向鉆穿越施工技術中的重點工序，導向技術的精準程度對鉆機后續工作參數的確定有著直接的影響。而導向孔與設計中的穿越線路的重合情況也決定了最后管道是否能成功回拖。因此在應用導向技術和設備進行鉆頭位置、埋深、唇面面向角以及設備傾角的測量必須要求其準確性，使導向孔與設計曲線相嚙合，以符合設計線路和后續工作的要求；

2)泥漿工藝。泥漿工藝對于整個施工過程都非常重要，為了保護鉆頭等器具；使切削土體的工作更加有效率，同時也是為了保護孔壁，維持土層的穩定性。一般情況下都會選擇使用泥漿工藝作為施工的附加施工進行。泥漿是一種人工混合的漿液建筑材料，主要配置成分有水、膨潤土(或天然黏土)等材料通過一定的配比攪拌而成。施工過程中也可根據實際需要進行配方和配比的改良，加入不同的添加劑可以獲得不同性質的漿液，例如加入改性淀粉，可以有效地控制漿液失水、而在一些成孔性差的區域則可加入正電膠，用穩定的漿液保持孔徑的通常。原則上泥漿的拌和是隨用隨制的，決不允許一次拌制多次取用的情況發生；

3)管道發送工藝也是定向鉆穿越技術中的關鍵，為了保證管線拖回工作的順利進行，同時減小管道在回拖過程中的阻力，保護管路。在進行注漿工作時就需要注意壓力與泥漿配比的合理性。還可以在進行管道的發送工作時采取發送溝和發送架的發送方式。而在保滄干渠(廊坊段)中由于場地等方面因素的影響，施工中采取將兩者相結合的發送形式進行。

3 施工過程中常見的問題及處理方法

3.1 塌孔事故

在進行定向鉆技術施工時，鉆孔的穩定性是直接受到地層土質和地層巖性的影響的。可塑性好的地層，孔本身也處于一個較穩定的狀態，而在地層本身穩定性就差的環境中，成孔也會受到地層的印象發生塌孔。此外，在擴孔和回拖的工作中，也可能因為進行工作的速度過快，推土體造成了較大擾動，而引起孔洞的坍塌。因此在滿足穿越施工的基礎上，盡可能選擇較小的擴孔直徑；制定出符合地層和施工需求的泥漿配比和鉆具設備的型號組合；縮短工作周期，盡可能快速進行其他方面的工作，減少孔洞在無管路支撐下存在狀態的時間，最后科學的選擇擴孔的技術和進行擴孔、回拖工作時的速度，減少塌孔的發生。

3.2 地下孔洞

在施工過程中很可能會遇到與設計情況不符的地層，有時甚至會出現地下孔洞等不良地層，造成大量吃漿甚至不返漿的現象。這種情況可通過加大泥漿用量，使用增粘劑等添加劑。當地下不良情況嚴重，持續不返漿時，可通過對該段進行固結灌漿，充填泥漿漏失孔隙與通道，達到施工標準后再進行鉆進施工。

3.3 抱管和卡鉆

在施工過程中，隨著孔徑的增大，孔壁的穩定性也變的越來越差。由于砂性地層自穩性本身就差，在受到施工擾動和回拖時，很容易發生孔壁塌落，造成塌落的砂在孔內堆積，對管壁形成包裹，使得管道鉆進時所受阻力不斷增大，最終超過鉆機本身拉力，形成沙抱管現象。這時可采用添加劑，改變泥漿濃度，增加泥漿的攜砂性能和懸浮性能。這種方法無效時，可立即在管尾安裝夯管錘進行錘擊，使管道受到夯管錘的振擊后，擺脫穿越孔洞對其的束縛，從而使得回拖作業得以繼續進行。

[1] 李 博.大口徑定向鉆穿越技術淺析[J].建筑工程技術與設計,2016(14):62-63.

[2] 王 偉.南水北調配套工程非開挖水平定向鉆穿越技術[J].水科學與工程技術,2015(2):76-77.

[3] 薛 波.南水北調沙潁河定向鉆穿越技術方案[J].河南水利與南水北調,2015(11):97-98.

Analysis on application of directional drilling crossing in the South to North Water Transfer Project

Zhang Ming

(HebeiWaterResourcesScienceResearchInstitute,Shijiazhuang050051,China)

This paper introduced the directional drilling technology and process, taking Baocang channel as an example, elaborated the application of directional drilling crossing South to North Water Transfer Matching Project, and from the hole collapse accident, underground opening, pipe-holding and pipe-sticking three aspects, analyzed the common problem and treatment method in construction process.

directional drilling, South to North Water Transfer, underground pipeline, guiding hole

1009-6825(2017)20-0212-02

2017-04-20

張 明(1987- )，男，助理工程師

TV672.2

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