水平定向鉆法在管道穿河工程中的應(yīng)用

宋利華

（高密市城北水庫管理站，山東 高密 261500）

高密市峽山水庫向城北水庫供水方式是由明渠改為管道輸水，長24.28 km，設(shè)計(jì)輸水流量1.16 m3/s，選用直徑1 400 mm的涂塑復(fù)合鋼管。管道需穿越高密市北膠新河，結(jié)合工程實(shí)際，經(jīng)過方案比較最終采用水平定向鉆進(jìn)施工穿越北膠新河。定向鉆管道總長約350 m，管道壁厚14 mm，擴(kuò)孔孔徑為1 850 mm，為了保護(hù)公路及河道的安全，定向鉆計(jì)劃最深點(diǎn)深度9 m（河底到管頂深度為5.2 m），曲率半徑1 500D，每桿鉆桿9.6 m變化不大于0.3°，計(jì)劃拖管起點(diǎn)及終點(diǎn)深度為-2.0 m，拖管終點(diǎn)角度為-4°，起點(diǎn)角度為+4°。結(jié)合本工程地質(zhì)條件和國內(nèi)、外回拖力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，取2倍的安全系數(shù)，設(shè)計(jì)回拖力為3 022 kN，最終確定DDW-4000大型水平定向鉆機(jī)為本工程定向鉆施工鉆機(jī)，設(shè)備回拖力為4 000 kN。這項(xiàng)穿越河道工程經(jīng)過從施工準(zhǔn)備、鉆導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔、回拖鋪管、水壓試驗(yàn)、工程驗(yàn)收等各個工序，共計(jì)20 d時間圓滿完成施工任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

1 施工過程

1.1 測量放線

1）準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備好放線用的木樁、釘子、噴漆、錘子、記錄本。2）根據(jù)線路圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)由參加接樁的專業(yè)工程師操作采用GPS定下入鉆點(diǎn)和出鉆點(diǎn)，再用全站儀確定穿越軸線以及穿越場地的地貌圖。3）根據(jù)放線情況，確定鉆機(jī)位置、入鉆點(diǎn)、回拖場地和泥漿池位置，并繪制施工場地平面布置圖。

1.2 平整場地和設(shè)備就位

根據(jù)平面布置圖對場地進(jìn)行平整和設(shè)備就位，設(shè)備就位關(guān)鍵要做到鉆機(jī)位于穿越中心線位置上。

1.3 泥漿配置

泥漿配比是管道穿越中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是成孔質(zhì)量的決定性因素。泥漿配比隨地質(zhì)條件的不同變化，根據(jù)本次穿越的地質(zhì)報告，穿越地層主要是耕土、黏土內(nèi)含姜石，穿越此種土層易卡鉆、抱桿，使鉆桿扭矩增大、推力，拉力增加，因此對泥漿的要求相當(dāng)高，為克服這種不利因素采取以下措施：

1）水源采用符合泥漿配置要求的河水。2）為確保泥漿的性能本次穿越采用濰坊產(chǎn)特級Q7鈉基膨潤土，為使膨潤土有足夠的水化時間，使膨潤土水化時間在8～12 min以內(nèi)。3）本次準(zhǔn)備的泥漿配比為：每方水加入75 kg的膨潤土和25 kg預(yù)先水化好的化學(xué)泥漿黏稠劑（CMC）。攪拌均勻后用馬氏漏斗測量黏度，確定其黏度在45 S以上。4）在施工各環(huán)節(jié)配比如下：導(dǎo)向孔階段：基漿+0.2%～0.4%增黏劑+0.3%降濾失劑；擴(kuò)孔階段：基漿+0.3%～0.5%增黏劑+0.4%降濾失劑；管線回拖階段：基漿+0.3%～0.5%提黏劑+0.4%降濾失劑+2%～3%的潤滑劑。

1.4 鉆導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔、洗孔

1）鉆導(dǎo)向孔。鉆孔過程中要注意以下幾點(diǎn)：一是確定實(shí)際入鉆點(diǎn)并測量地表變化情況，標(biāo)注在控向穿越圖中。控向穿越圖的比例應(yīng)為100∶1。二是根據(jù)出入鉆點(diǎn)之間的實(shí)際距離、高差等確定實(shí)際入土角的角度。三是鉆進(jìn)過程中，要根據(jù)泥漿返流情況對鉆進(jìn)工作及時作出判斷和調(diào)整，避免塌孔、包鉆、卡鉆等現(xiàn)象。四是控向記錄要求詳細(xì)、準(zhǔn)確，對導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中的任何異常都應(yīng)記錄。五是導(dǎo)向孔鉆進(jìn)曲線嚴(yán)格按照穿越施工規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙曲線要求，根據(jù)鉆孔軌跡和數(shù)據(jù)記錄，確定此導(dǎo)向孔是否可用。

2）擴(kuò)孔。在每級擴(kuò)孔施工時認(rèn)真記錄每根鉆桿的擴(kuò)孔數(shù)據(jù)（時間、扭力、拖力、泥漿泵壓力等），如有問題及時上報，根據(jù)地質(zhì)及上級擴(kuò)孔情況采集的數(shù)據(jù)，合理確定下級的擴(kuò)孔尺寸和擴(kuò)孔器水嘴的數(shù)量、直徑。本次穿越管徑為1 400 mm，進(jìn)行了7級擴(kuò)孔，最終擴(kuò)孔孔徑達(dá)到1 850D，回擴(kuò)過程中密切注視鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)壓力、回托壓力以及泥漿濃度的配比，保證切削下的鉆屑隨泥漿排出孔洞。

3）洗孔。擴(kuò)孔完畢后，用Φ1 650 mm擠擴(kuò)器進(jìn)行1～2次洗孔，直至扭矩和拖力達(dá)到可以回拖的參數(shù)。

1.5 管道焊接

本次定向鉆設(shè)計(jì)穿越長度為350 m，在準(zhǔn)備以上工作的同時將實(shí)際長度360 m的管道進(jìn)行焊接完成且做好焊縫、防腐等的檢查工作。

1.6 發(fā)送溝的開挖

發(fā)送溝在開挖時根據(jù)管道穿越出土角的大小，在縱向上應(yīng)將發(fā)送溝溝底開挖成一定弧度，以保證管道回拖時管道內(nèi)順利進(jìn)入孔洞內(nèi)。溝壁應(yīng)光滑、沒有外露的石屑和其他有可能對管道防腐層有損傷的東西。本工程發(fā)送溝開挖斷面尺寸為2 m×2.5 m×2 m，管道發(fā)送溝內(nèi)應(yīng)注水，最小注水深度宜大于穿越管徑的1/3。

1.7 回拖管道

管道回拖要做好以下準(zhǔn)備工作：1）對鉆機(jī)地錨進(jìn)行檢查防止回拖過程中松動，對鉆機(jī)、泥漿泵等設(shè)備進(jìn)行檢修保養(yǎng)；2）對鉆桿和管道的連接件進(jìn)行檢查，確保工作可靠；3）做好管道發(fā)送溝減阻措施；4）對管道進(jìn)行長度、焊縫、防腐檢查；5）管道回拖組合連接后，應(yīng)進(jìn)行泥漿試噴，確保泥漿通道暢通。

2 質(zhì)量保證措施和質(zhì)量目標(biāo)

2.1 管道的質(zhì)量要求

1）管道厚度。管道必須滿足一定壁厚要求以確保管道在穿越工程中對剛度和截面穩(wěn)定性的要求。管道壁厚需根據(jù)管道長度、管道直徑、鉆孔曲率、土的摩擦系數(shù)等綜合確定。本工程經(jīng)計(jì)算管道采用壁厚14 mm的螺旋焊鋼管。2）管道焊接。管道焊接嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，確保焊接質(zhì)量，保證足夠焊接強(qiáng)度以滿足回拖對管道強(qiáng)度的要求。3）管道防腐。本工程采用TPEP涂塑復(fù)合鋼管，管道內(nèi)壁采用環(huán)氧樹脂，外壁采用聚乙烯防腐層。

2.2 定向鉆導(dǎo)向孔的控制

在定向鉆穿越工程中，鉆導(dǎo)向孔是關(guān)鍵問題。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)曲線嚴(yán)格按照穿越施工規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙曲線要求，孔曲線要光滑，且保證曲線在折角要符合規(guī)定。導(dǎo)向孔實(shí)際穿越曲線與設(shè)計(jì)穿越曲線的偏差應(yīng)≤1 m；出土點(diǎn)沿設(shè)計(jì)軸線的縱向偏差≤穿越長度的1%，且≤10 m；橫向偏差≤穿越長度的1%，且≤1 m。

2.3 管道回拖和試壓

管線回拖應(yīng)連續(xù)施工，特殊情況需要中斷時間不應(yīng)超過4 h。回拖過程要保持泥漿循環(huán)穩(wěn)定且回拖速度要均勻。回拖完成后要對管道兩端進(jìn)行封堵。管道施工完成后進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，最高試驗(yàn)壓力0.9 MPa，試驗(yàn)結(jié)果完全符合工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

由于施工方法的改革，工程造價大大降低，粗略估算定向鉆穿越河流的造價僅為常規(guī)穿越的1/2～1/3，同時，由于不需要做工作坑和接收坑，所以不但施工設(shè)備和人員大為減少，施工工期也顯著縮短。同時，減少了占地、土方開挖和土坑支護(hù)材料的使用，有利于對環(huán)境的保護(hù)，是值得大力推廣的一項(xiàng)施工技術(shù)。