谈定向钻穿越在南水北调配套工程中的应用

张 明

(河北省水利科学研究院，河北 石家庄 050051)

·水利工程·

谈定向钻穿越在南水北调配套工程中的应用

张 明

(河北省水利科学研究院，河北 石家庄 050051)

介绍了定向钻技术及工艺流程，以保沧干渠为例，阐述了定向钻穿越在南水北调配套工程中的应用，并从塌孔事故、地下孔洞、抱管和卡钻三方面，分析了施工过程中常见的问题及处理方法。

定向钻，南水北调，地下管线，导向孔

1 定向钻

1.1 定向钻的概述

定向钻技术是属于工程技术中的一种管道施工工艺，在石油、天然气和市政管道线路的施工中有着广泛地应用。施工时由大型定向钻机等设备进行定向钻技术的各项工序，在管路方面的设施完成后，进行管道的铺设等工作。

1.2 定向钻的工艺流程

流程上进行定向钻技术的施工总共分为测量放线、地下管线的保护工作、钻机的安装调试工作、导向孔的钻进、扩孔、泥浆护壁、管道连接、回拖、浆液置换以及相关的收尾工作，其中:

1)测量放线工作需要根据施工图和施工中的要求进行，应用各种测量仪器进行工程中的各种标记，确保施工路线的精准；

2)地下管线的保护工作主要可以分成地下管线的探测工作和保护工作两部分组成，探测工作主要的目的是利用现有资料和探测技术进行管线的探明，确保在进行定向钻技术的施工时不会影响到其他方面的正常运行，而保护工作是在探测工作的基础上，对线路中存在的管道线路采取工艺措施等方面的保护；

3)钻机的安装调试工作要在工程的设计线路之上进行，钻机安装完成后，还要进行试运转，并且调整钻头和钻机的方向角度，使正式工作时可以更快开钻；

4)导向孔的钻进工作主要分为三个方面：一是确保倒相孔的钻进工作能够按照设计线路正确进行，以较小的误差；二是在进行导向孔钻进的过程中要对钻进过程中产生的数据进行实时监控与记录以便于对导向孔钻进情况的掌握和后续工作的开展；最后是控制钻进速度，确保导向孔能够正常建立平滑孔壁；

5)扩孔工作，扩孔工作是应用扩孔工具分多次对管线进行预扩孔，每次的预扩孔都需按照相关规范来进行，根据扩孔装置拖回力的测量，判断出扩孔效果，方便后续的工作进行；

6)泥浆护壁的建立，泥浆护壁是一种特殊的管路保护工艺，其中泥浆的加入能起到对扩孔器的冷却和润滑作用，稳定钻孔内壁，减少扬尘等。同时还可以在一定程度上防止地表沉降，有效保护钻杆；此外，泥浆的配方及配比可以按照实地工作中的数据进行一定程度的修改，浆液搅拌完成后，进行注浆要时刻注意注浆的进度、用量和注浆压力，保证注浆工作的效果；

7)管道连接的工作，工作量很大，需要对下到管路中的管道进行连接，连接时注意管道两端平整保持清洁，使用热熔等方式完成对管路的拼接工作，由于管道连接工作量较大，所以可在导向孔工作进行时就开始对管道进行连接；

8)回拖工作，回拖工作是在完成管道连接工作后，钻头位置安装上回扩头，将给水管连接上分动器，开始进行回拖工作，并根据实际情况将相关的参数进行调整，管路回拖到预定位置后，卸下有关设备进行管路的封堵工作，若水压试验合格，则此拖管工程即为完成；

9)完成拖管工作后还需要根据拖管工作完成情况确定是否进行浆液置换，使用带有少量膨胀材料的水泥浆对上述泥浆护壁中的泥浆进行置换，对管路修建完成后的路面沉降能够较好得预防；

10)收尾工作不仅包括施工产地的撤出和设备的转移等外业工作，还包括了整理资料，绘制竣工图等内业，必要时也会包括验收等方面的工作。

2 定向钻穿越在南水北调配套工程中的应用

2.1 工程概况

保沧干渠是河北省南水北调配套工程的重要组成部分，主要承担着向廊坊、沧州、保定3个城市12个县市的供水工作，其中廊坊段的工程区域是从任丘分水口将水引入文安、大城等地，工程全长42 km，穿越小堡支渠采取定向钻技术进行拉管工作的方案，拉管段总长度334.76 m(拉管段起点桩号NPF’31+706.38,终点桩号NPF’32+039.88)，采用钢塑复合管，管壁厚14 mm，防腐层采用聚乙烯材料三层厚度为4 mm，出入土角均为8°，覆土层厚6.5 m，连接方式为胶带连接并使用配套回拖设备，防止零部件与主管的脱离。

2.2 主要施工工艺

1)导向系统。导向系统是整个定向钻穿越施工技术中的重点工序，导向技术的精准程度对钻机后续工作参数的确定有着直接的影响。而导向孔与设计中的穿越线路的重合情况也决定了最后管道是否能成功回拖。因此在应用导向技术和设备进行钻头位置、埋深、唇面面向角以及设备倾角的测量必须要求其准确性，使导向孔与设计曲线相啮合，以符合设计线路和后续工作的要求；

2)泥浆工艺。泥浆工艺对于整个施工过程都非常重要，为了保护钻头等器具；使切削土体的工作更加有效率，同时也是为了保护孔壁，维持土层的稳定性。一般情况下都会选择使用泥浆工艺作为施工的附加施工进行。泥浆是一种人工混合的浆液建筑材料，主要配置成分有水、膨润土(或天然黏土)等材料通过一定的配比搅拌而成。施工过程中也可根据实际需要进行配方和配比的改良，加入不同的添加剂可以获得不同性质的浆液，例如加入改性淀粉，可以有效地控制浆液失水、而在一些成孔性差的区域则可加入正电胶，用稳定的浆液保持孔径的通常。原则上泥浆的拌和是随用随制的，决不允许一次拌制多次取用的情况发生；

3)管道发送工艺也是定向钻穿越技术中的关键，为了保证管线拖回工作的顺利进行，同时减小管道在回拖过程中的阻力，保护管路。在进行注浆工作时就需要注意压力与泥浆配比的合理性。还可以在进行管道的发送工作时采取发送沟和发送架的发送方式。而在保沧干渠(廊坊段)中由于场地等方面因素的影响，施工中采取将两者相结合的发送形式进行。

3 施工过程中常见的问题及处理方法

3.1 塌孔事故

在进行定向钻技术施工时，钻孔的稳定性是直接受到地层土质和地层岩性的影响的。可塑性好的地层，孔本身也处于一个较稳定的状态，而在地层本身稳定性就差的环境中，成孔也会受到地层的印象发生塌孔。此外，在扩孔和回拖的工作中，也可能因为进行工作的速度过快，推土体造成了较大扰动，而引起孔洞的坍塌。因此在满足穿越施工的基础上，尽可能选择较小的扩孔直径；制定出符合地层和施工需求的泥浆配比和钻具设备的型号组合；缩短工作周期，尽可能快速进行其他方面的工作，减少孔洞在无管路支撑下存在状态的时间，最后科学的选择扩孔的技术和进行扩孔、回拖工作时的速度，减少塌孔的发生。

3.2 地下孔洞

在施工过程中很可能会遇到与设计情况不符的地层，有时甚至会出现地下孔洞等不良地层，造成大量吃浆甚至不返浆的现象。这种情况可通过加大泥浆用量，使用增粘剂等添加剂。当地下不良情况严重，持续不返浆时，可通过对该段进行固结灌浆，充填泥浆漏失孔隙与通道，达到施工标准后再进行钻进施工。

3.3 抱管和卡钻

在施工过程中，随着孔径的增大，孔壁的稳定性也变的越来越差。由于砂性地层自稳性本身就差，在受到施工扰动和回拖时，很容易发生孔壁塌落，造成塌落的砂在孔内堆积，对管壁形成包裹，使得管道钻进时所受阻力不断增大，最终超过钻机本身拉力，形成沙抱管现象。这时可采用添加剂，改变泥浆浓度，增加泥浆的携砂性能和悬浮性能。这种方法无效时，可立即在管尾安装夯管锤进行锤击，使管道受到夯管锤的振击后，摆脱穿越孔洞对其的束缚，从而使得回拖作业得以继续进行。

[1] 李 博.大口径定向钻穿越技术浅析[J].建筑工程技术与设计,2016(14):62-63.

[2] 王 伟.南水北调配套工程非开挖水平定向钻穿越技术[J].水科学与工程技术,2015(2):76-77.

[3] 薛 波.南水北调沙颍河定向钻穿越技术方案[J].河南水利与南水北调,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

张 明(1987- )，男，助理工程师

TV672.2

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