簡(jiǎn)析莒南東部供水管道定向穿越工程施工常見問(wèn)題及解決措施

劉德健

(莒南縣陡山灌區(qū)灌溉管理所， 山東 莒南 276600)

簡(jiǎn)析莒南東部供水管道定向穿越工程施工常見問(wèn)題及解決措施

劉德健

(莒南縣陡山灌區(qū)灌溉管理所， 山東 莒南 276600)

本文根據(jù)工程機(jī)械的施工原理，對(duì)定向穿越施工過(guò)程中常見的問(wèn)題其原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)解決措施，從而提高施工效率，為類似工程提供參考。

定向穿越； 施工； 問(wèn)題； 解決措施

1 工程概況

莒南縣隸屬于山東省臨沂市，全縣總面積1752km2,境內(nèi)大小河流323條，大中型水庫(kù)3座，大中型灌區(qū)2處，小型水庫(kù)142座，塘壩2001座，年均水資源總量4.4億m3。為加強(qiáng)現(xiàn)有水資源合理開發(fā)利用，充分利用好莒南縣雨、洪水資源，實(shí)施莒南東部供水一期工程，工程主要由泵站工程和管道工程組成。其中自泵站至臨港產(chǎn)業(yè)園水廠的輸水工程管道采用地下埋管，主要沿相邸水庫(kù)—臨港產(chǎn)業(yè)園間的山丘區(qū)東西向布置，全長(zhǎng)約14.4km，設(shè)計(jì)流量為25.0萬(wàn)m3/d；途中需穿越坊前鎮(zhèn)莫家龍頭河，穿越位置位于S342省道莫家龍頭大橋上游2000m處，河道寬度180m，河道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，施工期設(shè)計(jì)洪水為5年一遇。采用管DN1600mm(內(nèi)徑)螺旋鋼管，穿越長(zhǎng)度約400m，施工方式為定向穿越。

2 施工問(wèn)題

供水管道定向穿越過(guò)程中，由于受施工現(xiàn)場(chǎng)附近較多高壓電線和建筑物體產(chǎn)生的磁場(chǎng)、穿越土層硬度不均、人員操作水平等眾多因素的影響，極易出現(xiàn)定向鉆鉆孔呈“S”形、導(dǎo)向孔偏差、卡鉆等工程問(wèn)題。需要根據(jù)設(shè)計(jì)，并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加以分析予以解決，從而確保工程質(zhì)量。施工作業(yè)帶橫斷面布置如圖1所示。

3 解決措施

鉆導(dǎo)向孔如圖2所示。

3.1 定向鉆在鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)“S”形

3.1.1 問(wèn)題原因

在輸水管道進(jìn)行定向穿越過(guò)程中，如果導(dǎo)向孔曲線成形差和擴(kuò)孔過(guò)程中發(fā)生偏擴(kuò)就容易造成孔道呈“S”形。歸根結(jié)底是由于探頭受到地表磁場(chǎng)或地下磁場(chǎng)的干擾及穿越相應(yīng)地層土質(zhì)硬度不均勻或擴(kuò)孔器組合方式出現(xiàn)錯(cuò)誤等原因造成。

3.1.2 相應(yīng)措施

a.導(dǎo)向孔精心控向，避免在這一階段出現(xiàn)“S”形的現(xiàn)象。

b.測(cè)量磁方位角。由于導(dǎo)向孔的控向是依據(jù)穿越中心線的磁方位角來(lái)確定的，因此在作業(yè)開始前，需要用羅盤儀準(zhǔn)確測(cè)量出穿越中心線的磁方位角。具體方法：在地表從出土側(cè)、入土側(cè)各取2～3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，去偽存真，得出準(zhǔn)確的數(shù)值。若各組數(shù)據(jù)出現(xiàn)相差較大(>0.1°)，則再多選取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)，直到數(shù)值準(zhǔn)確無(wú)誤差為止[1]。

c.導(dǎo)向孔嚴(yán)格按設(shè)計(jì)曲線鉆進(jìn)。作業(yè)前，將鉆進(jìn)要求(精確到每根鉆桿)對(duì)施工人員進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)講解；在鉆進(jìn)時(shí)，控向指令要及時(shí)準(zhǔn)確，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)情況及時(shí)調(diào)整操作，嚴(yán)禁出現(xiàn)誤操作，確保導(dǎo)向孔嚴(yán)格按設(shè)計(jì)曲線鉆進(jìn)，保證導(dǎo)向孔鉆進(jìn)質(zhì)量。

3.2 導(dǎo)向孔出現(xiàn)偏離

鉆機(jī)回拖時(shí)回拖扭矩與拉力的大小與導(dǎo)向孔質(zhì)量密切相關(guān)，嚴(yán)格控制鉆導(dǎo)向孔相關(guān)工序,做到導(dǎo)向孔跟設(shè)計(jì)穿越曲線完全相同，才能使管道最后順利回拖。

3.2.1 偏差要求

導(dǎo)向孔曲線跟設(shè)計(jì)曲線的偏移量半徑在1.5m內(nèi)。出土點(diǎn)的水平偏差(沿設(shè)計(jì)軸線)應(yīng)不超過(guò)百分之一的穿越長(zhǎng)度，且不超過(guò)9m；垂直偏差應(yīng)不超過(guò)千分之一的穿越長(zhǎng)度，且超過(guò)1.5m。

3.2.2 問(wèn)題原因

導(dǎo)向孔在鉆進(jìn)過(guò)程中偏離設(shè)計(jì)穿越曲線有以下4種原因：?鉆機(jī)實(shí)際就位位置與管線設(shè)計(jì)穿越位置有偏差；?受外部磁場(chǎng)影響，使采集的數(shù)據(jù)失真；?受地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，不同地層或同一地層出現(xiàn)軟硬不均，導(dǎo)致鉆頭在鉆進(jìn)的過(guò)程中向相對(duì)較軟的地層偏移；?在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆機(jī)操作人員(包括：司鉆員、控向員)人為操作有誤，使穿越軌跡與設(shè)計(jì)曲線發(fā)生偏移[2]。

3.2.3 相應(yīng)措施

a.要確保鉆機(jī)就位方位與設(shè)計(jì)管線中心線相重合。鉆機(jī)就位前，用經(jīng)緯儀測(cè)量出管線穿越中心線，根據(jù)鉆機(jī)自身特征、入土角等數(shù)據(jù)(將磁場(chǎng)等外部因素考慮在內(nèi))計(jì)算得出鉆機(jī)就位的精確位置，用白石灰標(biāo)記；在鉆機(jī)就位過(guò)程中用經(jīng)緯儀測(cè)量鉆機(jī)就位實(shí)際偏差，若經(jīng)計(jì)算鉆機(jī)就位方位相對(duì)于管線中心線的角度偏差超過(guò)0.08°時(shí)，則重新調(diào)整鉆機(jī)，經(jīng)多次就位→測(cè)量→再調(diào)整→再測(cè)量，直到偏差在允許范圍內(nèi)為止。

b.外部磁場(chǎng)對(duì)方位角的影響及控制措施。施工現(xiàn)場(chǎng)的地下管道和光纜、構(gòu)筑物、地上高壓線等產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)能影響地磁場(chǎng)強(qiáng)度和地磁角度，進(jìn)而影響控向方位角，最終導(dǎo)致鉆孔時(shí)方向失控。

在開鉆時(shí)進(jìn)行實(shí)地勘察，確定外部磁場(chǎng)所影響的范圍。測(cè)出偏移量，在導(dǎo)向孔鉆入期間控制其中偏移量。在進(jìn)入外部磁場(chǎng)時(shí)，方位角已經(jīng)發(fā)生了變化，與控向方位角已經(jīng)不同，此時(shí)忽略干擾直接鉆進(jìn)，但在進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，鉆頭穿越磁場(chǎng)干擾區(qū)后，計(jì)算機(jī)控向數(shù)據(jù)能恢復(fù)正常。此時(shí)的誤差應(yīng)該在允許范圍之內(nèi)。但如果兩者之間相差較大，先算出偏差量，將鉆頭抽出在偏差量范圍內(nèi)再鉆進(jìn)一次就能使穿越曲線與設(shè)計(jì)曲線相重合。

c.對(duì)于穿越泥巖層的定向鉆，要確保導(dǎo)向孔在該層中平滑過(guò)渡。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)是穿越施工的第一步也是最關(guān)鍵的一步，這就要求在鉆導(dǎo)向孔過(guò)程中對(duì)下面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分析判斷?？叵騿T與司鉆員要認(rèn)真做好施工記錄，為下面的預(yù)擴(kuò)孔及管線回拖提供切實(shí)可靠的施工資料。

d.采用人工磁場(chǎng)。在穿越中心線兩側(cè)設(shè)置人工磁場(chǎng)能夠有效避免鉆機(jī)控向系統(tǒng)受到外部磁場(chǎng)的干擾。通過(guò)對(duì)人工磁場(chǎng)與地磁場(chǎng)左右偏差的比較,及時(shí)校正控向方位角，保證穿越曲線平滑無(wú)偏差。

e.避免人為因素造成導(dǎo)向孔軌跡與設(shè)計(jì)穿越曲線出現(xiàn)偏差。動(dòng)工前，做好針對(duì)性的技術(shù)培訓(xùn),加強(qiáng)技能操作，強(qiáng)化控向人員與司鉆人員的配合程度，司鉆人員嚴(yán)格按照控向人員的指令進(jìn)行操作；鉆進(jìn)過(guò)程中把握好控向方向，根據(jù)成孔情況調(diào)整傾角度數(shù)，確保導(dǎo)向孔成孔情況與設(shè)計(jì)穿越曲線的重合無(wú)偏移。

3.3 導(dǎo)向孔卡鉆

3.3.1 鉆頭卡鉆

導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過(guò)程中，泥漿壓力或伴隨鉆機(jī)扭矩瞬間增大，造成鉆頭停鉆，此類為鉆頭卡鉆。處理的方法有兩種：

a.當(dāng)泥漿的壓降在100～499psi時(shí)，應(yīng)馬上終止鉆桿繼續(xù)往前推進(jìn)，將鉆桿向鉆機(jī)方向回拉，降低泥漿的壓差、推力和推進(jìn)速度后再進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。

b.當(dāng)泥漿的壓降大于501psi時(shí)，應(yīng)停泥漿泵，迅速將鉆桿向鉆機(jī)方向回撤[3]。

3.3.2 “鎖孔”卡鉆

當(dāng)穿越設(shè)計(jì)曲率半徑不大，部分穿越區(qū)域造斜過(guò)大，加上清孔不及時(shí)到位，鉆屑大量積聚在一起易引起“縮孔”，造成卡鉆。

處理方法：保持足夠的泥漿往孔內(nèi)泵送，鉆桿繼續(xù)工作，清孔要及時(shí)徹底，反復(fù)采取調(diào)鉆頭高邊→停旋轉(zhuǎn)→回抽鉆桿→再次旋轉(zhuǎn)前進(jìn)→清孔的步驟，直到順利通過(guò)。

4 結(jié) 語(yǔ)

工程實(shí)踐證明，通過(guò)本文中的質(zhì)量控制措施，有效避免了定向穿越過(guò)程中定向鉆鉆孔呈“S”形、導(dǎo)向孔偏差、卡鉆等問(wèn)題的發(fā)生，大大提高了工程質(zhì)量和施工效率，有利于整體施工的質(zhì)量控制。

[1] 侯和平,侯利新,張明月.非開挖定向穿越—拉管技術(shù)在漢沽引水工程中的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2009(17):642-642.

[2] 成雷.輸水管道水壓試驗(yàn)的技術(shù)總結(jié)[J].水利建設(shè)與管理,2016,36(7):27-30.

[3] 陳勇.長(zhǎng)距離非開挖穿越技術(shù)在巖石層、砂層的施工實(shí)踐[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2008,20(8):74-76.

Analysis on common construction problems in directional crossing projects of eastern water supply pipelines of Junan and countermeasures

LIU Dejian

(JunanCountyDoushanIrrigationAreaManagementOffice,Junan276600,China)

In the paper, the causes of common problems in directional crossing construction projects are analyzed according to the construction principle of engineering machinery, thereby improving the construction efficiency and providing reference for similar projects.

directional crossing; construction; problems; countermeasures

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.04.005

TV672+.2

A

1005-4774(2017)04- 0016- 03