水平定向鉆導(dǎo)向孔施工質(zhì)量控制

□李炎森 張國(guó)利 潘文玲

（1河南省河川工程監(jiān)理有限公司；2新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)水利局；3河南省水土保持監(jiān)督監(jiān)測(cè)總站）

水平定向鉆導(dǎo)向孔施工質(zhì)量控制

□李炎森1張國(guó)利2潘文玲3

（1河南省河川工程監(jiān)理有限公司；2新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)水利局；3河南省水土保持監(jiān)督監(jiān)測(cè)總站）

文章以焦作博愛(ài)供水配套定向鉆穿越工程為例，詳述定向鉆導(dǎo)向孔施工前準(zhǔn)備工作及施工過(guò)程質(zhì)量控制。導(dǎo)向孔直接關(guān)系到主管能否順利穿越，且因工程下穿南水北調(diào)總干渠，對(duì)導(dǎo)向孔的施工提出了更高的要求，因此施工前做好準(zhǔn)備工作進(jìn)行預(yù)控，施工過(guò)程中全方位、全過(guò)程、多環(huán)節(jié)、多層次管理，才能保證導(dǎo)向孔的施工質(zhì)量。最后，對(duì)水平定向鉆穿越導(dǎo)向孔施工的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)加以總結(jié)，為今后水平定向鉆進(jìn)技術(shù)在南水北調(diào)等資源和能源管道項(xiàng)目中的應(yīng)用提供重要借鑒。

水平定向鉆；大口徑；導(dǎo)向孔

0 引言

焦作博愛(ài)供水配套定向鉆穿越工程是河南省南水北調(diào)受水區(qū)焦作供水配套工程26號(hào)分水口門(mén)博愛(ài)供水工程的重點(diǎn)工程項(xiàng)目，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)階段又是整個(gè)定向鉆施工的關(guān)鍵，鉆桿控向?qū)Υ┰骄燃肮こ坛晒χ陵P(guān)重要，并直接關(guān)聯(lián)到主管順利穿越。與已有類(lèi)似工程不同，此工程下穿南水北調(diào)總干渠，為保證總干渠運(yùn)行安全，要求管理范圍內(nèi)不得冒漿，特別是渠底附近，提出了精細(xì)化施工管理要求，期間施工技術(shù)方案經(jīng)專(zhuān)家多次論證。最終定向鉆導(dǎo)向孔按照設(shè)計(jì)要求順利穿越，為后續(xù)工序的順利進(jìn)行打下良好基礎(chǔ)。筆者將詳述前期施工準(zhǔn)備工作及導(dǎo)向孔施工過(guò)程，并對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便于為今后的水平定向鉆導(dǎo)向孔施工提供借鑒。

1 概述

焦作市博愛(ài)供水配套定向鉆穿越總干渠工程，入土角控制在8o，出土角6o，穿越管段的曲率半徑為1560m，在水平距離投影長(zhǎng)度為556.34m。穿越段兩端出入土點(diǎn)均在總干渠一級(jí)水源保護(hù)區(qū)范圍之外。穿越管徑為DN1000mm×20mm，采用螺旋縫X70鋼管，鋼管外防腐涂層采用三層PE加強(qiáng)級(jí)防腐，內(nèi)防腐涂層采用液體環(huán)氧噴涂涂層。穿越管道最低點(diǎn)距離南水北調(diào)中線總干渠渠底13.50m，距地面埋深約21m。

場(chǎng)區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘、砂多層結(jié)構(gòu)，層位分部較為穩(wěn)定∶中上部為全新統(tǒng)重粉質(zhì)壤土和細(xì)砂互層，重粉質(zhì)壤土為中等壓縮性中硬土層，承載力標(biāo)準(zhǔn)值130～150kPa，細(xì)砂承載力標(biāo)準(zhǔn)值140～170kPa；下部為中更新統(tǒng)重粉質(zhì)壤土層，承載力標(biāo)準(zhǔn)值180kPa，地下水位埋深6.90～9m。土體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各層軟硬、密實(shí)狀態(tài)差別較大，下部土層（高程80.20～82.20m之間）中含鈣質(zhì)結(jié)核和砂礫石透鏡體，砂層中含鈣質(zhì)膠結(jié)薄層，這些因素對(duì)定向鉆導(dǎo)向孔施工影響較大，在施工中需多加注意。

因地質(zhì)原因，設(shè)計(jì)對(duì)定向鉆施工穿越總干渠的水平直線段進(jìn)行了調(diào)整，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上水平直線段上調(diào)1.50m，以盡可能避開(kāi)底部砂卵石層。

2 施工前準(zhǔn)備

2.1 方案會(huì)審

施工前，建管局、監(jiān)理部多次組織到施工場(chǎng)地進(jìn)行調(diào)研，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況召開(kāi)定向鉆施工技術(shù)方案審查會(huì)。(詳見(jiàn)表1)

表1 方案審查會(huì)意見(jiàn)表

2.2 準(zhǔn)備工作檢查

檢查項(xiàng)目部管理人員到位情況，技術(shù)負(fù)責(zé)人、質(zhì)檢科長(zhǎng)、施工員、安全員等。檢查施工機(jī)械、泥漿拌制材料是否按照要求已進(jìn)場(chǎng)。其中，為保證泥漿配置滿(mǎn)足熟化時(shí)間要求，要求泥漿系統(tǒng)必須射流泵；配備泥漿回收系統(tǒng)滿(mǎn)足環(huán)保要求。檢查檢測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)設(shè)備是否已按要求進(jìn)場(chǎng)。

檢查司鉆、控向工崗位職責(zé)是否已制定，施工技術(shù)、安全交底工作是否已進(jìn)行。檢查鉆機(jī)是否已就位，地錨箱是否牢固，鉆桿入土角度、入土點(diǎn)位置是否準(zhǔn)確。檢查安全監(jiān)測(cè)儀器是否已埋設(shè)，觀測(cè)人員是否已到位。檢查項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置小組是否已成立、應(yīng)急材料設(shè)備是否已到位。

以上檢查工作都是為后續(xù)施工的基礎(chǔ)，準(zhǔn)備工作不到位，就容易出現(xiàn)質(zhì)量管理漏洞，發(fā)生突發(fā)事件不能及時(shí)處理，從而造成更大的破壞。

3 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)

工程采用XZ3000型鉆機(jī)，改鉆機(jī)最大拉力為3000kN，最大扭矩110kNM，因地質(zhì)條件中有含有砂層，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)采用“鴨掌鉆頭”無(wú)磁鉆桿+Φ140鉆桿?？叵蛟O(shè)備采用美國(guó)生產(chǎn)的P2有線控向系統(tǒng)，為防止鉆孔時(shí)導(dǎo)向孔與設(shè)計(jì)穿越曲線的偏移，地面布置人工磁場(chǎng)確?？叵蛳到y(tǒng)的精準(zhǔn)。

正式鉆導(dǎo)向孔前，在鉆桿前安裝無(wú)磁鉆鋌、無(wú)磁方向短節(jié)、導(dǎo)向鴨掌鉆頭、定位調(diào)整片等，導(dǎo)向孔參數(shù)如下：

初始曲率半徑為1560m，收尾曲率半徑為1560m，入土角為8°，出土角為6°，出土點(diǎn)高差為1.25m，間隔角度為0.38°。入土角段長(zhǎng)度為35.24m，初始曲率半徑段（向下）長(zhǎng)度為217.82m，平底段長(zhǎng)度為79.89m，收尾曲率半徑段（向上）長(zhǎng)度為163.36m，出土角段長(zhǎng)度為122.36m。每根鉆桿長(zhǎng)度約9.60m，根據(jù)設(shè)計(jì)曲線確定每根鉆桿控向理論參數(shù)（方位角、傾角、鉆進(jìn)水平進(jìn)尺、高度進(jìn)尺），并將探頭實(shí)際參數(shù)與理論參數(shù)隨時(shí)進(jìn)行比較，以保證實(shí)際鉆孔曲線與理論曲線更加接近，誤差更小。

鉆導(dǎo)向孔階段要求盡可能將孔內(nèi)的物質(zhì)攜帶出來(lái)，同時(shí)維持孔壁穩(wěn)定，保持孔內(nèi)泥漿面，減少阻力，鉆進(jìn)漿液基本配方為：5%～7%膨潤(rùn)土+0.20%～0.40%增添劑+0.30%降濾失劑+0.20%固體潤(rùn)滑劑；砂層加0.20%CMC纖維素。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)，采用馬氏漏斗每2h測(cè)量1次泥漿粘度。

導(dǎo)向孔施工時(shí)的鉆頭噴嘴泥漿壓力≤1MPa，特別是在穿越總干渠管理紅線區(qū)域內(nèi)的鉆進(jìn)泥漿壓力更是控制重點(diǎn)，避免因壓力過(guò)大出現(xiàn)冒漿。

為了導(dǎo)向準(zhǔn)確，根據(jù)鉆桿長(zhǎng)度和曲率，在曲線段每根鉆桿調(diào)整的角度為0.38°，控向員在施工中控向，要嚴(yán)格按照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)曲線鉆進(jìn)，確保每根鉆桿的操作符合設(shè)計(jì)所規(guī)定的曲率半徑范圍。

鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)測(cè)定鉆進(jìn)方向，根據(jù)微機(jī)顯示的數(shù)據(jù)分析鉆頭所在的位置等。控向人員隨時(shí)監(jiān)視和控制穿越曲線情況，控向過(guò)程逐漸實(shí)現(xiàn)，不要急劇調(diào)向，以防卡鉆。造斜段每0.50～3m量測(cè)一次，水平直線段每3～5m量測(cè)一次，量測(cè)參數(shù)與設(shè)計(jì)曲線理論參數(shù)進(jìn)行比較，每四根鉆桿的累計(jì)折角誤差不得超過(guò)0.50°，且誤差要隨時(shí)調(diào)整過(guò)來(lái)。軌跡偏離誤差不得大于鉆桿直徑的1.50倍，否則應(yīng)退回進(jìn)行糾偏。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制導(dǎo)向孔曲線與設(shè)計(jì)曲線的偏移量≤0.50m，出土點(diǎn)位置橫向偏差≤1m，縱向偏差≤2m。（導(dǎo)向孔鉆進(jìn)記錄詳見(jiàn)表2、表3）

表2 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過(guò)程表

表3 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)參數(shù)表

4 結(jié)論

機(jī)械、材料準(zhǔn)備情況要做好檢查，確保能夠連續(xù)施工。這是因?yàn)樗蕉ㄏ蜚@導(dǎo)向孔施工屬于地下工程，一旦發(fā)生意外事件，停滯時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生縮孔、堵孔的危險(xiǎn)性就越大。加強(qiáng)崗前培訓(xùn)，泥漿配置、司鉆、機(jī)長(zhǎng)崗位人員責(zé)任心一定要到位，再好的規(guī)范、制度也是需要人來(lái)操作、執(zhí)行。多環(huán)節(jié)、多層次管理，本工程成立了建管、運(yùn)行管理、監(jiān)理、施工、監(jiān)測(cè)、作業(yè)班組多層次巡視值班制度，某環(huán)節(jié)管理不到位，其他環(huán)節(jié)立即就能發(fā)現(xiàn)并補(bǔ)正，確保干線渠道穿越工程順利進(jìn)行。

TU996

B

1673-8853（2017）09-0043-02

李炎森（1985.12-），男，工程師，主要從事水利工程監(jiān)理工作。

2017-6-12

編輯：劉長(zhǎng)垠 韋詩(shī)佳