水平定向鉆穿越砂層敷設(shè)燃?xì)夤艿赖氖┕ぜ夹g(shù)

佛山市南海燃?xì)獍l(fā)展有限公司 王加虎 張 軍

近年來(lái)，隨著水平定向鉆施工技術(shù)的普及，在穿越砂層時(shí)出現(xiàn)管道抱死等事故也屢見(jiàn)不鮮。由此導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失增加，施工成本上升，工期進(jìn)度得不到保證。針對(duì)諸如燃?xì)夤艿赖葘?duì)管道質(zhì)量要求較高的地下管線，在穿越砂層時(shí)出現(xiàn)抱死卡管等情況，也存在較大的潛在隱患。因此研究水平定向鉆穿越砂層回拖管道防抱死的技術(shù)愈發(fā)重要。

1 水平定向鉆穿越砂層存在的風(fēng)險(xiǎn)

水平定向鉆的大致施工流程為：軌跡設(shè)計(jì)→工作坑開(kāi)挖及鉆機(jī)就位→導(dǎo)向孔施工→擴(kuò)口施工→清孔→管道回拖。從上述流程不難看出，定向鉆施工的本質(zhì)就是在地下做出一個(gè)通孔道，然后將管道拖入通孔道之中。由于地下砂層自身穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)塌孔情況。塌孔對(duì)定向鉆施工的各個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生較大影響，尤其是在擴(kuò)孔、清孔和回拖環(huán)節(jié)影響尤為嚴(yán)重。在擴(kuò)孔及清孔環(huán)節(jié)如出現(xiàn)塌孔易導(dǎo)致擴(kuò)頭被抱死，若施工人員操作不當(dāng)可導(dǎo)致鉆桿斷裂，擴(kuò)頭直接掉落在地下，導(dǎo)致擴(kuò)頭基本無(wú)法取回或取回成本巨大。一旦擴(kuò)頭掉落，原設(shè)計(jì)軌跡即不可再使用，只能重新設(shè)計(jì)軌跡并重新施工，施工成本將極大提高。如果因地下管線及地面建筑等限制無(wú)法調(diào)整設(shè)計(jì)軌跡，擴(kuò)頭掉落的后果將難以承擔(dān)。在管道回拖階段出現(xiàn)抱死管道情況后果也是比較嚴(yán)重的，將會(huì)耗費(fèi)較大時(shí)間成本及經(jīng)濟(jì)成本。因燃?xì)夤艿缹?duì)管道質(zhì)量要求較高。回拖的管道是PE管出現(xiàn)抱死情況時(shí)，可能導(dǎo)致管材拉伸變形而不可再使用的情況?；赝系墓艿朗卿摴艹霈F(xiàn)抱死情況時(shí)，若管道有外防護(hù)層，回拖也可能導(dǎo)致外防護(hù)層脫落，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

水平定向鉆穿越砂層風(fēng)險(xiǎn)控制需從三個(gè)方向去把控。首先是施工本身面臨的風(fēng)險(xiǎn)，其次是施工對(duì)周邊建構(gòu)筑物的影響，最后是燃?xì)夤艿篮笃谶\(yùn)行的安全。如果因塌孔導(dǎo)致管道抱死，致使不能按照規(guī)定時(shí)間完成或造成施工成本大幅提升，這就是施工本身面臨的風(fēng)險(xiǎn)。穿越砂層可能導(dǎo)致路面脫空或影響周邊建筑樁基受力，導(dǎo)致道路或其他建構(gòu)筑物出現(xiàn)非正常沉降，這是施工對(duì)建構(gòu)筑物的影響。因施工不當(dāng)造成燃?xì)夤艿懒粝沦|(zhì)量安全隱患，在后續(xù)運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)重大安全事故，這就是對(duì)燃?xì)夤艿篮笃谶\(yùn)行的安全影響。歸納其本質(zhì)，穿越砂層的重點(diǎn)是應(yīng)事先分析可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，難點(diǎn)是如何采取措施去規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)或?qū)L(fēng)險(xiǎn)影響降到最低。

2 水平定向鉆穿越砂層應(yīng)對(duì)的措施

(1)現(xiàn)場(chǎng)勘查及方案設(shè)計(jì)。對(duì)水平定向鉆穿越施工進(jìn)行分析可知在施工的過(guò)程中為了保證施工安全，需要在設(shè)計(jì)階段對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查[1]。地質(zhì)情況的調(diào)查目的在了解清楚地質(zhì)情況，為設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。同時(shí)在前期調(diào)查階段也需對(duì)地下管線、重要道路、周邊建筑、地下構(gòu)筑物等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，穿越砂層時(shí)最終管道成型位置與導(dǎo)向位置有較大偏差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在穿越砂層時(shí)，軌跡曲率半徑越小，偏差越大，管道直徑越大，偏差越大，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮最終成孔偏差可能導(dǎo)致其他管線或建構(gòu)筑物的損壞風(fēng)險(xiǎn)。因穿越流沙層對(duì)施工本身的風(fēng)險(xiǎn)較大，設(shè)計(jì)導(dǎo)向軌跡時(shí)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，堅(jiān)持“盡量避免穿越砂層，無(wú)法避免時(shí)盡量少地穿越砂層”的原則，把風(fēng)險(xiǎn)盡可能地減小。在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下，出入土點(diǎn)之間軌跡水平投影應(yīng)盡可能地設(shè)計(jì)為直線，以減小擴(kuò)孔過(guò)程中管線在水平方向上的成孔偏移。豎直方向軌跡應(yīng)盡可能符合“斜直線段—圓弧段—水平段—圓弧段—斜直線段”的大原則，出入土角度盡量小，圓弧段的曲率半徑盡量大，以減小豎直方向上的成孔偏差。對(duì)于重要道路車(chē)行道下方穿越砂層時(shí)應(yīng)做好交通疏導(dǎo)方案設(shè)計(jì)，防止道路板底脫空導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)。對(duì)于鄰近的重要建構(gòu)筑物，需提前做好監(jiān)測(cè)方案，防止出現(xiàn)施工侵權(quán)糾紛。

(2)擴(kuò)孔清孔施工要點(diǎn)。擴(kuò)孔目的在于形成管道通過(guò)的空間，使通孔道順直便于管道回拖。清孔的目的在于在擴(kuò)孔完成后，將孔道中殘留的泥沙通過(guò)泥漿清理出通孔道，保證拖管時(shí)不會(huì)因泥沙沉積最終導(dǎo)致卡管。擴(kuò)孔直徑的大小與地質(zhì)條件、管道大小、管道材質(zhì)等因素有關(guān)[2]。因砂層是一種極不穩(wěn)定的地質(zhì)，容易受地下水影響，成孔較為困難，因此在擴(kuò)孔過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格堅(jiān)持“逐級(jí)擴(kuò)孔”的原則，一旦“越級(jí)擴(kuò)孔”極有可能導(dǎo)致通孔道中砂堆積導(dǎo)致鉆機(jī)扭矩及拉力快速增大，很有可能產(chǎn)生擴(kuò)頭抱死及鉆桿斷裂的情況。泥漿系統(tǒng)壓力也需要適度控制，泥漿系統(tǒng)壓力過(guò)大會(huì)使從擴(kuò)頭處噴射出泥漿的射速過(guò)快，孔壁砂層塌孔導(dǎo)致下一級(jí)擴(kuò)孔時(shí)出現(xiàn)擴(kuò)頭抱死的情況。擴(kuò)孔速度要根據(jù)地質(zhì)情況及鉆機(jī)噸位綜合確定，不宜過(guò)快也不宜過(guò)慢。擴(kuò)孔速度太快，泥漿無(wú)法有效滲入至砂層達(dá)到良好的護(hù)壁效果；擴(kuò)孔速度太慢又會(huì)因?yàn)閿U(kuò)頭長(zhǎng)時(shí)間在一個(gè)點(diǎn)位附近旋轉(zhuǎn)，使孔壁附著的泥漿掉落從而失去或降低護(hù)壁能力。清孔時(shí)也應(yīng)遵循擴(kuò)孔時(shí)的施工要點(diǎn)。

(3)泥漿配比控制。泥漿作用主要在于懸浮和攜帶泥(巖)屑、穩(wěn)定孔壁、潤(rùn)滑、冷卻鉆具。泥漿的指標(biāo)是變化的，不同的地質(zhì)條件泥漿配置也是不同的。泥漿的配制一般需滿足黏度、膠凝強(qiáng)度、流動(dòng)性和密度等指標(biāo)[3]。在穿越砂層過(guò)程中，護(hù)壁及攜砂作用是本文考慮的重點(diǎn)。在實(shí)際施工過(guò)程中，通過(guò)在泥漿中添加燒堿、纖維素等方式解決砂層問(wèn)題。因?yàn)榕驖?rùn)土本身為酸性材料，放入堿性淡水有利于膨潤(rùn)土的充分分散、熟化。pH 值太低，膨潤(rùn)土分散性就差；pH 值也不能太高(不宜超過(guò)13)，否則會(huì)降低泥漿黏度和切力[4]。一般泥漿黏度高，攜砂能力就強(qiáng)，減少泥漿中水分流失能力就強(qiáng)，但流動(dòng)性會(huì)降低，流動(dòng)性差施加給鉆機(jī)作用力就越大。泥漿密度也影響著攜砂能力和護(hù)壁能力，一般密度大懸浮砂石能力就越強(qiáng)，泥漿作用于孔壁的壓力就越大，穩(wěn)定孔壁效果越明顯。因此在泥漿配比時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、鉆機(jī)大小、單段定向鉆長(zhǎng)度等因素，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)綜合確定。

(4)合理安排施工工序，保證拖管的連續(xù)性。在管理方面，各班組之間應(yīng)事先做好溝通，保障各工序連續(xù)性，從而減少整個(gè)拖管過(guò)程的時(shí)間。因?yàn)橥瞎軙r(shí)間耗費(fèi)越長(zhǎng)，泥漿中沙沉積越多，塌孔風(fēng)險(xiǎn)越大，拖管失敗的概率就越大?；赝锨皯?yīng)確保管頭已達(dá)到出土點(diǎn)，并擺放平順，確?！肮艿惹蹇淄戤叀倍皇恰扒蹇淄戤叺裙堋薄Ｈ羧?xì)夤艿啦捎玫氖卿摴芮乙虻乩項(xiàng)l件限制需“多接一”時(shí)需尤為注意，定向鉆班組與焊工班組、拍片單位及外防護(hù)層施工班組之間的有效銜接，一定確?，F(xiàn)場(chǎng)快速出拍片結(jié)果，焊口符合要求后立即進(jìn)行焊口防腐及外防護(hù)層施工，盡可能地減少定向鉆回拖等待時(shí)間。在焊口焊接完成后未做防腐前，可嘗試拖動(dòng)管道，防止長(zhǎng)時(shí)間未拖動(dòng)導(dǎo)致管道抱死。

3 結(jié)語(yǔ)

因燃?xì)夤艿赖奶厥庑裕谫|(zhì)量上相較于其他市政管線有更高的要求，由此需檢測(cè)項(xiàng)目更多，管道回拖時(shí)更耗時(shí)。水平定向鉆穿越砂層敷設(shè)燃?xì)夤艿溃L(fēng)險(xiǎn)相對(duì)更大，因此需重視前期勘查、技術(shù)措施運(yùn)用及管理上的控制。只有有機(jī)地將前期勘查、技術(shù)措施和管理控制綜合運(yùn)用，才能將穿越砂層敷設(shè)燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)控制在最低限度。