定向穿越在燃?xì)馐┕ぶ械馁|(zhì)量控制

譚保文

開平建安集團(tuán)有限公司 廣東 開平 529300

【摘 要】本文主要針對定向穿越在燃?xì)馐┕ぶ械馁|(zhì)量控制展開了探討，介紹了定向鉆技術(shù)的優(yōu)勢，給出了一系列相應(yīng)的質(zhì)量管理及控制措施，并為定向鉆施工管道的定位作了分析，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】定向鉆施工；質(zhì)量控制；措施

1 概述

定向鉆施工方法相對于傳統(tǒng)的開挖施工技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，它有著不污染環(huán)境、不影響交通、建設(shè)周期短、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，在如今的燃?xì)夤艿朗┕ぶ杏兄鴱V泛的應(yīng)用。但是由于定向鉆施工屬于地下工程，我們需要采取有效的管理及控制措施做好對施工質(zhì)量的把握。基于此，本文就定向穿越在燃?xì)馐┕ぶ械馁|(zhì)量控制進(jìn)行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

2 定向鉆技術(shù)的優(yōu)勢

（1）對地面干擾小。施工時不影響交通，不破壞環(huán)境（綠地、樹木），不干擾工廠、商店、醫(yī)院、學(xué)校和居民的正常生活與工作秩序。

（2）施工速度快。由于輔助工程（如支護(hù)、回填等）少，施工速度大大提高。

（3）碳排放量少。由于施工時地面交通擁堵少，施工時間短，而且減少了渣土和回填土的運(yùn)輸量，使碳排放量大大減少。加拿大滑鐵盧大學(xué)的研究表明：定向鉆施工的碳排放量僅為開挖施工的2%～10%。

3 定向鉆施工質(zhì)量管理及控制措施

3.1 市政管道的前期勘探

隨著城市的發(fā)展，各類市政管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，且一些年代較遠(yuǎn)的市政管道地上標(biāo)志樁往往都早已丟失或模糊不清，一般淺埋管道通過打開井蓋或儀器掃描可以查探清楚，而一些深度較大的頂管管道，現(xiàn)有條件無法查探，這樣就會給我們定向鉆施工留下較大的安全隱患。設(shè)計單位在設(shè)計施工平面圖時應(yīng)盡可能地把施工區(qū)域的市政管道在圖紙上詳細(xì)標(biāo)明，以便施工時能起到參照作用，將安全隱患降到最小。

3.2 特殊地形做前期地質(zhì)勘探

項(xiàng)目所在地屬于多種地質(zhì)形態(tài)地區(qū)，山體、河流較多，燃?xì)夤艿蓝ㄏ蜚@施工時往往要穿越河流、道路，甚至山體。一般遇到這種情況，現(xiàn)階段都是先試鉆，以鉆頭的觸感來大概判斷地下土層土質(zhì)。若遇到風(fēng)化巖層，往往要變換地點(diǎn)，花費(fèi)很大的人力物力進(jìn)行試鉆，才能尋找出理想的穿越路徑。在遇到山體、河流等地形時，先做地質(zhì)勘探，根據(jù)勘探報告進(jìn)行穿越軌跡的設(shè)計施工。

3.3 施工準(zhǔn)備階段質(zhì)量保證措施

認(rèn)真做好勘測、復(fù)測工作，掌握地層地質(zhì)情況。在未查明地下管道前，不得開工。如有不明管道，需聯(lián)系管道所有方到場指明確認(rèn)后方可開工。做好鉆機(jī)設(shè)備機(jī)具的檢查工作，保證設(shè)備和機(jī)具良好的工作性能。嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工，準(zhǔn)確測出鉆機(jī)導(dǎo)向孔的入土點(diǎn)和出土點(diǎn)的位置，碰到鉆機(jī)放置機(jī)位不足或其他管道位置影響等客觀因素時，需征得設(shè)計方同意后才能進(jìn)行變更。認(rèn)真細(xì)致地做好導(dǎo)向孔路線及深度設(shè)計工作，把握好關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全性。做好泥漿的配制與使用工作，嚴(yán)格按比例調(diào)配泥漿。

3.4 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)的質(zhì)量保證措施

鉆機(jī)安裝在入土點(diǎn)一側(cè)，從入土點(diǎn)開始，沿著設(shè)計好的線路，鉆一條從入土點(diǎn)到出土點(diǎn)的曲線，作為擴(kuò)孔和回拖管道的引導(dǎo)曲線。導(dǎo)向孔是施工的關(guān)鍵工序，直接影響穿越的曲線及回拖成功與否。遇到軟地層時不得加快鉆進(jìn)速度，遇到硬地質(zhì)時不得強(qiáng)制鉆進(jìn)，否則容易造成鉆桿彎曲和鉆頭損壞。定向鉆導(dǎo)向系統(tǒng)的作用是測量導(dǎo)向鉆頭在導(dǎo)向孔中所處的位置，把測量結(jié)果通過無線信號傳輸?shù)降孛鎯x器，以三維坐標(biāo)值顯示出來，操作人員根據(jù)數(shù)據(jù)判斷鉆頭所處位置及深度，從而進(jìn)行下一步操作。在穿越過程中，應(yīng)密切關(guān)注鉆頭傾斜角度、鉆頭深度，保證與設(shè)計軌跡偏差不超標(biāo)?？紤]到不均勻介質(zhì)中鉆進(jìn)所引起的鉆頭偏離軌道、鉆桿變形等因素，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)方向，鉆進(jìn)過程中應(yīng)根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)及時修正鉆進(jìn)方向，避免產(chǎn)生較大誤差，水平方向偏差不能大于0.3m，垂直傾斜角度隨鉆進(jìn)深度調(diào)整。要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板，待鉆頭中流出水后，開動泥漿泵對準(zhǔn)入土點(diǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)切削地層，不斷前進(jìn)。每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實(shí)際位置，以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求。為保證施工過程的資料真實(shí)有效，導(dǎo)向數(shù)據(jù)要在第一時間（鉆一根鉆桿標(biāo)記一次）完成，不要等到竣工時才整理數(shù)據(jù)資料，要在地面上的導(dǎo)向標(biāo)記還未清除時，在對應(yīng)的位置埋設(shè)標(biāo)志樁。

3.5 擴(kuò)孔和回拖管道質(zhì)量保證措施

（1）擴(kuò)孔階段

擴(kuò)孔施工中，如果遇到巖石含量太大，可能難以成孔，可以加注足夠濃度的泥漿，盡量讓上面的小粒石不下沉，充填塊石之間的間隙以增加塊石的穩(wěn)定性。根據(jù)地質(zhì)情況合理確定擴(kuò)孔器水嘴的數(shù)量和直徑，邊擴(kuò)孔邊打入泥漿，視旋轉(zhuǎn)壓力及回拉壓力逐漸加大擴(kuò)孔級別，保證泥漿的壓力和流速，從而提高攜帶能力，減少卡鉆。經(jīng)過鉆機(jī)多次擴(kuò)孔，最終成孔直徑一般為管道直徑的1.5倍，因此不會損傷管壁。

（2）回拖管道

導(dǎo)向孔經(jīng)過擴(kuò)孔，達(dá)到了回拖要求之后，將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管道依次連接好，從出土點(diǎn)開始，將管道回拖至入土點(diǎn)為止。由于擴(kuò)好的孔中充滿泥漿，因此管道在擴(kuò)好的孔中處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣既減小了回拖阻力，又保護(hù)了管壁。在回拖時進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成阻力增大。管道回拖前要仔細(xì)檢查各連接部位的牢固性。

管道回拖采用工作坑的方式進(jìn)行。在挖工作坑時，計算好管道進(jìn)入孔洞的這一段工作坑的坡度，確保工作坑與穿越孔洞的圓滑平緩。在回拖作業(yè)時，增加高潤滑泥漿，使高潤滑泥漿像薄膜一樣附著于管壁?；赝锨昂螅附雍玫墓懿南路綉?yīng)墊上管架，減少與地面的摩擦阻力，避免與地面接觸而劃傷管壁。

3.6 導(dǎo)向鉆頭的選擇

在選擇導(dǎo)向鉆頭前，必須先了解周邊地層的地質(zhì)情況，很多單位在小型定向鉆施工敷管前都不進(jìn)行地質(zhì)鉆探，只能參考長期在這一地區(qū)積累的資料。當(dāng)了解這一地段是以軟地層為主，那么就采用導(dǎo)向板面積較大的導(dǎo)向鉆頭，以利于控制導(dǎo)向方向；當(dāng)了解施工段以砂、卵石及硬質(zhì)地層為主，應(yīng)采用導(dǎo)向板面積較小的導(dǎo)向鉆頭，使其順利通過硬質(zhì)地層、砂、卵石層。

3.7 開機(jī)操作的技巧

當(dāng)導(dǎo)向鉆頭穿越砂、卵石層及硬質(zhì)地層，需改變軌跡方向時，如果強(qiáng)制頂進(jìn)，就會產(chǎn)生鉆桿彎曲、導(dǎo)向鉆頭出水口堵塞等情況。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)采用邊頂進(jìn)帶回轉(zhuǎn)的操作方法，例如想將方向朝上，那么操作人員就應(yīng)將給進(jìn)頂力控制在鉆桿將要彎曲時，另一手控制回轉(zhuǎn)手把，使導(dǎo)向鉆頭方位在左右30°之間，使導(dǎo)向鉆頭在這區(qū)間左右轉(zhuǎn)動，使其緩慢鉆進(jìn)，效果很好。這種方法一定要注意泥漿的配制，特別是砂、卵石難成孔，應(yīng)配置較大密度泥漿以保護(hù)孔壁。硬質(zhì)土層孔壁與導(dǎo)向鉆頭外徑間隙較小，需及時把巖屑排出孔外，防止導(dǎo)向鉆頭、鉆桿抱死。

3.8 管道的定位和標(biāo)志樁的埋設(shè)

一般定向鉆施工時，導(dǎo)向階段的導(dǎo)向軌跡也就是最后燃?xì)夤艿赖穆裨O(shè)軌跡，導(dǎo)向軌跡大概呈拋物線狀，有時為避開多個障礙物，還以S形存在。此時標(biāo)志樁的及時埋設(shè)和施工記錄的及時整理就顯得尤為重要，時間一長具體位置容易遺忘。定向鉆施工時，應(yīng)在現(xiàn)場第一時間準(zhǔn)確做好施工記錄，在導(dǎo)向軌跡完成的同時立即埋設(shè)標(biāo)志樁。

3.9 擴(kuò)孔中問題及措施

（1）縮徑

軟土層擴(kuò)孔容易產(chǎn)生縮徑現(xiàn)象，導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿壓力過大，卸鉆桿時孔內(nèi)泥漿通過鉆桿噴出。此時，擴(kuò)孔鉆頭回拉艱難，機(jī)械負(fù)荷變大，操作不當(dāng)時可能產(chǎn)生抱鉆事故。此時司鉆手操作時應(yīng)輕拉慢轉(zhuǎn)，緊盯儀器表盤，根據(jù)情況操作。泥漿員選用固相泥漿護(hù)壁，使孔內(nèi)壓力平衡，保持成孔。

既要防止欠壓造成孔內(nèi)壓力不足而縮徑，又要防止失水造成的地層軟化縮徑，泥屑無法正常排出?？變?nèi)泥漿的壓力應(yīng)該控制在與孔深處的地應(yīng)力相對平衡的值?？陀^上講，這是很難做到的。但是通過合理設(shè)計和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕げ僮?，盡量使不平衡程度減小。泥漿的靜壓力主要是通過調(diào)整泥漿密度來控制。一般應(yīng)略小于平衡地壓力所需的密度，以備再疊加循環(huán)動壓力，工作坑是維持壓力平衡所必需的，用來保持孔內(nèi)泥漿具有一定的基本靜水頭。

（2）坍孔

沙質(zhì)粘土層、沙層、松散回填土層擴(kuò)孔易坍孔、抱鉆、卡鉆，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)路面裂縫下陷。選用固相泥漿、重膠質(zhì)固相泥漿護(hù)壁，可有效地防止坍孔。如果在塊石堆積處坍孔，只有將塊石清除后方可繼續(xù)擴(kuò)孔。此時司鉆手操作方法是：輕拉慢轉(zhuǎn)，密切關(guān)注儀器表盤，待擴(kuò)孔通過坍孔處時，擴(kuò)孔鉆頭向后拉，直至鉆機(jī)達(dá)到正常扭矩，如發(fā)現(xiàn)石頭在鉆頭后部，可將鉆頭拉向尾部工作坑取出石頭。

采用強(qiáng)降失水泥漿體系是控制坍孔、縮徑的關(guān)鍵。首先選用優(yōu)質(zhì)配漿粘土，可交換的陽離子數(shù)目多，水分子易進(jìn)入晶胞之間，粘土易水化膨脹，分散性好，故“活性大”，包被的水化膜多，是優(yōu)質(zhì)的降失水造漿粘土。此外，還可以加適量的降失水劑，如納甲基纖維素、水解聚丙烯腈（HPAN）、植物膠等。

（3）泥漿漏失和不返漿

在松散的回填土層、地下水位較低、沙質(zhì)粘土層、沙層、河床底的軟土層擴(kuò)孔，泥漿不從孔口返出，而是從孔內(nèi)漏失至土壤。此時司鉆手要適當(dāng)控制泥漿泵的壓力，泥漿員就要增大泥漿濃度和粘度，在孔壁上形成泥皮阻漏，有效地防止泥漿漏失。在穿越河流時，泥漿漏失嚴(yán)重時可在泥漿中加水泥或粉煤灰來控制漏失。

在擴(kuò)孔或回拖敷管時，常見泥漿從孔內(nèi)滲出地面。泥漿滲出的原因，一是擴(kuò)孔、敷管中殘留泥漿過多，阻塞鉆孔，泥漿無法從孔口返出，泥漿在孔內(nèi)形成高壓而從地面滲出；二是地層松散，給泥漿留出通道，泥漿順其通道滲出地面。此時，立刻開挖引溝將泥漿引出，然后組織泥漿車抽走。

一般情況下，泥漿從地面滲出對敷設(shè)管道影響不大，但是在一些特定的環(huán)境下要控制泥漿滲出。如：泥漿不可從居民房中滲出，不可從鬧市區(qū)滲出，不可從養(yǎng)魚、蝦池中滲出。防止?jié)B出泥漿的措施，一是增加鉆孔深度；二是改變擴(kuò)孔鉆頭結(jié)構(gòu)，采用葉片式、溜槽式鉆頭，盡可能將泥屑攪成泥漿；三是司鉆手、泥漿員要根據(jù)地層情況，控制好泥漿的濃度、粘度、流量，以便增加泥漿的護(hù)壁性，使鉆孔形成完整通道，泥漿暢通無阻地從孔口返出。

3.10 對抱管的防范措施

提高泥漿潤滑性，作為降低抱管引起的拉管摩擦阻力增大的輔助措施。提高泥漿的潤滑性是定向鉆敷管的重要技術(shù)，當(dāng)抱管應(yīng)力一定時，要減小管道與孔壁之間的摩擦阻力，主要是降低二者接觸面的摩擦系數(shù)?？稍谀酀{中加適量聚丙烯胺，既可提粘、降失水，又具潤滑性。工地現(xiàn)場也用洗衣粉當(dāng)潤滑劑，還可分解巖泥屑顆粒。總之，完整、干凈、潤滑的孔壁是成功拉管的關(guān)鍵。

3.11 操作程序及管理措施

由于壓力失衡和失水造成的縮徑、坍孔程度是隨時間增加而遞增的，因此，定向鉆敷管應(yīng)該以快速、緊湊、連續(xù)完成施工為原則，盡量搶在地層蠕變、泥屑沉淀、泥漿失水而引起坍孔、縮徑、抱管風(fēng)險明顯增大之前敷設(shè)完管道。優(yōu)化現(xiàn)場操作程序，做好各工序的高效銜接是非常重要的。司鉆手操作時要控制拉、推速度，避免過快造成孔壁破壞。為此，施工前還應(yīng)做好備件、維修準(zhǔn)備工作，一旦在用設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)盡可能短時間內(nèi)修復(fù)。選用優(yōu)質(zhì)的管材，特別注意其抗拉強(qiáng)度。

3.12 拖管時防止隨管導(dǎo)線斷裂

近幾年燃?xì)夤艿蓝ㄏ蜚@拖管都按規(guī)定隨管拖入電纜線，電纜線主要為以后確定管道位置提供信號。在土層條件好、施工距離短的情況下，電纜線可以隨管拖出。但是在遇到土層條件差（如砂層、回填層、巖石層）的情況時，電纜線一般會斷裂在孔洞中，這樣不僅造成了浪費(fèi)，更重要的是導(dǎo)致以后燃?xì)夤艿罒o法探測。遇到特殊地質(zhì)情況時，應(yīng)采用套管保護(hù)電纜線的方式進(jìn)行拖管。

4 對定向鉆施工管道的定位

針對地下管道的探測問題，可以在施工時采取埋設(shè)金屬示蹤線的措施解決。通過在地下管道位置進(jìn)行埋設(shè)，或者最好在所使用的塑料管材制造過程中，直接在管道上固化附加金屬線，這樣也能避免這些金屬示蹤線輕易扯斷。這樣，就可以將非金屬材質(zhì)的地下管道映射為具有金屬材質(zhì)性質(zhì)（導(dǎo)電、導(dǎo)磁等）的線路。探測時，在線路兩端建立信號源，對線路進(jìn)行通電，利用這些金屬材質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異作為主要物性，以電磁感應(yīng)理論為指導(dǎo)，對其電磁場變化規(guī)律進(jìn)行觀測和研究，據(jù)此尋找地下非金屬管道。也可以利用地下管道與周圍環(huán)境的不同物理性質(zhì)對其進(jìn)行檢測。

5 結(jié)語

綜上所述，為了保障燃?xì)夤艿朗┕さ捻樌岣吖艿赖氖┕さ男屎唾|(zhì)量，在應(yīng)用定向鉆技術(shù)的同時，我們還需要認(rèn)真掌握相應(yīng)的質(zhì)量管理及控制措施，保障定向鉆的施工質(zhì)量，從而為燃?xì)夤艿赖恼w工程帶來幫助。

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