南水北調(diào)配套工程定向鉆施工應(yīng)急控制措施

（河南省水利第一工程局）

南水北調(diào)配套工程定向鉆施工應(yīng)急控制措施

□王宇潔（河南省水利第一工程局）

文章主要介紹了穿越南水北調(diào)總干渠定向鉆施工期間，各施工階段容易出現(xiàn)的導(dǎo)向孔與設(shè)計穿越曲線偏移、導(dǎo)向孔卡鉆、擴孔卡鉆、管線回拖受阻、鉆孔塌方、回拖過程中出現(xiàn)拖力過大，拖不動管的情況、冒漿等幾種質(zhì)量問題，并針對這些問題提出應(yīng)急控制措施。

定向鉆；施工；應(yīng)急措施；穿越總干渠；南水北調(diào)

1 前言

定向鉆敷管技術(shù)是一種現(xiàn)代非開挖敷設(shè)管道的施工新技術(shù)。隨著南水北調(diào)中線工程（總干渠）建成通水，沿線輸水、氣、油等管道不可避免需要穿越。目前定向鉆施工方式因具有不需要大面積開挖、工程造價低、保護自然環(huán)境、不受季節(jié)限制、施工周期短、受地理條件影響小、技術(shù)日益成熟等優(yōu)點被廣泛采用。同時，在施工過程中也會出現(xiàn)一些新問題。及時分析施工過程中可能出現(xiàn)的問題并采取應(yīng)急措施，并加以有效控制，對以后管道穿越南水北調(diào)應(yīng)急控制提供一定的參考。

2 工程概況

南水北調(diào)焦作供水配套工程26號分水口門向博愛縣供水工程穿越南水北調(diào)總干渠1處，采用定向鉆穿越總干渠，管道設(shè)計壓力為1.10 MPa，穿越管徑為D1000 mm，壁厚20 mm，采用直縫鋼管，等級為X70，鋼管防腐采用內(nèi)EP，外PE涂層防腐。設(shè)計管頂距離南水北調(diào)中線總干渠渠底距離15 m。穿越南水北調(diào)總干渠采用雙管定向鉆施工型式。

3 定向鉆施工期應(yīng)急控制措施

3.1 保證鉆導(dǎo)向孔的準備工作順利進行

3.1.1 測量嚴把精確放線

導(dǎo)向孔能否成功出土、有無拐點，包括實際穿越曲線是否圓滑等都會影響到回拖的成功率，所以說，精確放線必須嚴格對待，要求對管道位置、鉆機的安裝位置以及具體軸線位置等做出嚴格詳細的數(shù)據(jù)。鉆機要以設(shè)計入土角度從地表鉆進，每鉆進一根鉆桿，要確保探測兩次方向，并隨時記錄數(shù)據(jù)，隨后通過鉆孔的軌跡和書籍分析并判斷此導(dǎo)向孔能否正常使用。

3.1.2 精準測量中心線定控向磁方位角

是指通過在地表多個方位的測量，然后將這些數(shù)據(jù)進行對比分析，進而再排除由磁干擾導(dǎo)致錯誤的數(shù)據(jù)，從而確定正確可采納的磁方位角數(shù)據(jù)。

3.1.3 布置地面信標系統(tǒng)（Tru-Truckersystem）

控向系統(tǒng)的原理是：在無磁鉆挺內(nèi)的探頭中的加速度計和磁力計對影響它的磁場的磁通量、磁場強度進行采集、分析，從而計算出探頭的位置。一般的控向系統(tǒng)操作，是把地球磁場作為采集、分析的對象，由于地球磁場的微弱性、不穩(wěn)定性和易干擾性，導(dǎo)致了加速度計、磁力計采集的數(shù)據(jù)有一定的波動和誤差。因此，增加磁場強度和磁通量，可以明顯地改善加速度計、磁力計采集數(shù)據(jù)的準確性，從而提高控向的精度。

在穿越施工中，全面采用地面信標系統(tǒng)（Tru-Trucker system），即人工磁場，來改善和提高影響加速度計、磁力計的磁場強度和磁通量，從而使采集到的數(shù)據(jù)更準確。保障鉆導(dǎo)向孔的精確。

3.1.4 檢查控向儀器的精度

做好其他準備工作施工前，做好將無磁鉆挺的消磁處理，以便更好的控制精度。

3.1.5 嚴格控制實際操作

對于曲線鉆進的效果，取決于控向員的控向指令。控向指令是由預(yù)先擬定好的控向曲線和隨鉆測量的數(shù)據(jù)而定。將測量探頭裝在鉆具內(nèi)使在鉆進過程中隨時將鉆進過程的一系列數(shù)據(jù)傳遞在地面上的技術(shù)即為“隨鉆測量”。采用這種技術(shù)的優(yōu)點是可以隨時根據(jù)所傳遞的數(shù)據(jù)進行控制和調(diào)整。

穿越控向必須對曲線關(guān)時刻監(jiān)督審查，實際操作時，必須按照穿越設(shè)計區(qū)縣進行操作。若連續(xù)三根鉆桿左右偏差超過3 m，而且還有加大偏差的情況時；連續(xù)三根鉆桿高低偏差超過4 m，且有加大偏差的情況時應(yīng)立即停鉆，將鉆桿回抽，從新進展導(dǎo)孔。只有符合最初的設(shè)計曲線，才能鉆出一條對工程最符合的曲線。

鉆導(dǎo)向孔的工作是由控向員與司鉆配合完成，需要控向員密切注意鉆進的實際曲線，還要事前調(diào)查好地層的軟硬程度，做好及時調(diào)整鉆進的速度及方向。

3.2 牢記預(yù)擴孔的注意事項

導(dǎo)向孔完成后，將控向用鉆具卸下，預(yù)擴孔是在鉆頭出土以后，擴孔鉆具將鉆完的孔徑擴大為工程需要的尺寸，而且要保證擴完的孔徑無塌方及縮徑現(xiàn)象，保持良好的狀態(tài)。要注意在每級擴孔施工中認真觀察擴孔情況，若有擴孔不順暢的情況，就要進行一次洗孔。洗孔的目的也在于保證成孔的質(zhì)量。這一程序是整個工程的中間程序，根據(jù)地層差異、管徑大小等一些數(shù)據(jù)進行，預(yù)擴孔的級別也較多，為提高功效降低工程成本，最關(guān)鍵的是要選用適合地層的擴孔鉆具，并且合理組合，有終于成功完成預(yù)擴孔，增強降低扭力的效果。

司鉆操作的旋轉(zhuǎn)速度和工作鉆壓也應(yīng)符合鉆具的使用要求。在擴孔時，應(yīng)根據(jù)不同的地層進行旋轉(zhuǎn)、回應(yīng)速度等方面的調(diào)整，為保證擴孔器切屑均勻，孔速≤2 m/min，在擴孔時要做方面的及時調(diào)整，盡量避免造成泥屑堆積在孔內(nèi)。

3.3 迅速處理好擴孔卡鉆情況

在回拖前，必須做好管道卡鉆的應(yīng)急措施準備，組織一套搶險設(shè)備，應(yīng)選擇跟穿越地質(zhì)相匹配的配置，添加護壁劑，管道回拖一旦出現(xiàn)意外阻管（頂住）或卡管時，根據(jù)現(xiàn)場情況立即組織施救，進行管道回拖，為防止卡鉆我們在回拖時加軟連接能有效的預(yù)防卡鉆。施救措施采用滑輪組或是鉆機向外回拖。

3.4 保證管道回拖順利完成

用鉆具將預(yù)制完成的成品管道回拖到已經(jīng)擴好的孔徑中，即為回拖。此過程是整個穿越的最后工序及重要關(guān)鍵，縮小回拖的難度以及減小阻力是該工序的重點，一定要仔細嚴謹?shù)耐瓿伞?/p>

回拖管道前要仔細檢查各連接部位是否牢固，由于回拖管道口徑較大，管道本身也具有一定的重量，以此在地面產(chǎn)生的阻力也是極大。在此，可采用發(fā)送溝的方式貯水的方式來降低回拖管道的阻力，要注意的是，在挖發(fā)送溝時，將管道進入孔洞這一段發(fā)送溝的坡度計算好，降低管道回拖時的摩擦力，保證與孔洞的阻力最小。回拖管道時要求泥漿有較強的潤滑性，泥漿潤滑劑是其中的重要點，能使泥漿附著于防腐層的表面，降低回拖阻力，并有效保護防腐涂層安全。在這期間，要安排專業(yè)人員進行隨時監(jiān)督，保證管道回拖順利完成。

若在回拖時出現(xiàn)鉆孔坍塌的現(xiàn)象，可立即在管道尾部的夯管錘錘管道后部施加夯擊力，確保有足夠的回拖力將管道回拉。在回拖過程中，要間歇性進行夯擊，以減少管道回拉的摩擦力。如果經(jīng)過上述應(yīng)急操作無效，出現(xiàn)此種情況時，需要在管尾安裝搶險鉆機，實施向后回拖一定距離，加大泥漿排量，這就要在回拖的前后準備好補口、材料及器具。

3.5 減少工程中出現(xiàn)冒漿的情況

定向鉆冒漿的主要原因是由于孔洞坍塌或鉆頭堵塞使?jié){液不能順利上翻至地面，從而造成孔內(nèi)壓力急劇升高，形成孔隙水壓力大于上覆土層壓力形成冒漿，所以控制成孔通暢，漿液能順利返回地面是避免冒漿的關(guān)鍵。

這一點主要是在鉆導(dǎo)向孔階段，在導(dǎo)向孔未鉆通時，由于穿越泥漿是在孔中與入土點之間來回翻出，在導(dǎo)向孔的前半段，若出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，則泥漿會在穿越沿線冒出，既是冒漿的現(xiàn)象。泥漿量的減少不利于將孔中破碎的泥土帶出，會造成鉆孔的不順利，進而導(dǎo)致鉆導(dǎo)向孔這一關(guān)鍵的工序出現(xiàn)錯誤。到了鉆導(dǎo)向孔的后半段時，由于鉆孔位置與入土點距離較遠，泥漿很難再翻出返回點，因此泥漿的壓力要減小，鉆進過程中設(shè)專人觀察返漿情況，如發(fā)現(xiàn)不返漿或返漿量突然減小，要及時通知鉆機停止鉆孔，停止壓漿，及時回撤鉆桿，避免孔內(nèi)壓力增大，造成冒漿。鉆進過程中，不間斷監(jiān)測土層內(nèi)超孔隙水壓力，當(dāng)監(jiān)測值達到上覆土層自重應(yīng)力85%時，立即降低泥漿噴嘴壓力和注漿量或停止注漿，回拖鉆頭，疏通定向鉆鉆孔，使泥漿沿鉆孔順利上翻，避免孔內(nèi)壓力過大造成冒漿。

其次，就是在擴孔階段，擴孔階段由于孔洞兩側(cè)均能使?jié){液翻出，除非發(fā)生塌孔等堵塞孔洞的事故，一般不易出現(xiàn)冒漿情況。

最后就是在回拖時，由于回拖管道需要的泥漿量較大，回拖過程中成品管道與擴孔器用過旋轉(zhuǎn)接頭連接，隨著鉆桿回拖拉入擴大后的孔中，泥漿也隨著管道的回拖被擠出，在這一工序中，控制管道回拖的速度邊不易再出現(xiàn)冒漿的情況。

3.6 確保工程的完成成果

在所有工程完成后，要檢測工程的完成質(zhì)量，確保工程的安全及政策使用。需要進行一些必要的壓力試驗，此過程通常包括對拖拉管施工完畢的壓力試驗和拖拉管材連接完成后的壓力試驗。此工序?qū)φ麄€穿越工程的意義非常重大。

事實證明，定向鉆施工作為一種新型非開挖施工方法，對社會環(huán)境也帶來了一定的好處，可穿越河流及湖泊，能保護一些不可拆遷建筑物，是目前南水北調(diào)方式的最佳選擇，也是一種理想的施工方案，對定向鉆施工的熟練運作也逐漸成為當(dāng)下南水北調(diào)的重中之重。

4 結(jié)語

通過穿越南水北調(diào)總干渠定向鉆施工期可能遇到問題的分析，制定有效應(yīng)急控制措施，并加以有效控制，減少了施工時導(dǎo)向孔與設(shè)計穿越曲線偏離、導(dǎo)向孔卡鉆、擴孔卡鉆、管線回拖受阻、鉆孔塌方、冒漿等現(xiàn)象的發(fā)生，加快了施工進度，提高了施工質(zhì)量、降低了工程成本。

［1］李喬，付超云.定向鉆下穿南水北調(diào)中線工程安全影響分析及加強措施［J］.非開挖技術(shù)，2016（4）：23-24.

［2］焦春江.定向鉆穿越南水北調(diào)（張雷橋）工程施工［J］.非開挖技術(shù)，2013（4）：69-70.

［3］王偉.水平定向鉆進管道鋪設(shè)技術(shù)在南水北調(diào)配套工程中的應(yīng)用［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2014（5）：91-94.

編輯：劉長垠

TV672+9

：B

：1673-8853（2017）05-0028-02

2017-03-22