長(zhǎng)輸管道定向鉆施工中冒漿產(chǎn)生的原因及對(duì)策

毛衛(wèi)衛(wèi)

（山東萊克工程設(shè)計(jì)有限公司，山東東營(yíng) 257000）

湖海運(yùn)河穿越位于廣西壯族自治區(qū)北海市合浦縣，穿越長(zhǎng)度約1 200m，方向大致由東向西，穿越區(qū)域?qū)倨皆孛?，平壩地形，地形平緩開(kāi)闊，定向鉆穿越冒漿地點(diǎn)位于河流中間，此河流作為重要的生活和工業(yè)用水水源工程，發(fā)生冒漿情況后，定向鉆施工隊(duì)伍立刻停止施工，并組織業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)分析原因，并邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名專家。

1 定向鉆穿越地質(zhì)及穿越層位

1.1 地質(zhì)條件

穿越區(qū)域?qū)倨皆孛?，平壩地形，地形平緩開(kāi)闊，起伏不大。擬穿越段位于湖海運(yùn)河緩彎處，運(yùn)河寬約45m，呈對(duì)稱的“U”型，水面寬約30m，水深約2.5m，調(diào)查河內(nèi)質(zhì)為粉質(zhì)黏土夾細(xì)～礫砂，湖海運(yùn)河為人工運(yùn)河，河道受到擾動(dòng)較小，且長(zhǎng)期受到良好的保養(yǎng)維護(hù)，河床穩(wěn)定性總體較好。穿越段總體地勢(shì)東部略高，西部稍低，東側(cè)最高50.96m，西側(cè)最高49.60m，兩側(cè)大堤坡角約40°，大堤下部為砼結(jié)構(gòu)護(hù)壁，上部為土質(zhì)岸坡。東側(cè)大堤高出水面約3.4m；西側(cè)岸坡為水泥公路，高出水面約3.6m。擬穿越中軸線與蘭海高速并行，距蘭海高速公路與跨河大橋25～30m。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)地在勘察深度范圍內(nèi)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4pd）耕植土、含黏性土細(xì)砂；第四系殘積層（Q4el）粉質(zhì)黏土夾砂、含黏性土粗砂、含黏性土礫砂；下伏基巖為加里東旋回期（γ3）風(fēng)化花崗巖。穿越場(chǎng)地下伏基巖為花崗巖，風(fēng)化巖中可能存在差異風(fēng)化現(xiàn)象，表現(xiàn)為全～強(qiáng)風(fēng)化巖層中存在中等風(fēng)化花崗巖風(fēng)化球。

1.2 穿越層位

定向鉆設(shè)計(jì)的出、入土角根據(jù)穿越地形、地質(zhì)條件和穿越管徑的大小確定，管線定向鉆入土角定為10°，出土角定為5°，穿越管段的曲率半徑為1 500D（D=813mm）。管道中心軸線從入土到出土穿越地層依次為：在湖海運(yùn)河西側(cè)入土斜穿植耕土、含黏性土細(xì)砂、粉質(zhì)黏土夾砂、含黏性土粗砂、含黏性土礫砂到達(dá)河床底部水平段；含黏性土礫砂中水平穿越，中間穿越全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖；開(kāi)始在含黏性土礫砂中上揚(yáng)，經(jīng)植耕土在湖海運(yùn)河?xùn)|側(cè)出土。管線穿越軸線最深處管底標(biāo)高16.6m，距離湖海運(yùn)河河底最小埋深23.7m。

1.3 泥漿壓力

穿越管徑為φ813×17.5，根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50423-2013的相關(guān)規(guī)定，穿越管段回拖在擴(kuò)孔回拖時(shí)，應(yīng)核算空管在泥漿壓力作用下的徑向屈曲失穩(wěn)。按下列公式進(jìn)行核算：

式中：

ps為泥漿壓力，可按可按1.5倍泥漿靜壓力或回托施工時(shí)的實(shí)際動(dòng)壓力選取（MPa）；

δs為鋼管屈服強(qiáng)度（MPa）；

Fd為穿越管段設(shè)計(jì)系數(shù)，地區(qū)等級(jí)為二類，按0.6選取；

pyp為穿越管段所能承受的極限外壓力（MPa）；

pcr為鋼管彈性變形臨界壓力（MPa）；Es為鋼管彈性模量；

δ為鋼管壁厚（mm）；

Ds為鋼管外徑（mm）；

武漢本地房地產(chǎn)行業(yè)某分析人士表示，泛海CBD的建設(shè)進(jìn)程一直很緩慢，以居住區(qū)功能為主，前三年政府一直敦促泛海，要求加快建設(shè)進(jìn)程。

μ為泊桑比，0.3

f0為鋼管橢圓度（%）。

經(jīng)計(jì)算，φ813×17.5鋼管Pyp=3.369MPa，

因此穿越管段在擴(kuò)孔回拖時(shí)，泥漿壓力取不大于2.02MPa時(shí)能夠滿足徑向屈曲要求。

2 穿越導(dǎo)向記錄

定向鉆穿越工程于2014年7月2日下午14點(diǎn)完成設(shè)備調(diào)試，并開(kāi)始鉆進(jìn)，入土端400m地質(zhì)情況為含黏性土粗砂、礫砂、粉質(zhì)黏土夾砂層，鉆進(jìn)速度較快，當(dāng)天鉆進(jìn)210m，單桿鉆進(jìn)時(shí)間平均為10min左右。7月3日當(dāng)天鉆進(jìn)280m，累計(jì)鉆進(jìn)490m。從43根鉆桿開(kāi)始進(jìn)入巖石區(qū)域，每根鉆桿鉆進(jìn)時(shí)間30～40min。7月4日鉆進(jìn)區(qū)域?yàn)閹r石層，當(dāng)天鉆進(jìn)90m，累計(jì)鉆進(jìn)580m。7月5日當(dāng)天鉆進(jìn)70m，累計(jì)鉆進(jìn)650m，每根鉆桿鉆進(jìn)有效時(shí)間大約要2h。7月6日當(dāng)天鉆進(jìn)80m，累計(jì)鉆進(jìn)730m。7月7日當(dāng)天鉆進(jìn)60m，累計(jì)鉆進(jìn)790m。7月8日當(dāng)天鉆進(jìn)50m，累計(jì)鉆進(jìn)840m。7月9日當(dāng)天鉆進(jìn)60m，累計(jì)鉆進(jìn)900m。7月9日下午17點(diǎn)，入土點(diǎn)返漿池內(nèi)停止返漿，對(duì)穿越路由進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，見(jiàn)河水變渾，判斷冒漿點(diǎn)在河流下發(fā)，冒漿點(diǎn)位于第85根鉆桿處。

3 分析造成冒漿原因

1）泥漿配比：泥漿是定向鉆穿越必備的潤(rùn)滑劑，合理選擇泥漿配比和壓力，可以保證孔壁不塌方，保持泥漿的飽和度、減小摩擦。在滿足定向鉆施工要求的前提下，泥漿越稠，泥漿顆粒與顆粒之間就不會(huì)有足夠多的自由水，此時(shí)的泥漿實(shí)際上是一種可塑和流動(dòng)狀態(tài)的混合體，冒漿時(shí)，該混合體從定向鉆孔上面的土體顆粒間隙中通過(guò)，如果泥漿比較稠，它通過(guò)上面土體的顆粒間隙時(shí)就會(huì)受到阻礙和約束，從而起到阻止冒漿的作用。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，光纜穿越已經(jīng)順利完成，冒漿位置與光纜孔距離約20m，與主管導(dǎo)向孔距離約30m，光纜在穿越時(shí)，并未出現(xiàn)冒漿情況，且定向鉆施工隊(duì)伍施工經(jīng)驗(yàn)比較豐富。經(jīng)過(guò)對(duì)泥漿配比和壓力計(jì)算分析，泥漿不合格造成冒漿的可能性比較小，將原因分析側(cè)重點(diǎn)偏向冒漿處的地質(zhì)情況。

2）地質(zhì)情況：依據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙及地勘資料，從入土點(diǎn)到235m為耕植土、粉質(zhì)黏土夾砂、含黏性土粗砂；235～345m為含黏性土礫砂；345～525m為全風(fēng)化花崗巖；525～654m為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，到708m處出全風(fēng)化花崗巖；從708m到出土點(diǎn)均為含黏性土礫砂。但在實(shí)際的施工中，光纜管導(dǎo)向孔穿越得知，大約到1 050m才能出巖石層?？辈焯娇譠K2-ZK7均為含黏性土礫砂，但在實(shí)際導(dǎo)向過(guò)程中，地層結(jié)構(gòu)與ZK7-ZK9的巖層相同，穿越單根鉆桿鉆進(jìn)時(shí)間基本相同。

冒漿位置位于探孔ZK5與ZK6之間，且在高架橋橋墩周圍。根據(jù)光纜管導(dǎo)向數(shù)據(jù)可知，該處為巖石層，高架橋在修建時(shí)，也可能對(duì)該處地層造成破壞。因此，推斷冒漿原因是巖石層成孔或存在斷層縫隙。

4 定向鉆冒漿解決方式

針對(duì)定向鉆冒漿產(chǎn)生的原因，采取以下解決方式：

1）若主管道定向鉆穿越過(guò)程中發(fā)生冒漿，而光纜穿越未發(fā)生冒漿，根據(jù)光纜穿越成功的實(shí)際施工情況、數(shù)據(jù)記錄，與施工圖紙對(duì)比，確定實(shí)際地質(zhì)情況，并對(duì)主管穿越曲線進(jìn)行穿越深度調(diào)整（上方或下方3～5m，優(yōu)先選擇原管線曲線上方），避開(kāi)冒漿點(diǎn)，并重新編制施工組織方案。

2）在鉆進(jìn)時(shí)適當(dāng)提高泥漿黏度，堵漏時(shí)建議泥漿中添加稻麩，泥漿黏度不小于120s，起到堵漏作用。

3）確定冒漿點(diǎn)后，定向鉆分別從兩側(cè)向冒漿點(diǎn)施工，將冒漿位置避開(kāi)。

4）調(diào)整穿越方式，若經(jīng)過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況后，地質(zhì)情況不滿足定向鉆施工，需重新選取施工方式。

5 結(jié)論

通過(guò)分析定向鉆冒漿案例可知，發(fā)生冒漿的主要原因出現(xiàn)在對(duì)穿越區(qū)域地層地質(zhì)情況掌握不夠，選擇穿越層位不合適。所以，定向鉆穿越單體地質(zhì)勘察時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加密鉆探孔，編制準(zhǔn)確的地勘資料，確保定向鉆穿越設(shè)計(jì)選擇合適的層位，避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)地質(zhì)情況與地勘資料不符的情況。

定向鉆穿越在長(zhǎng)輸管道穿越中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，要保證定向鉆穿越不發(fā)生冒漿現(xiàn)象，還需要設(shè)計(jì)、施工等有關(guān)單位加強(qiáng)協(xié)作與溝通，共同總結(jié)管道工程定向鉆穿越設(shè)計(jì)、施工積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)，并加以分析研究，吸取教訓(xùn)，提高定向鉆穿越的設(shè)計(jì)水平和施工水平，加快施工進(jìn)度，降低施工成本。