本文以某天然氣長(zhǎng)輸管道河流水平定向鉆穿越工程為例，歸納總結(jié)了該定向鉆穿越施工中的難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施，結(jié)合工程設(shè)計(jì)、施工及安全管理，提出了保證工程順利實(shí)施的建議與措施。
水平定向鉆穿越技術(shù)
水平定向鉆穿越技術(shù)是利用水平定向鉆機(jī)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的線(xiàn)路，在入土點(diǎn)和出土點(diǎn)之間，從障礙物下方鉆一條弧形導(dǎo)向孔，再經(jīng)多次擴(kuò)孔后把連接好的管線(xiàn)回拖入孔，完成管線(xiàn)敷設(shè)的施工技術(shù)。其適用的地質(zhì)條件主要有粘土、亞粘土、成孔條件好的砂層和軟巖石層等。
定向鉆穿越施工主要包括施工準(zhǔn)備、測(cè)量放線(xiàn)、鉆導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔作業(yè)、管道回拖、泥漿處理、場(chǎng)地恢復(fù)7個(gè)工藝步驟，其中鉆導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔作業(yè)和管線(xiàn)回拖是穿越施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
水平定向鉆施工程序
工程實(shí)例
工程概況
洣水河穿越位于湖南省衡陽(yáng)市境內(nèi)，是某長(zhǎng)輸管道的控制性工程之一。管道由南向北穿越，管徑為Ф1016 mm，設(shè)計(jì)壓力為10MPa，管道穿越水平長(zhǎng)度為1352.69 m，穿越工程等級(jí)為大型。
定向鉆穿越地理位置示意圖
穿越地層巖性主要為：粉質(zhì)黏土、卵石、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及中風(fēng)化花崗巖，最大巖石飽和單軸強(qiáng)度125 MPa。
軟硬交替，地層節(jié)理裂隙發(fā)育，有多條橫向裂隙且有破碎地帶，地質(zhì)條件較復(fù)雜。根據(jù)穿越的地質(zhì)情況、施工工期及主管防腐層的保護(hù)等因素，在入土點(diǎn)投入一臺(tái)600T主鉆機(jī)，出土點(diǎn)投入一臺(tái)350T輔助鉆機(jī)，采用線(xiàn)路主管與光纜管分別穿越施工的方案，管道預(yù)制采用彈性敷設(shè)方式預(yù)制，回拖時(shí)利用發(fā)送溝發(fā)送整體回拖。
施工難點(diǎn)及解決措施
在此次河流穿越施工過(guò)程中，出現(xiàn)了不少難點(diǎn)問(wèn)題，主要是受區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、施工控向、施工設(shè)備及施工工藝等因素的影響。
施工控向
在鉆導(dǎo)向孔時(shí)，通過(guò)采用PII控向軟件和地面信標(biāo)系統(tǒng)，精準(zhǔn)布置磁場(chǎng)；在擴(kuò)孔作業(yè)時(shí)，對(duì)擴(kuò)孔器加裝前后扶正器，防止長(zhǎng)距離施工過(guò)程中扭矩突變導(dǎo)致鉆桿擺動(dòng)過(guò)大等問(wèn)題，從而加強(qiáng)施工控向控制，防止穿越曲線(xiàn)偏移。
漏漿
對(duì)地層軟硬交替、存在較大裂隙導(dǎo)致施工時(shí)泥漿漏失嚴(yán)重的問(wèn)題，采取的措施有：
① 在主管導(dǎo)向前后進(jìn)行4次水泥凈漿封堵；
② 在不反漿狀態(tài)下，對(duì)主管導(dǎo)向進(jìn)行大開(kāi)挖預(yù)埋套管施工；
③ 在出土點(diǎn)的套管位置上焊接Φ1500的立管作為豎井，以降低鉆孔泥漿壓力，解決后期擴(kuò)孔施工泥漿漏失問(wèn)題及環(huán)境污染問(wèn)題。
鉆桿折斷及塌孔
對(duì)由于地層裂隙發(fā)育、軟硬交替，導(dǎo)致鉆桿受力不均發(fā)生折斷的情況，通過(guò)在入土點(diǎn)處大開(kāi)挖及下打撈母錐的方式對(duì)斷裂鉆桿進(jìn)行打撈。
施工期間，由于長(zhǎng)期降雨導(dǎo)致地下水位上漲，卵石層含水量激增，使得出土點(diǎn)套管底部出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖遇水粉化的現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)塌孔。為解決塌孔問(wèn)題，采用“套中管”方式穿越塌孔區(qū)域，并通過(guò)高壓旋噴樁的方式對(duì)塌孔區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)改良。
針對(duì)地層復(fù)雜、巖石完整程度差導(dǎo)致的成孔困難，以及施工中時(shí)有落石導(dǎo)致定向鉆回拖受阻的情況，通過(guò)以下措施解決：
① 改善泥漿性能，結(jié)合實(shí)際工程地質(zhì)條件，配備該定向鉆專(zhuān)用的膨潤(rùn)土，增加護(hù)壁能力；
② 采取返回拖的方式，重新洗孔、打撈后再施工；
③ 在管線(xiàn)回拖之前，采用擠擴(kuò)器檢測(cè)鉆孔成孔度，采用試回拖作業(yè)的方式對(duì)地層進(jìn)行驗(yàn)證。
卡鉆及鉆具受損
由于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖硬度高、地層軟硬交替，擴(kuò)孔作業(yè)時(shí)多次出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，主要通過(guò)逐級(jí)洗孔，更換大直徑巖石擴(kuò)孔器以及超級(jí)牙輪擴(kuò)孔器等施工鉆具解決。此外，由于施工區(qū)域地層破碎、巖石硬度高，導(dǎo)致鉆機(jī)及其輔助設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)、負(fù)載較大，鉆具機(jī)具磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)故障的幾率增高的，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主要機(jī)具設(shè)備一備一用，同時(shí)將易損材料配備齊全。
結(jié)論
水平定向鉆穿越施工由于施工環(huán)境條件各異及涉及的施工技術(shù)種類(lèi)多，影響施工的風(fēng)險(xiǎn)因素多，如何科學(xué)、合理地組織施工、降低施工風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于工程的順利實(shí)施十分重要。通過(guò)對(duì)上述案例的分析，現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工和安全管理3個(gè)方面出發(fā)，提出幾點(diǎn)措施和建議。
（1）工程設(shè)計(jì)時(shí)，區(qū)域地質(zhì)勘探要盡可能詳細(xì)、準(zhǔn)確，合理設(shè)置探孔；當(dāng)?shù)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜或變化較大時(shí)，應(yīng)加密布置探孔；前期合理選擇路由，盡量不要穿越山體，避免水平彎，如果避免不了，可適當(dāng)延長(zhǎng)水平彎直管段的長(zhǎng)度，以便于彈性穿越；盡量不要選擇空間受限的地段，因?yàn)榇祟?lèi)情況的不確定因素太大，容易造成回拖失敗。
（2）施工作業(yè)時(shí)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)主要施工機(jī)具、設(shè)備宜一備一用，必要時(shí)直接啟用備用設(shè)備；對(duì)于定向鉆穿越距離長(zhǎng)、管徑大、巖石硬度高的，應(yīng)在出、入土點(diǎn)各配備一臺(tái)鉆機(jī)，遇到卡鉆、鉆桿斷裂等突發(fā)情況時(shí)，可以啟動(dòng)出土點(diǎn)鉆機(jī)進(jìn)行施救。在定向鉆穿越施工時(shí)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度、泥漿壓力，在易冒漿的地段，應(yīng)減小鉆進(jìn)速度；當(dāng)泥漿壓力過(guò)大導(dǎo)致冒漿或壓力突然變得異常升高時(shí)，則抽回鉆頭，進(jìn)行洗孔后再施工。
（3）由于定向鉆施工過(guò)程中交叉作業(yè)多，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)HSE管理，提前制定好應(yīng)急預(yù)案，嚴(yán)格執(zhí)行施工技術(shù)規(guī)范及有關(guān)要求，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。同時(shí)，加強(qiáng)施工人員的安全管理。
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