第14卷02期南水北调与水利科技
South-ter North Water T ransfers and Water Science & Technology
2016年6月
Vol.14 No.02
Jun.2016
定向钻施工法在南水北调配套工程穿越河道中的应用
吴学刚
(邢台市水利工程处，河北邢台054000)
摘要：南水北调配套工程中输水管线穿越河道主要采用大开挖自锚管连接方式和非开挖定向钻施工方式。该文以
南水北调配套工程穿越某河道为实例,详细分析了定向钻施工工艺要点和质量控制措施，研究表明不同施工阶段采 用不同的泥浆配比、钻导向孔各工种人员的密切配合、回拖前导向孔及扩孔、洗孔作业的质量和时间连续性对整个 定向钻施工起着决定性作用。
关键词：定向钻;泥浆配制;钻孔；扩孔;管线回托
中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：1672 1683(2016)002 0193 03
Directional drilling construction in the South-to-North Water Diversion
Project supporting the application of the engineering across the river
W.’L Xue gang
Form a complete set of the south-north water diversion project in a water pipeline crossing the river is to use large excavation since the
anchor pipe c川inections，the second is using trenchless directional drilling construction. In this paper, through a channel to form a complete set of south to-north water transfer project as a^i example, detailed analysis of the directional drilling construction technology key points a^id quality7 control measures, research shows that different construction stages with different ratio of slurry,drill guide hole personnel closely cooperate with each job, back to before pilot hole and reaming, wash hole quality and time of the continuity of the directional drilling construction plays a decis- iv e r ol e.
Key words: directional drilling; slurry preparation; drilling; bore hole; pipeline back to J oe
Abstract:
(X ingtai water conservancy engineering
, X ingtai 054000, China)南水北调配套工程邢清干渠受水区为邢台市的11个县 市13个供水目标，从总干渠沙河赞善口门分水，全长168 7
km,共有9个分水口。管线穿越流量大的河道采用定向钻
成后，先将地锚（3 m x 2 m x 2 m)放入穿越地锚坑内利用锚 杆与钻机连接。
1.2
准备工作
勘察并测量入土点和出土点的位置，对周边地形地貌、
施工法。本文以穿越某河道工程为例，探讨定向钻施工工艺 及质量控制措施。本工程设计管线上游地面高程为 25 45 m,下游地面高程25 24 m。管道穿越下面中心高程 16 54 m,上游地面段管道中心高程为22 12 m,下游地面段 管道中心高程上游21. 78 m。穿越河道底部深度约5 m,穿 越水平段125 m。上游弯曲过渡段27 67 m,下游弯曲过渡 段28 5 6 m,穿越段设计总长185 m,入土角为151,出土角为 8b ,拖管长度200 m。
水文、气象、地质等情况进行勘察，查明地下设施并用探测器 探测地下是否有供水、供热、排水等其他管线[|-2]。用推土机 清除地面的杂物和障碍物，将低洼地带回填并压实，确保施 工设备的作业场地。所有设备进场后，首先进行系统各设备 的连接，连接好后按照程序再进行调试，调试完成后，为了检 测各系统的运行情况，先进行试钻，发现问题及时处理。[>51
2
1
施工前的准备工作
现场布置
施工设备及作业区占地面积1 500 m2(50 mx 30 m),放 置钻机与钻杆、配置泥浆等设备，现场四周安装围拦。出土 点作业场地占地面积300 m2(15 mx 20 m)。在出土点和入 土点各设置泥浆池1个。在入土点挖地锚坑1个，地锚坑完
钻机选取
钻机设备的能力按设计穿越长度计算，结合以往施工经验,
1.1
设计回拖力为计算回拖力的1.5~ 3倍[61。本工程取3倍的安 全系数,使用回拖力为150T的钻通ZT- 150钻机进行施工。
3泥浆配制
泥浆是定向穿越中的关键因素。按照施工规范要求及
收稿日期：2016\"0402 修回日期：2016\"0422作者简介：吴学刚（ 1978-),男，河北邢台人，高级工程师，主要从事水利水电工程方面的工作。E-mail:519599336@qq.com
工程技术
# 193 #
现场地质勘察情况，确定泥浆配置方案，具体包括不同地层 不同的配比、合理的混合次序，泥浆性能参数检测频率（一般 为每一个半小时检测一次)等。
3.1 泥浆配制工艺
出土侧泥浆经管线泵送至入土侧泥浆池再由泵注入泥 浆净化装置通过混合器调整泥浆流变性能后进入泥浆罐待 用，泥浆回收利用图见图1。
3.2性能指标
马氏漏斗黏度60S,表现黏度16~ 21 mPas,动塑比0 65
Pa/mPas,失水量< 11ml。
3.3 泥浆配比
高效膨润土中黏CMC+ 0 02%纯碱+ 0 02%烧碱；增 黏剂、护壁剂、润滑剂、悬浮剂、混合堵漏剂、防塌防卡剂、纤维丝。
3. 4配浆设备
两台高压泥浆泵，一台水化罐，一个加料漏斗，三个自搅
拌泥浆罐(35 m3)。第一个罐用于盛放经振动筛处理过的回 收浆，第二个是配浆罐（罐上安有除泥器），第三个是储浆罐。 回收浆罐和配浆罐各安装一个搅拌器，储浆罐安装两个搅拌 器。泥浆用量大时并不能保证充分的水化时间时可在地下 挖泥浆池提前制作泥浆。
4钻导向孔
定向钻穿越属于地下隐蔽工程，按其施工主要流程可分
为三步:其一是钻导向孔；其二是预扩孔；其三是成品管线的 回拖，施工关键是钻导向孔钻导向孔图见图2。泥浆泵组采 用350型泥浆泵组，泥浆压力大,提高钻进效率。控向系统 采用月蚀控向系统，该系统准确度高，偏差不超15 cm。
司钻手、定向手、泥浆工要紧密配合，根据仪表的读数仔 细研究每个参数,根据参数准确判断现场可能发生的各种突 发情况,制订相应的应急预案。司钻手密切观察仪表参数,• 194 •
工程技术
第14卷02期•南水北调与水利科技# 2016年6月
为了顺利完成导向孔的钻进，使钻进轨迹按照设计曲线钻 进，司钻手每钻一杆都要测量钻头，根据现场可能发生的情 况及时调整参数，定向手及时将定位仪的参数报告给司钻 手,泥浆工仔细观察泥浆的变化，以便调整泥浆配比，确保钻 导向孔一次成功^ 101。
5扩孔
5. 1
扩孔设计
铺设直径为1 2
m管道，需要9次预扩孔（分别用直径 为 0 5 m、0 7 m、0 9 m、1 m、1 1 m、1 2 m、1 3 m、1 4 m、1 5 m的扩孔器）和一次清孔（用直径为1 5 m扩孔器）扩孔
图见图3。第一次扩孔必须把钻头卸掉，在钻头的后端装上 直径为0 5
m的扩孔器，钻机的旋转力带动扩孔器扩孔，每
钻进一杆，一侧装钻杆，一侧卸钻杆，按此工序逐级更换扩孔 器直至扩孔径达到1 5 m
,最后再用1. 5
m扩孔器进行一次
清孔，以满足管道回拖的要求。扩孔时，按照不同地质情况 注入不同配比的泥浆。
图3
扩孔
5. 2扩孔质量控制措施 5.2.1
各工种密切配合
在扩孔工作中，司钻工和泥浆工要密切配合，观察仪表 参数的变化，及时调整钻进参数和泥浆配比，确保扩孔成功。
5.2.2掌握扩孔速度
如果扩孔速度太快，钻头带动的大块土屑掉下来，导致 孔内碎渣多，可以采用高足量泥浆减慢速度，使孔内泥浆达 到固壁的要求。
5.2.3调整泥浆压力和流量
如果扩孔不是直线时，根据现场情况及时改变泥浆压力 和流量，调整钻杆快速旋转拔到机尾部，然后再快速旋转到 机头位置，重复若干次，可减小托管时钻机的压力。
5.2.4 清孔
扩孔工序完成以后，改用与扩孔直径的相同的挤压式回 扩头与钻杆、分动器相连接，采用高压泥浆清孔，相同直径的 按照此法循环扩孔，使得清孔更加有效，保证按照预定轨迹 钻进。
5.2.5探孔
清孔工序完成后，使用同直径的回扩头连接分动器与同 直径的被托管道，并配以高压泥浆进行探孔。
6管线回拖
6.1
总体施工方法
当扩孔清孔完成后，用吊具配合安装扩孔器、万向旋转
吴学刚•定向钻施工法在南水北调配套工程穿越河道中的应用接头、、U’型环，并将51 300 mm的扩孔器与51 200 mm的
PE管用分动器连接牢固，技术人员检查无误后，控制好管线
中心位置,采用吊车与钻机配合的方法，将已焊接完成的PE 管道拖入己成形的轨迹孔洞，完成全部管线回拖任务，管线 回托示意图见图4。
6.2
质量控制措施
拖管前在出土点处采用机械和人工相结合的方法开挖
发送沟，开挖发送沟避免弯曲，放坡角度与管道出土点角度 保持一致,确保管线的曲率半径，保证管线以预定角度进入 孔中。发送沟开挖完成后，要仔细检查发送沟内是否有塌 方,沟底是否平整，发送沟内不得有石块、树根和其他坚硬 物。管道下沟后，向管沟内注入清水，使管线浮起，检查测量 发送沟内水的深度，以确保管道底部与沟底接触摩擦而划伤 防腐层。开挖的入孔槽深度和长度要满足管道入洞时的曲 率半径要求，入孔槽深度不小于2 m,以保证管线顺利进入 扩好的空洞中，并能防止划伤防腐层。在出土点一侧，管道 入孔前与地表面接触部分，表层土内不能夹有石块、硬物等， 避免管道入孔时划伤防腐层。回拖管线前必须认真检查各 个设备的连接情况,确保连接完好、焊接牢固,才能保证拖管 顺利完成叩,41。
7防跑浆、漏浆措施
在定向钻穿越施工中，泥浆是定向钻穿越的关键因素，它
既可以润滑钻头钻具，又可携砂、护壁，防止卡钻、塌孔。但是 在定向钻施工过程中，由于穿越点地质条件的不同、泥浆配比 的不同以及钻进技术参数选用的不同,常常发生泥浆的跑、 冒、漏的现象，既污染了环境，增大了施工成本,也影响了定向 钻技术的应用和施工的顺利进行，因此必须重视对泥浆跑、 冒、漏现象的控制。根据冒浆机理和冒浆的临界状态，向泥浆 中添加环保型添加剂(如增黏剂）和堵漏剂，改变泥浆的流变 性，使泥浆的流变参数达到防止冒浆和有效携带钻屑的需要。 在不同的钻进阶段，采用不同的泥浆排量和采取不同的钻进
施工技术，避免钻进过程中出现跑、漏、冒浆现象[|4_151。
8结语
做为定向钻施工的最后一道工序，回拖管道的成败直接
决定着整个定向钻工程的成败。因此在回拖前作业如导向 孔作业及扩孔、洗孔作业的质量和时间连续性尤为重要。本 文以具体工程为实例，详细分析了定向钻施工工艺流程、各 个工序的相互衔接的注意问题、各个工种紧密配合的重要性 以及各个工序的质量控制措施等技术问题和施工经验，对其 他类似工程具有一定的借鉴作用。
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