煤气与热力 ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１５ ｉ发展・ 管道定向钻施工质量控制措施 刘建辉， 王浩 市燃气集团股份有限公司宝安管道气分公司，广东深圳５１８１０１） ；定向钻技术的发展现状和优势，分析燃气管道定向钻施工的质量管理及控制措 ．管道的定位。 ７钻施工； 质量控制； 定位； 泥浆； 导向； 扩孔 ＦＵ９９６．７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００—４４１６（２０１５）０８—０Ｂ２７—０４ 当开槽埋管施工的技术经济性较差，或者影响周围 建（构）筑物、穿越铁路、高速公路及河流时，则应该 考虑选择定向钻敷管的施工方法。作为一种极为重 要的敷设管道的工程手段，定向钻技术在国外已广 泛使用，在国内也逐渐普及。无论在理论上，还是在 施工工艺方面，定向钻技术都有了突飞猛进的发 展 。本文主要针对中、低压燃气管道施工中采 用ＰＥ管道为材料的定向钻施工技术中的相关问题 进行探讨。 ２定向钻技术的优势 ①；７一 ），男，江西南昌人，高级 ｅ施工及技术管理工作。 对地面干扰小。施工时不影响交通，不破 坏环境（绿地、树木），不干扰工厂、商店、医院、学 校和居民的正常生活与工作秩序。 ②施工速度快。由于辅助工程（如支护、回 碳排放量少。由于施工时地面交通拥堵 ｝多设施不能满足发展的需 填等）少，施工速度大大提高。 ③少，施工时间短，而且减少了渣土和回填土的运输 电力和通信管线的敷设和维 街道路面“开膛剖肚”，从而 基础设施、环境污染等一系 量，使碳排放量大大减少。加拿大滑铁卢大学的研 究表明：定向钻施工的碳排放量仅为开挖施工的 ２％～１０％。 术就是在不开挖（或者少开 女设、探测、维修和更新各种 施工中的难题¨Ｊ。 ３定向钻施工质量管理及控制措施 ３．１ 市政管道的前期勘探 随着城市的发展，各类市政管网错综复杂，且一 发方式是工程建设技术水平 Ｊ标志之一，也是社会文明进 道敷设方式主要有两大类， 是非开挖如定向钻敷管。 些年代较远的市政管道地上标志桩往往都早已丢失 或模糊不清，一般浅埋管道通过打开井盖或仪器扫 ７；修回日期：２０１５—０４—１６ ・Ｂ ２７・ 第３５卷第８期 煤气与热力 描可以查探清楚，而一些深度较大的顶管管道，现有 ０．３ ｍ，垂直倾斜角度随钻进深度调整。要根据穿越 条件无法查探，这样就会给我们定向钻施工留下较 大的安全隐患。设计单位在设计施工平面图时应尽 可能地把施工区域的市政管道在图纸上详细标明， 的地质情况，选择合适的钻头和导向板，待钻头中流 出水后，开动泥浆泵对准人土点进行钻进。钻头在 钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层，不断 以便施工时能起到参照作用，将安全隐患降到最小。 ３．２特殊地形做前期地质勘探 前进。每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位 置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导 向孔曲线符合设计要求。为保证施工过程的资料真 实有效，导向数据要在第一时间（钻一根钻杆标记 一深圳属于多种地质形态地区，山体、河流较多， 燃气管道定向钻施工时往往要穿越河流、道路，甚至 山体。一般遇到这种情况，现阶段都是先试钻，以钻 头的触感来大概判断地下土层土质。若遇到风化岩 层，往往要变换地点，花费很大的人力物力进行试 钻，才能寻找出理想的穿越路径。在遇到山体、河流 等地形时，先做地质勘探，根据勘探报告进行穿越轨 迹的设计施工。 ３．３施工准备阶段质量保证措施 次）完成，不要等到竣工时才整理数据资料，要在 。 扩孔阶段 地面上的导向标记还未清除时，在对应的位置埋设 标志桩 ①３．５扩孔和回拖管道质量保证措施 扩孔施工中，如果遇到岩石含量太大，可能难以 成孔，可以加注足够浓度的泥浆，尽量让上面的小粒 石不下沉，充填块石之间的间隙以增加块石的稳定 性。根据地质情况合理确定扩孔器水嘴的数量和直 认真做好勘测、复测工作，掌握地层地质情况。 在未查明地下管道前，不得开工。如有不明管道，需 联系管道所有方到场指明确认后方可开工。做好钻 机设备机具的检查工作，保证设备和机具良好的工 作性能。严格按照设计要求施工，准确测出钻机导 向孔的入土点和出土点的位置，碰到钻机放置机位 不足或其他管道位置影响等客观因素时，需征得设 计方同意后才能进行变更。认真细致地做好导向孔 路线及深度设计工作，把握好关键环节的质量安全 性。做好泥浆的配制与使用工作，严格按比例调配 泥浆。 径，边扩孔边打人泥浆，视旋转压力及回拉压力逐渐 加大扩孔级别，保证泥浆的压力和流速，从而提高携 带能力，减少卡钻。经过钻机多次扩孔，最终成孔直 径一般为管道直径的１．５倍，因此不会损伤管壁。 ②回拖管道 导向孔经过扩孔，达到了回拖要求之后，将钻 杆、扩孔器、回拖活节和被安装管道依次连接好，从 出土点开始，将管道回拖至入土点为止。由于扩好 的孔中充满泥浆，因此管道在扩好的孔中处于悬浮 状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样既减小 ３．４导向孑Ｌ钻进的质量保证措施 钻机安装在人土点一侧，从人土点开始，沿着设 计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为 扩孑Ｌ和回拖管道的引导曲线。导向孔是施工的关键 工序，直接影响穿越的曲线及回拖成功与否。遇到 软地层时不得加快钻进速度，遇到硬地质时不得强 制钻进，否则容易造成钻杆弯曲和钻头损坏。定向 钻导向系统的作用是测量导向钻头在导向孔中所处 了回拖阻力，又保护了管壁。在回拖时进行连续作 业，避免因停工造成阻力增大。管道回拖前要仔细 检查各连接部位的牢固性。 管道回拖采用工作坑的方式进行。在挖工作坑 时，计算好管道进入孔洞的这一段工作坑的坡度，确 保工作坑与穿越孔洞的圆滑平缓。在回拖作业时， 增加高润滑泥浆，使高润滑泥浆像薄膜一样附着于 管壁。回拖前后，焊接好的管材下方应垫上管架，减 的位置，把测量结果通过无线信号传输到地面仪器， 以三维坐标值显示出来，操作人员根据数据判断钻 头所处位置及深度，从而进行下一步操作。在穿越 少与地面的摩擦阻力，避免与地面接触而划伤管壁。 ３．６导向钻头的选择 在选择导向钻头前，必须先了解周边地层的地 质情况，很多单位在小型定向钻施工敷管前都不进 过程中，应密切关注钻头倾斜角度、钻头深度，保证 与设计轨迹偏差不超标。考虑到不均匀介质中钻进 所引起的钻头偏离轨道、钻杆变形等因素，严格控制 钻进方向，钻进过程中应根据导向系统及时修正钻 进方向，避免产生较大误差，水平方向偏差不能大于 行地质钻探，只能参考长期在这一地区积累的资料。 当了解这一地段是以软地层为主，那么就采用导向 板面积较大的导向钻头，以利于控制导向方向；当了 ・Ｂ ２８・ 刘建辉，等：燃气管道定向钻施工质量控制措施 第３５卷第８期 解施工段以砂、卵石及硬质地层为主，应采用导向板 抱钻、卡钻，严重时可能出现路面裂缝下陷。选用固 相泥浆、重胶质固相泥浆护壁，可有效地防止坍孔。 面积较小的导向钻头，使其顺利通过硬质地层、砂、 卵石层。 ３．７开机操作的技巧 如果在块石堆积处坍孔，只有将块石清除后方可继 续扩孔。此时司钻手操作方法是：轻拉慢转，密切关 当导向钻头穿越砂、卵石层及硬质地层，需改变 轨迹方向时，如果强制顶进，就会产生钻杆弯曲、导 向钻头出水口堵塞等情况。根据工作经验，应采用 注仪器表盘，待扩孔通过坍孔处时，扩孔钻头向后 拉，直至钻机达到正常扭矩，如发现石头在钻头后 部，可将钻头拉向尾部工作坑取出石头。 采用强降失水泥浆体系是控制坍孔、缩径的关 键。首先选用优质配浆粘土，可交换的阳离子数目 多，水分子易进入晶胞之间，粘土易水化膨胀，分散 边顶进带回转的操作方法，例如想将方向朝上，那么 操作人员就应将给进顶力控制在钻杆将要弯曲时， 另一手控制回转手把，使导向钻头方位在左右３０。 之间，使导向钻头在这区间左右转动，使其缓慢钻 进，效果很好。这种方法一定要注意泥浆的配制，特 别是砂、卵石难成孔，应配置较大密度泥浆以保护孔 性好，故“活性大”，包被的水化膜多，是优质的降失 水造浆粘土。此外，还可以加适量的降失水剂，如纳 甲基纤维素、水解聚丙烯腈（ＨＰＡＮ）、植物胶等。 ③泥浆漏失和不返浆 在松散的回填土层、地下水位较低、沙质粘土 壁。硬质土层孔壁与导向钻头外径间隙较小，需及 时把岩屑排出孔外，防止导向钻头、钻杆抱死 。 ３．８管道的定位和标志桩的埋设 一层、沙层、河床底的软土层扩孑Ｌ，泥浆不从孔口返出， 而是从孑Ｌ内漏失至土壤。此时司钻手要适当控制泥 浆泵的压力，泥浆员就要增大泥浆浓度和粘度，在孔 壁上形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失。在穿越 般定向钻施工时，导向阶段的导向轨迹也就 是最后燃气管道的埋设轨迹，导向轨迹大概呈抛物 线状，有时为避开多个障碍物，还以ｓ形存在。此时 标志桩的及时埋设和施工记录的及时整理就显得尤 为重要，时间一长具体位置容易遗忘。定向钻施工 时，应在现场第一时间准确做好施工记录，在导向轨 迹完成的同时立即埋设标志桩。 ３．９扩孔中问题及措施 河流时，泥浆漏失严重时可在泥浆中加水泥或粉煤 灰来控制漏失。 在扩孔或回拖敷管时，常见泥浆从孔内渗出地 面。泥浆渗出的原因，一是扩孔、敷管中残留泥浆过 多，阻塞钻孔，泥浆无法从孔口返出，泥浆在孔内形 ①缩径 软土层扩孔容易产生缩径现象，导致孔内泥浆 压力过大，卸钻杆时孑Ｌ内泥浆通过钻杆喷出。此时， 扩孔钻头回拉艰难，机械负荷变大，操作不当时可能 产生抱钻事故。此时司钻手操作时应轻拉慢转，紧 盯仪器表盘，根据情况操作。泥浆员选用固相泥浆 成高压而从地面渗出；二是地层松散，给泥浆留出通 道，泥浆顺其通道渗出地面。此时，立刻开挖引沟将 泥浆引出，然后组织泥浆车抽走。 一般情况下，泥浆从地面渗出对敷设管道影响 不大，但是在一些特定的环境下要控制泥浆渗出。 如：泥浆不可从居民房中渗出，不可从闹市区渗出， 不可从养鱼、虾池中渗出。防止渗出泥浆的措施，一 是增加钻孔深度；二是改变扩孔钻头结构，采用叶片 式、溜槽式钻头，尽可能将泥屑搅成泥浆；三是司钻 护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。 既要防止欠压造成孔内压力不足而缩径，又要 防止失水造成的地层软化缩径，泥屑无法正常排出。 孑Ｌ内泥浆的压力应该控制在与孔深处的地应力相对 手、泥浆员要根据地层情况，控制好泥浆的浓度、粘 度、流量，以便增加泥浆的护壁性，使钻孔形成完整 通道，泥浆畅通无阻地从孔口返出。 ３．１Ｏ对抱管的防范措施 平衡的值。客观上讲，这是很难做到的。但是通过 合理设计和严谨的施工操作，尽量使不平衡程度减 小。泥浆的静压力主要是通过调整泥浆密度来控 制。一般应略小于平衡地压力所需的密度，以备再 叠加循环动压力，工作坑是维持压力平衡所必需的， 用来保持孔内泥浆具有一定的基本静水头 ｊ。 提高泥浆润滑性，作为降低抱管引起的拉管摩 擦阻力增大的辅助措施。提高泥浆的润滑性是定向 钻敷管的重要技术，当抱管应力一定时，要减小管道 ②坍孔 与孔壁之间的摩擦阻力，主要是降低二者接触面的 摩擦系数。可在泥浆中加适量聚丙烯胺，既可提粘、 沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔、 ・Ｂ ２９・
