定向穿越在燃氣施工中的質量控制

譚保文

開平建安集團有限公司 廣東 開平 529300

【摘 要】本文主要針對定向穿越在燃氣施工中的質量控制展開了探討，介紹了定向鉆技術的優勢，給出了一系列相應的質量管理及控制措施，并為定向鉆施工管道的定位作了分析，以期能為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

【關鍵詞】定向鉆施工；質量控制；措施

1 概述

定向鉆施工方法相對于傳統的開挖施工技術具有很大的優勢，它有著不污染環境、不影響交通、建設周期短、綜合成本低等優點，在如今的燃氣管道施工中有著廣泛的應用。但是由于定向鉆施工屬于地下工程，我們需要采取有效的管理及控制措施做好對施工質量的把握?；诖?，本文就定向穿越在燃氣施工中的質量控制進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

2 定向鉆技術的優勢

（1）對地面干擾小。施工時不影響交通，不破壞環境（綠地、樹木），不干擾工廠、商店、醫院、學校和居民的正常生活與工作秩序。

（2）施工速度快。由于輔助工程（如支護、回填等）少，施工速度大大提高。

（3）碳排放量少。由于施工時地面交通擁堵少，施工時間短，而且減少了渣土和回填土的運輸量，使碳排放量大大減少。加拿大滑鐵盧大學的研究表明：定向鉆施工的碳排放量僅為開挖施工的2%～10%。

3 定向鉆施工質量管理及控制措施

3.1 市政管道的前期勘探

隨著城市的發展，各類市政管網錯綜復雜，且一些年代較遠的市政管道地上標志樁往往都早已丟失或模糊不清，一般淺埋管道通過打開井蓋或儀器掃描可以查探清楚，而一些深度較大的頂管管道，現有條件無法查探，這樣就會給我們定向鉆施工留下較大的安全隱患。設計單位在設計施工平面圖時應盡可能地把施工區域的市政管道在圖紙上詳細標明，以便施工時能起到參照作用，將安全隱患降到最小。

3.2 特殊地形做前期地質勘探

項目所在地屬于多種地質形態地區，山體、河流較多，燃氣管道定向鉆施工時往往要穿越河流、道路，甚至山體。一般遇到這種情況，現階段都是先試鉆，以鉆頭的觸感來大概判斷地下土層土質。若遇到風化巖層，往往要變換地點，花費很大的人力物力進行試鉆，才能尋找出理想的穿越路徑。在遇到山體、河流等地形時，先做地質勘探，根據勘探報告進行穿越軌跡的設計施工。

3.3 施工準備階段質量保證措施

認真做好勘測、復測工作，掌握地層地質情況。在未查明地下管道前，不得開工。如有不明管道，需聯系管道所有方到場指明確認后方可開工。做好鉆機設備機具的檢查工作，保證設備和機具良好的工作性能。嚴格按照設計要求施工，準確測出鉆機導向孔的入土點和出土點的位置，碰到鉆機放置機位不足或其他管道位置影響等客觀因素時，需征得設計方同意后才能進行變更。認真細致地做好導向孔路線及深度設計工作，把握好關鍵環節的質量安全性。做好泥漿的配制與使用工作，嚴格按比例調配泥漿。

3.4 導向孔鉆進的質量保證措施

鉆機安裝在入土點一側，從入土點開始，沿著設計好的線路，鉆一條從入土點到出土點的曲線，作為擴孔和回拖管道的引導曲線。導向孔是施工的關鍵工序，直接影響穿越的曲線及回拖成功與否。遇到軟地層時不得加快鉆進速度，遇到硬地質時不得強制鉆進，否則容易造成鉆桿彎曲和鉆頭損壞。定向鉆導向系統的作用是測量導向鉆頭在導向孔中所處的位置，把測量結果通過無線信號傳輸到地面儀器，以三維坐標值顯示出來，操作人員根據數據判斷鉆頭所處位置及深度，從而進行下一步操作。在穿越過程中，應密切關注鉆頭傾斜角度、鉆頭深度，保證與設計軌跡偏差不超標?？紤]到不均勻介質中鉆進所引起的鉆頭偏離軌道、鉆桿變形等因素，嚴格控制鉆進方向，鉆進過程中應根據導向系統及時修正鉆進方向，避免產生較大誤差，水平方向偏差不能大于0.3m，垂直傾斜角度隨鉆進深度調整。要根據穿越的地質情況，選擇合適的鉆頭和導向板，待鉆頭中流出水后，開動泥漿泵對準入土點進行鉆進。鉆頭在鉆機的推力作用下由鉆機驅動旋轉切削地層，不斷前進。每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導向孔曲線符合設計要求。為保證施工過程的資料真實有效，導向數據要在第一時間（鉆一根鉆桿標記一次）完成，不要等到竣工時才整理數據資料，要在地面上的導向標記還未清除時，在對應的位置埋設標志樁。

3.5 擴孔和回拖管道質量保證措施

（1）擴孔階段

擴孔施工中，如果遇到巖石含量太大，可能難以成孔，可以加注足夠濃度的泥漿，盡量讓上面的小粒石不下沉，充填塊石之間的間隙以增加塊石的穩定性。根據地質情況合理確定擴孔器水嘴的數量和直徑，邊擴孔邊打入泥漿，視旋轉壓力及回拉壓力逐漸加大擴孔級別，保證泥漿的壓力和流速，從而提高攜帶能力，減少卡鉆。經過鉆機多次擴孔，最終成孔直徑一般為管道直徑的1.5倍，因此不會損傷管壁。

（2）回拖管道

導向孔經過擴孔，達到了回拖要求之后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節和被安裝管道依次連接好，從出土點開始，將管道回拖至入土點為止。由于擴好的孔中充滿泥漿，因此管道在擴好的孔中處于懸浮狀態，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣既減小了回拖阻力，又保護了管壁。在回拖時進行連續作業，避免因停工造成阻力增大。管道回拖前要仔細檢查各連接部位的牢固性。

管道回拖采用工作坑的方式進行。在挖工作坑時，計算好管道進入孔洞的這一段工作坑的坡度，確保工作坑與穿越孔洞的圓滑平緩。在回拖作業時，增加高潤滑泥漿，使高潤滑泥漿像薄膜一樣附著于管壁?；赝锨昂?，焊接好的管材下方應墊上管架，減少與地面的摩擦阻力，避免與地面接觸而劃傷管壁。

3.6 導向鉆頭的選擇

在選擇導向鉆頭前，必須先了解周邊地層的地質情況，很多單位在小型定向鉆施工敷管前都不進行地質鉆探，只能參考長期在這一地區積累的資料。當了解這一地段是以軟地層為主，那么就采用導向板面積較大的導向鉆頭，以利于控制導向方向；當了解施工段以砂、卵石及硬質地層為主，應采用導向板面積較小的導向鉆頭，使其順利通過硬質地層、砂、卵石層。

3.7 開機操作的技巧

當導向鉆頭穿越砂、卵石層及硬質地層，需改變軌跡方向時，如果強制頂進，就會產生鉆桿彎曲、導向鉆頭出水口堵塞等情況。根據工作經驗，應采用邊頂進帶回轉的操作方法，例如想將方向朝上，那么操作人員就應將給進頂力控制在鉆桿將要彎曲時，另一手控制回轉手把，使導向鉆頭方位在左右30°之間，使導向鉆頭在這區間左右轉動，使其緩慢鉆進，效果很好。這種方法一定要注意泥漿的配制，特別是砂、卵石難成孔，應配置較大密度泥漿以保護孔壁。硬質土層孔壁與導向鉆頭外徑間隙較小，需及時把巖屑排出孔外，防止導向鉆頭、鉆桿抱死。

3.8 管道的定位和標志樁的埋設

一般定向鉆施工時，導向階段的導向軌跡也就是最后燃氣管道的埋設軌跡，導向軌跡大概呈拋物線狀，有時為避開多個障礙物，還以S形存在。此時標志樁的及時埋設和施工記錄的及時整理就顯得尤為重要，時間一長具體位置容易遺忘。定向鉆施工時，應在現場第一時間準確做好施工記錄，在導向軌跡完成的同時立即埋設標志樁。

3.9 擴孔中問題及措施

（1）縮徑

軟土層擴孔容易產生縮徑現象，導致孔內泥漿壓力過大，卸鉆桿時孔內泥漿通過鉆桿噴出。此時，擴孔鉆頭回拉艱難，機械負荷變大，操作不當時可能產生抱鉆事故。此時司鉆手操作時應輕拉慢轉，緊盯儀器表盤，根據情況操作。泥漿員選用固相泥漿護壁，使孔內壓力平衡，保持成孔。

既要防止欠壓造成孔內壓力不足而縮徑，又要防止失水造成的地層軟化縮徑，泥屑無法正常排出?？變饶酀{的壓力應該控制在與孔深處的地應力相對平衡的值?？陀^上講，這是很難做到的。但是通過合理設計和嚴謹的施工操作，盡量使不平衡程度減小。泥漿的靜壓力主要是通過調整泥漿密度來控制。一般應略小于平衡地壓力所需的密度，以備再疊加循環動壓力，工作坑是維持壓力平衡所必需的，用來保持孔內泥漿具有一定的基本靜水頭。

（2）坍孔

沙質粘土層、沙層、松散回填土層擴孔易坍孔、抱鉆、卡鉆，嚴重時可能出現路面裂縫下陷。選用固相泥漿、重膠質固相泥漿護壁，可有效地防止坍孔。如果在塊石堆積處坍孔，只有將塊石清除后方可繼續擴孔。此時司鉆手操作方法是：輕拉慢轉，密切關注儀器表盤，待擴孔通過坍孔處時，擴孔鉆頭向后拉，直至鉆機達到正常扭矩，如發現石頭在鉆頭后部，可將鉆頭拉向尾部工作坑取出石頭。

采用強降失水泥漿體系是控制坍孔、縮徑的關鍵。首先選用優質配漿粘土，可交換的陽離子數目多，水分子易進入晶胞之間，粘土易水化膨脹，分散性好，故“活性大”，包被的水化膜多，是優質的降失水造漿粘土。此外，還可以加適量的降失水劑，如納甲基纖維素、水解聚丙烯腈（HPAN）、植物膠等。

（3）泥漿漏失和不返漿

在松散的回填土層、地下水位較低、沙質粘土層、沙層、河床底的軟土層擴孔，泥漿不從孔口返出，而是從孔內漏失至土壤。此時司鉆手要適當控制泥漿泵的壓力，泥漿員就要增大泥漿濃度和粘度，在孔壁上形成泥皮阻漏，有效地防止泥漿漏失。在穿越河流時，泥漿漏失嚴重時可在泥漿中加水泥或粉煤灰來控制漏失。

在擴孔或回拖敷管時，常見泥漿從孔內滲出地面。泥漿滲出的原因，一是擴孔、敷管中殘留泥漿過多，阻塞鉆孔，泥漿無法從孔口返出，泥漿在孔內形成高壓而從地面滲出；二是地層松散，給泥漿留出通道，泥漿順其通道滲出地面。此時，立刻開挖引溝將泥漿引出，然后組織泥漿車抽走。

一般情況下，泥漿從地面滲出對敷設管道影響不大，但是在一些特定的環境下要控制泥漿滲出。如：泥漿不可從居民房中滲出，不可從鬧市區滲出，不可從養魚、蝦池中滲出。防止滲出泥漿的措施，一是增加鉆孔深度；二是改變擴孔鉆頭結構，采用葉片式、溜槽式鉆頭，盡可能將泥屑攪成泥漿；三是司鉆手、泥漿員要根據地層情況，控制好泥漿的濃度、粘度、流量，以便增加泥漿的護壁性，使鉆孔形成完整通道，泥漿暢通無阻地從孔口返出。

3.10 對抱管的防范措施

提高泥漿潤滑性，作為降低抱管引起的拉管摩擦阻力增大的輔助措施。提高泥漿的潤滑性是定向鉆敷管的重要技術，當抱管應力一定時，要減小管道與孔壁之間的摩擦阻力，主要是降低二者接觸面的摩擦系數?？稍谀酀{中加適量聚丙烯胺，既可提粘、降失水，又具潤滑性。工地現場也用洗衣粉當潤滑劑，還可分解巖泥屑顆粒?？傊?，完整、干凈、潤滑的孔壁是成功拉管的關鍵。

3.11 操作程序及管理措施

由于壓力失衡和失水造成的縮徑、坍孔程度是隨時間增加而遞增的，因此，定向鉆敷管應該以快速、緊湊、連續完成施工為原則，盡量搶在地層蠕變、泥屑沉淀、泥漿失水而引起坍孔、縮徑、抱管風險明顯增大之前敷設完管道。優化現場操作程序，做好各工序的高效銜接是非常重要的。司鉆手操作時要控制拉、推速度，避免過快造成孔壁破壞。為此，施工前還應做好備件、維修準備工作，一旦在用設備發生故障，應盡可能短時間內修復。選用優質的管材，特別注意其抗拉強度。

3.12 拖管時防止隨管導線斷裂

近幾年燃氣管道定向鉆拖管都按規定隨管拖入電纜線，電纜線主要為以后確定管道位置提供信號。在土層條件好、施工距離短的情況下，電纜線可以隨管拖出。但是在遇到土層條件差（如砂層、回填層、巖石層）的情況時，電纜線一般會斷裂在孔洞中，這樣不僅造成了浪費，更重要的是導致以后燃氣管道無法探測。遇到特殊地質情況時，應采用套管保護電纜線的方式進行拖管。

4 對定向鉆施工管道的定位

針對地下管道的探測問題，可以在施工時采取埋設金屬示蹤線的措施解決。通過在地下管道位置進行埋設，或者最好在所使用的塑料管材制造過程中，直接在管道上固化附加金屬線，這樣也能避免這些金屬示蹤線輕易扯斷。這樣，就可以將非金屬材質的地下管道映射為具有金屬材質性質（導電、導磁等）的線路。探測時，在線路兩端建立信號源，對線路進行通電，利用這些金屬材質的導電性及導磁性差異作為主要物性，以電磁感應理論為指導，對其電磁場變化規律進行觀測和研究，據此尋找地下非金屬管道。也可以利用地下管道與周圍環境的不同物理性質對其進行檢測。

5 結語

綜上所述，為了保障燃氣管道施工的順利，提高管道的施工的效率和質量，在應用定向鉆技術的同時，我們還需要認真掌握相應的質量管理及控制措施，保障定向鉆的施工質量，從而為燃氣管道的整體工程帶來幫助。

參考文獻：

[1]李慧新.水平定向鉆施工在燃氣管道穿越工程中的應用[J].福建質量管理.2015（08）.

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