水平定向钻进管道施工中技术总结

傅思峰 节昌录 谌 霞 田 冉

Fu Sifeng Jie Changlu Chen Xia Tian Ran

（河南省地球物理工程勘察院）

（Henan institute of the Earth physics and engineering’s reconnaissancs Henan Xinxing）

摘要 根据非开挖技术在地下管道施工应用实践经验，本文对水平定向钻进在管道施工技术做了个总结

Abstract：Construct to use practical experience in the underground piping according to the technology of excavating，This text has crept into and done a summary to horizontal orientation the construction technology of the pipeline。

关键词 非开控技术 水平定向钻 管道施工

Key words：Trenchless Technology Horizontal orientation boring The pipeline constructs

   水平定向钻可承担各种不同材质管线的穿越任务，钻机性能的发挥依赖于合适的地质条件和合理的轨迹设计。如果地质条件理想，穿越曲线位于粘土、粉质粘土、粉土或淤泥质粘土等造浆能力好的地层，施工时可以适当加长曲线长度，且拖拉力不会增加很多，加快工程进度；如果穿越曲线所在的地层不理想时(例如：细砂、流沙、钙质层、砾石层)，则会降低穿越成功的可能性，甚至导致孔无法完成。

   工程地质要求：必须先勘察穿越工程处的岩土工程地质情况，不同地层需选用不同的钻具，穿越地层，必须详勘，一般要求在穿越中心两边各10-20m，沿中心线方向间距设勘察孔，复杂的地质条件下，勘察孔要适当加密。穿越段地质勘探应提供以下参数据：各岩土层厚度、取样深度、含水量、颗粒度、液性指数、塑性指数、液限、塑限、标贯击数、承载力标准值等数据，穿越地段地形和地质钻探剖面图，供设计及施工单位使用和参考。

   (2)钻进轨迹设计：根据铺管设计标高、地层及地形情况，以及钻杆曲率半径、工作场地、地下管线分布等情况，设计钢管埋深和钢管的弯曲曲率半径，确定定向钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角，计算出测定空间坐标，设计定向钻机的轨迹图及制订特殊地层、地段的特殊施工方案，并且要准备常用的施工应急材料，保证施工阶段的顺利完成。

   钻机施工中锚固以稳、平、实为原则，如图1。在钻机锚固前，应对锚固区域用仪器进行地下管线检测，防止将锚杆打在地下管线上。合理的锚固是顺利完成钻进及回拖管的前提，钻机锚固能力反映了钻机在钻进和回拖施工时利用本身功率的能力。一台钻机推力再大，如果钻机在定向钻进过程中发生移动，仍会导致钻机无法按预定的计划完成钻进工作。在回拖时，如锚固不好而使钻机移动，会导致管道拖不动，如果进一步加大钻机拖力，则会出现钻机的全部功率作用于钻机机身，容易发生设备破坏和人员伤亡。

3 信号接收

   在钻进过程中，信号探头与信号接收器之间的连接必须正确，在开钻前应严格检查线路之间连接是否合理可靠，否则容易造成因信号接收不良或无信号而引起钻进过程中轨迹偏离等不良后果。由于地磁信号强及建筑物、高架桥等的屏蔽作用，使定向信号无法接收时，可依靠消失前钻头位置及钻进斜率在钻杆上作标记进行盲钻。在盲钻过程中，应根据钻杆的标记及计算钻杆的斜率来调整方向，利用钻孔返浆液来判断地层变化，完成整个钻进，直至信号出现。

   钻头是定向钻进的重要工具之一，对于不同的土层应采用不同的钻头，才能有效钻进，防止卡钻、钻头损坏，根据施工实践，钻具选择可按表1所示。

                                       表1 钻具选择

   (1)导向钻孔：采用射瘫辅助钻进方法，导向孔钻进是通过定向钻的高压泥浆射流冲蚀破碎旋转切削成孔的，一般以15度斜面钻头来控制钻头方向。钻头内的发射器可以发射钻头的位置、顶角、深度、钻头的温度、面向角、发射器内电池状态等参数，并由地面手提定位未踪仪接收，供操作人员及时准确地确定钻头的具体位置和深度，并随时通过钻机调整钻机参数，以控制钻头按设计轨迹钻进。

   (2)斜面纠偏：地面示踪仪测量精度一般为3％-5％，测量深度为20m左右，当发现定向钻进偏离设计轨迹时，通过调整钻头斜面的方向进行纠偏。纠偏不能过急，应按照钢管的曲率半径来完成纠偏工作；纠偏过急，容易在拖管过程中出现拖不动的问题。

   (3)卡钻的解决办法：在砾石、细砂、钙质层钻进中，较容易出现卡钻现象，应及时调整泥浆指标，使用大泥浆排量，与挖掘机配合将钻杆撤出卡钻区，通过调整泥浆指标，使用膨胀土，增加泥浆洞粘度，并使用扭矩大、推力大的钻机及匹配的钻头，完成导向孔的钻进。

   (1)扩孔器：当先导孔钻进至钻区时需用一个扩孔器来扩大钻孔，以便安装成品管线。对于不同一般将钻孔扩大至成品管尺寸的1.2-1.5倍，孔 器的拉力或推力要达到实际要求，一般为每毫米孔径1/5N。根据成品管和钻机的规格还可采用多级扩孔。

   (2)扩孔工艺：扩孔时把钻头卸下，将回扩头连接钻杆上，然后由钻机旋转回拉扩孔。为了保证按照钻杆轨迹回扩，在回扩过程中断卸下钻杆，直至扩至钻机同一侧的工作场地，完成一级扩孔。反复进行采用不同直径的回扩头扩孔，直至达到设计的扩孔孔径为止。对于回拉力、扭矩较大的钻机连在扩孔时可以将两种不同直径的回扩头连接在一起，一次完成扩孔施工，甚至可同时完成扩孔和铺管施工。

   (3)钻井护壁液(泥浆)控制及应用技术：钻井护壁液(泥浆)与钻孔回拖的关系密切，由于定向钻穿越施工处于地表以下(一般位于地表以下3-20m)，地质松软，钻孔时易塌方，因此要求所用泥浆的护壁性好、泥饼泥球质量高、控制失水性好，就能保证钻机性能的发挥。根据地层地质结构不同，所需泥浆性能也不相同。

   长距离穿越时泥浆的作用尤其重要，孔内缺少泥浆往往是钻孔失败的重要原因，保持整个进程中有返浆，对于工程顺利进行至关重要。为改善泥浆性能，需加入适量添加剂来配制成不同性能的泥浆。泥浆作为钻进冲洗液，使用优质的膨润土和添加剂，严格按照比例搅拌成泥浆后注入孔内；具有润滑钻具、稳定孔壁、降低回转扭矩和回拉力，降低拖管时钢管和筒壁的摩擦系数，冷却钻头和发射器的作用。泥浆能够稳定流动，清除钻井土屑，并将其一起携带到地表，可减少腐蚀，对管壁起保护作用，起到固孔护管的作用。

   为了保证穿越工程的顺利进行，使用钻孔护壁液（泥浆）时应注意以下几点：

   (1)对特殊地段应提前采取措施，及时加人添加剂，调节泥浆性能，形成良好的孔壁。

   (2)在易塌方地段，一方面改进泥浆性能，另一方面改变钻孔和回拖工艺，尽量缩短停钻时间、加快钻进速度。

   (3)采用强泥浆循环，停止钻进时仍要注入适量泥浆，保证孔内始终存在正压，使泥浆把孔内土及切削物尽量携带出来，防止沉积于钻孔内。

   (4)拖管过程中，如出现管道拖不动，应及时将钻机移到管道入地端，与挖掘机及其他机械配合，使拖力达到原拖力的两倍  以上，将管道拖出地面。检查并改善相关保障措施，如采用更大的回扩头，使用添加剂，使用具有更大动力的钻机等。

   结论：通过上文的论述和分析为水平定向钻机在公路施工技术的可行性和有效手段及导向孔扩孔工艺，以及应用泥浆技术，提供了科学合理依据。

参考文献

1．中国非开挖协助，定向钻进管线穿越铺设工程技术规范2002。

2．钻探设计标准（JGJ87-92）

3．岩土工程新技术 中国建筑工业出版社2001年

作者：傅思峰（1957~）男，河南省拓城县人，1987年毕业于长春地质学院，高级工程师，

     从事地质物探与建筑岩土工程等工作。

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