定向钻穿越施工中的常见事故及处理

2012-03-30朱文秀

地下水 2012年1期

朱文秀

(安徽两淮建设第四工程处，安徽宿州 342000)

本工程属于燃气管网改造，全长135 km，设计压力属高压管，管径Φ400 mm～Φ1100 mm。管材采用直缝埋弧钢管。施工地点位于郊区，施工条件较好，施工开始于2009年3月，2011年6月结束，投入机械七台，共完成道路、河流、建筑等穿越20余条，出现定向钻事故多次，最终都保质保量的完成。尽管事故出现的原因不尽相同，但我们可以通过总结其中的典型案例经验教训，防微杜见。

1 穿越中的断钻具事故

1.1 现场情况描述

穿越场地的局限和地质地层的复杂性，以及泥浆使用的不够完善，或者投入设备的保养和检修不到位，操作人员的技术和设计不够精确都是造成事故的根本原因。而实际施工中出现事故的原因都有其综合因素，不能单一的进行归结。在施工点穿越京淮大运河过程中，穿越施工长度1.3 km，穿越要经过两侧道路三条，河流四处，施工机具为100T设备。拖管管材Φ600 mm，扩孔孔径终孔800 mm。

1.2 工程勘测地层

依据工勘报告上层为杂填土1.35m。粘土5.5m，下层为粉质粘土，粉砂，流质砂层。穿越主要位于流质砂层，含水率高，标高15m，承载力120 KN，成孔难度大。设计曲率半径(1500D)900m。

1.3 穿越中出现的事故和问题

穿越工程施工，导航于2009年4月12日7时07分开钻，2009年4月12日9时34分当钻进第54根钻杆时，机具出现巨大异响，同时仪表显示扭矩降至2 000 KN以下，顶力增加至5000 KN，控向信号原地不动。现场研究后，推断为钻杆出现故障。为进一步判定是否钻杆断裂，采取回抽钻具的方法进行确定，12时10分当抽回第15根钻杆时(以入土点为基准)，抽至第16根钻杆发现距母扣端约0.60m处出现断裂。

1.4 事故点的确定

分析断裂原因，钻具使用前已经进行检查，只能是地质地层的突然改变，导向钻头受力不均。(工勘报告中也显示该地层有不均布砂砾，出现砂岩的可能很大)断裂处为第16根钻杆，角度－7.2%，每根钻具长9m，距入土点水平距离距入土点水平距离=钻杆数×单根长度×入土角+0.60m。根据导航记录计算每根钻具的静距，然后叠加，进行修正，得出尽量准确的距离数据。根据第15根的记录和16根的角度测算断裂点的深度，(必须考虑地表的高差)最后确定为距离入土点156m，深度10.54m。

1.5 处理方案的编制和实施

根据现场的实际施工条件，考虑到成本预算制约，制定切实有效的处理方案。采用上部开挖，下部倒挂井施工作业找到断点，然后用焊接法连接断裂钻具，抽出并更换断裂的钻具，继续实施穿越施工。

在这以施工过程中提醒我们几个必须考虑的因素:首先是隐蔽工程施工中的施工方案的编制。必须依据现场施工的实际施工条件，然后是工程勘测和现场勘测，放桩，测量。最后是施工过程中的施工记录，操作板报都必须真实细致可靠。在出现事故时能够得到处理的依据。

2 定向钻穿越导航施工

2.1 工程概况

在定向钻施工过程中，最重要的一个施工工序就是导航施工。而实际施工过程中出现问题和事故的机会最多。在施工通扬河段时，穿越两条道路，一条河流。管线入土点高程 16.45m，路宽 15.50m 左右;出土点高程 16.95m，路宽15.70m左右。河床最低处高程6.01m左右，河水面宽506.00m左右;管线穿越位置河段顺直，河床与岸坡稳定，水流急速。定向钻穿越段水平长度为765.0m。

2.2 地质地层结构

工程勘测报告显示:①－1素填土、①－2素填土、①－3素填土、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土④粉质粘土、⑤粉质粘土、⑥粉质粘土夹粉土、⑦粉质粘土、⑧粉质粘土夹碎石(残积土)、⑨中等风化灰岩，地层含水率高，静水位5.3m，承载力124 KN。

2.3 穿越层位

依据穿越处上下游两地质剖面推算断面资料，设计以较大入土角度及穿越曲率半径进行设计，避开不适合定向钻穿越的① －1、① －2、① －3 层，最终确定第①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧层为定向钻通过层位，以地质剖面最浅处的河床埋深，计算穿越水平段穿越⑧层，河心段最低点管顶覆土厚度约14.3m。

2.4 事故描述

(1)导航钻进至120m遇到地下不明物，无法钻进，穿越处位置为⑤层，标高7.5m.

(2)通过调整钻进角度，太高2m，出现类似情况。反之降低2m情况相同。

(3)重新调整入土点轴线位置，平移1.5m，钻进150m受阻。

(4)经与现场监理和甲方沟通，决定重新选择钻孔位置，平移轴线30m开始钻进，出现类似情况。

2.5 现场分析

由于场地地质情况复杂，遇阻处原地质分析为粉质粘土:黄褐色，硬塑N=19.4击，局部可能出现突起基岩。由于规范要求探孔间距为双侧100m交错布孔，在100m范围内出现了突起的基岩，后来的地质勘测补测也证实了这一点。

2.6 事故处理

如果继续采用定向钻穿越需使用岩石钻机，施工周期延长，施工风险大投资较高，根据专家会审建议采用大开挖穿越汉阳河，后施工单位用1个月的时间内完成了大开挖穿越。

通过该工程施工我们觉得在隐蔽工程施工过程中遇到很多未知的突发事件，如何在发现问题后及时有效更改施工方案，吸纳和听取专家建议意见，通过论证确立最简单有效的施工工艺，建立良好的施工思想可能是最为关键的。

3 管道安装过程中的事故

3.1 工程概况

管道安装是定向钻穿越施工中的关键环节，关系施工的成败。老通扬河Φ1 100钢管1 435m的施工就遇到了这一难题。该工程地处国道复线，施工场地位于两侧稻田，地质条件结构复杂，①素填土;②淤泥质粉质粘土;③粉质粘土;④粘土;⑤粉质粘土;⑥粘土混砾砂;⑦粘土;⑧粘土;⑨粉砂;下部流砂砂粒特细，地层含水率大，有管涌出现。泥浆容易被稀释，加高分子后也难成孔。

3.2 穿越层位

穿越选择第⑦粘土;⑧粘土;⑨粉砂做施工地层。穿越施工入土角为－4.5%，出土角+5.5%。最深点管顶覆土厚度15m，穿越曲率半径1 650m(1 500D)

3.3 事故情况

由于管材管径径大，长度长，场地局限，无法完成一次性焊接。而且管材与安装轴线不能在同一直线，出土点距离有不能满足设计长度要求，不能后延，出土角偏大。在拖管过程中，虽然也增加了很多补救措施，如机械配合，管道内注水增加管道重量，减少摩擦力等。可是拖管依然出现回拖到1 075m拖力不够的问题，回拖失败。

3.4 事故原因分析

.由于穿越距离长，中间要进行几次焊接，流砂层水量大，泥浆被稀释，孔顶弧度难以形成，在回拖过程中出现阻力增加的情况，遇阻点的位置为回拖抬头段，造成穿越回拖遇阻的可能情况是塌孔或者清孔不净。

3.5 事故处理

根据计算遇阻点位置为穿越抬头段点，此处为60×200m的藕塘，藕塘深度约4m，管道在此处深度约22m，根据专家讨论的结果采取先开挖14m后下8m深的沉井方案，利用设备探测管道回拖端部，找到遇阻管道后将剩余管道重新清孔回拖，然后进行焊接完成穿越工程。

通过本次施工我们认识到在施工条件不具备或者直接制约施工成败的因素得不到解决时，不能盲目施工或者心存侥幸，任何施工前的小问题在以后的施工中都会形成隐患，造成很大的后果。

4 定向钻施工中的扩孔卡钻事故

4.1 工程概述

定向钻施工中的扩孔工序，是衔接导航和回拖中的关键环节。而扩孔中的卡钻又是一个最难处理的事故。在施工二号河时就出现了那惊险的一幕。穿越河流水面宽350m。最深处12m，穿越长度986m。地质结构为①素填土层;②粉质粘土层;③粉质粘土层;④中、粗砂层;⑤碎石土层;⑥－1全风化千枚岩层;⑥－2微风化千枚岩层;⑦－1强风化角砾岩层;

4.2 穿越层位

设计层位为第⑥层中风化千枚岩，该层强度低(其饱和单轴抗压强度fr=13.02 MPa)，易成孔，孔壁稳定，管线宜利用该层通过。穿越入土角－12%，出土角+7.89%。(土角度，减少管道在卵石层中穿越的长度，降低施工风险，均符合规范要求)。穿越河床最低点处管道埋深约22.0m。穿越曲率半径为730m(1200D)。入土点卵砾石层厚度约5m，寻找含卵石层含量最少，厚度最薄的地方作为入土点，采取夯管锤夯钢套管Φ1 220 d=20 mm措施穿越含卵砾石层;出土点适当调整出土角度和出土点，可使管线避开卵砾石层和角砾岩层。