南水北调东线一期工程济宁市续建配套工程(二期)兖州段过国道G327拉管施工技术

周福华

(济宁市水利工程施工公司，山东 济宁　272000)



南水北调东线一期工程济宁市续建配套工程(二期)兖州段过国道G327拉管施工技术

周福华

(济宁市水利工程施工公司，山东 济宁272000)

【摘要】本文立足南水北调东线一期工程济宁市续建配套工程(二期)兖州段过国道G327拉管工程，根据施工中遇到的各种情况，详细介绍了定向钻施工法，为类似工程施工提供借鉴。

【关键词】南水北调； 续建配套； 拉管施工； 定向钻

南水北调东线一期工程济宁市续建配套工程(二期)兖州段过国道G327拉管工程位于兖州市国道G327与太阳路交汇处，采用水平定向钻施工，其成功与否取决于管线是否能成功回拖。其根本源点在于孔的成功，孔的成功关键在于防止塌方等问题。因此在钻孔时，应按照地质构造的不同详细制订合理的泥浆配比方案，在不同的地质情况下选用不同的泥浆配方，再考虑到穿越距离长，为防止融土包裹钻具，在化学聚合物中，按比例配制专用的凯斯防糊钻液，可进一步降低孔道中的阻力。

1工程概况

南水北调东线一期工程济宁市续建配套工程(二期)施工2标段兖州市太阳路与国道G327交汇处，兖州支线桩号2+902～3+377，穿越G327拉管工程。主要工程量φ426钢管475m，主要设备ZT-80T水平定向钻机及其配套设施。

2定向钻施工方法

2.1施工准备

根据工程施工前进行的工程地质勘查报告，穿越段地质情况为原土层，地下管线分布均已取得相关部门确认，无影响穿越施工管线，地面无影响施工建筑物。

该工程为穿越国道G327工程，起止桩号为2+902～3+377段，穿越长度475m，穿越截面见图1。在安全第一，不影响交通情况下采用水平定向钻施工，保证施工进度顺利完成。

图1　穿越截面

根据设计要求，管道材质为钢管，管道净间距为2m。

2.2施工工艺流程

水平定向钻穿越施工工艺流程如图2所示。

图2　钻机工地施工流程

2.3钻机成套设备进场安装布置

钻机成套设备进场安装布置如图3所示。

图3　穿越施工现场布置

入土点是定向钻施工的主要场所，钻机就布置在该侧，所以施工占地比较大，具体根据现场的实际情况作相应调整。出土点现场布置如图4所示。

图4　出土点现场布置

根据设计要求确定出入点位置，根据钢管管径的曲率半径，计算出设备至入点的最小距离，把需安装的设备控制在最小占地范围之内。

2.4泥浆

入钻处及出钻处各开挖一个3m×3m×2m的泥浆池，通过管道泵将入钻及出钻的泥浆输送到此泥浆池。该泥浆池的泥浆部分用于回收利用，剩余部分通过罐车运送至环保部门指定的地方。为防止泥浆渗漏至地下，所有泥浆池底部及侧壁均使用塑料薄膜进行覆盖。工程完工后，对泥浆池进行环保处理。

该工程所使用的泥浆采用优质钠基膨润土，根据实际情况适当添加碱、纤维素等材料。泥浆马氏漏斗黏度控制在60～65s，使之适应于该土层施工。而且，在不同阶段，泥浆体系也要及时调整，如：在预扩孔和回拖阶段泥浆黏度要提高5～10s。

2.5测量放线及轨迹设计

根据施工图纸及设计要求现场实施测量放线、复合，合理控制铺管轴线及计算预导航轨迹。426钢管穿越深度为8m(深度相对于入土点高程)，入土角为9°，出土角为6°，平底段长度为264.6m，该次穿越的实际曲线长度为475.78m。

2.6导向孔钻进

导航设计原理如图5所示，导向孔轨迹如图6所示。

图5　导航原理

2.7扩孔

钻孔结束后，卸下导向钻头，将钻杆、扩孔器(见图7)、回拖活节依次连接好，然后由钻机转盘带动钻杆旋转后退，逐级扩孔(见图8)，为确保顺利安全，通常将成孔孔径设计为回拖管径的 1.2～1.5 倍，但结合该次拉管施工的实际情况，安全系数暂定1.5，该工程设计孔径为φ426mm，最终扩孔直径确定为639mm，采用锥形桶式扩孔钻头分级扩孔，直到扩孔孔径符合托管要求为止。然后根据地层地质情况确定顺孔次数，经技术人员根据钻机在顺孔时反应的各种参数，确定拉管时间。顺孔结束后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，一次性将管线回拖至入土点为止。由于使用专用工具并且钻好的孔中充满泥浆，所以管线在回拖过程中是不旋转的，管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样既减少了回拖阻力，又保护了管道防腐层。

图6　导向孔轨迹示意图

图7　桶式扩孔器示意图

2.8管道回拖

根据计算管道回拖最大控制回拖力为4.3t，小于钻机最大回拖力。

管道回拖出土，用大钳与单斗、人工配合卸下钻杆、扩孔器、回拖万向节和“U”形环等机具，割掉回拖头，用事先准备好的材料回拖管管口封堵(见图9)。

2.9设备撤场

所有作业完成后，系统拆除连接，设备撤场。按照钻机、泥浆系统、动力系统、机具钢板排等顺序依次撤离施工现场。

图8　扩孔示意图

图9　管道回拖示意图

2.10地貌恢复、泥浆处理

施工完毕待设备全部撤离后，将泥浆池中剩余泥浆用专用的泥浆罐车拉运到当地环境保护部门指定的泥浆填埋场。泥浆池中残余极少量泥土混合物就地深埋。

3施工过程中常见问题以及解决方法

3.1卡钻

卡钻是扩孔中常见的技术难点，遇到卡钻，分析判明原因后处理。调整泥浆配比，使用最大泥浆泵排量，与挖掘机配合，将钻杆撤出卡钻区。总结卡钻出现的原因，调整泥浆配比，使用进口膨润土，增加泥浆切力与黏度，使用扭矩大、推力大的钻机及相匹配的钻头，完成导向孔的钻进。

3.2缩孔

软土层扩孔，孔内容易产生缩径现象，钻杆卸下后，孔内水从钻杆倒流出，说明孔内严重缩径。缩径严重时，被铺管道会受到挤压变形，甚至卡死管道。遇到此现象时，采用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。如果轻微缩孔，只需再清理一遍孔内即可。

3.3塌孔

砂质黏土层、砂层、松散回填土层扩孔易塌孔，塌孔埋钻、卡钻，造成路面下陷，选用重胶质固相泥浆护壁，可有效防止塌孔。

通过采用高分散度泥浆、增加泥浆中的黏土含量、加入增黏剂以及采用高黏化合物钻进粉等措施，可以有效提高泥浆的年度，防止缩孔或塌孔。如果通过改善泥浆组分配比、调整泥浆压力等措施仍难以成功穿越时，可配以套管护壁进行施工。

3.4泥浆漏失

在松散回填土层，地下水位较低，沙质粉土层、软土层，泥浆不从孔口返出，而从孔内漏失，增大泥浆浓度和黏度，在孔壁形成泥皮阻漏，有效防止泥浆漏失。

还可以投入黏土球或在泥浆中加入填充物质，制成堵漏泥浆，如：锯末泥浆、锯末碱剂泥浆、石灰乳泥浆、水泥泥浆等，以增加泥浆的流动阻力，充填裂隙，达到堵漏目的。

4运行情况

该工程采用定向钻施工法，在不开挖路面的情况下，通过非开挖的形式铺设管道。采用该技术施工，可减少环境污染，具有显著的经济效益和社会效益。

Stay tube construction technology cross national highway G327 in Jining continued construction supporting work (stage II) Yanzhou section in South-to-North Water Diversion Stage I Project

ZHOU Fuhua

(Jining Water Resources Engineering Construction Co.,Ltd.Jining 272000,China)

Abstract：In the paper,directional drilling construction method is introduced in detail according to various conditions encountered in construction based on stay tube construction technology cross national highway G327 in Jining continued construction supporting work (stage II) Yanzhou section in South-to-North Water Diversion Stage I Project.Reference is provided for constructing similar projects.

Key words：South-to-North Water Diversion; continued construction; stay tube construction; directional drilling

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.003

中图分类号：TV68

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)06-0010-04