水平定向钻导向孔施工质量控制

□李炎森 张国利 潘文玲

（1河南省河川工程监理有限公司；2新乡市凤泉区水利局；3河南省水土保持监督监测总站）

水平定向钻导向孔施工质量控制

□李炎森1张国利2潘文玲3

（1河南省河川工程监理有限公司；2新乡市凤泉区水利局；3河南省水土保持监督监测总站）

文章以焦作博爱供水配套定向钻穿越工程为例，详述定向钻导向孔施工前准备工作及施工过程质量控制。导向孔直接关系到主管能否顺利穿越，且因工程下穿南水北调总干渠，对导向孔的施工提出了更高的要求，因此施工前做好准备工作进行预控，施工过程中全方位、全过程、多环节、多层次管理，才能保证导向孔的施工质量。最后，对水平定向钻穿越导向孔施工的经验与教训加以总结，为今后水平定向钻进技术在南水北调等资源和能源管道项目中的应用提供重要借鉴。

水平定向钻；大口径；导向孔

0 引言

焦作博爱供水配套定向钻穿越工程是河南省南水北调受水区焦作供水配套工程26号分水口门博爱供水工程的重点工程项目，导向孔钻进阶段又是整个定向钻施工的关键，钻杆控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到主管顺利穿越。与已有类似工程不同，此工程下穿南水北调总干渠，为保证总干渠运行安全，要求管理范围内不得冒浆，特别是渠底附近，提出了精细化施工管理要求，期间施工技术方案经专家多次论证。最终定向钻导向孔按照设计要求顺利穿越，为后续工序的顺利进行打下良好基础。笔者将详述前期施工准备工作及导向孔施工过程，并对施工数据进行分析，以便于为今后的水平定向钻导向孔施工提供借鉴。

1 概述

焦作市博爱供水配套定向钻穿越总干渠工程，入土角控制在8o，出土角6o，穿越管段的曲率半径为1560m，在水平距离投影长度为556.34m。穿越段两端出入土点均在总干渠一级水源保护区范围之外。穿越管径为DN1000mm×20mm，采用螺旋缝X70钢管，钢管外防腐涂层采用三层PE加强级防腐，内防腐涂层采用液体环氧喷涂涂层。穿越管道最低点距离南水北调中线总干渠渠底13.50m，距地面埋深约21m。

场区地质结构为粘、砂多层结构，层位分部较为稳定∶中上部为全新统重粉质壤土和细砂互层，重粉质壤土为中等压缩性中硬土层，承载力标准值130～150kPa，细砂承载力标准值140～170kPa；下部为中更新统重粉质壤土层，承载力标准值180kPa，地下水位埋深6.90～9m。土体结构比较复杂，各层软硬、密实状态差别较大，下部土层（高程80.20～82.20m之间）中含钙质结核和砂砾石透镜体，砂层中含钙质胶结薄层，这些因素对定向钻导向孔施工影响较大，在施工中需多加注意。

因地质原因，设计对定向钻施工穿越总干渠的水平直线段进行了调整，在原设计基础上水平直线段上调1.50m，以尽可能避开底部砂卵石层。

2 施工前准备

2.1 方案会审

施工前，建管局、监理部多次组织到施工场地进行调研，并根据现场情况召开定向钻施工技术方案审查会。(详见表1)

表1 方案审查会意见表

2.2 准备工作检查

检查项目部管理人员到位情况，技术负责人、质检科长、施工员、安全员等。检查施工机械、泥浆拌制材料是否按照要求已进场。其中，为保证泥浆配置满足熟化时间要求，要求泥浆系统必须射流泵；配备泥浆回收系统满足环保要求。检查检测设备、监测设备是否已按要求进场。

检查司钻、控向工岗位职责是否已制定，施工技术、安全交底工作是否已进行。检查钻机是否已就位，地锚箱是否牢固，钻杆入土角度、入土点位置是否准确。检查安全监测仪器是否已埋设，观测人员是否已到位。检查项目现场应急处置小组是否已成立、应急材料设备是否已到位。

以上检查工作都是为后续施工的基础，准备工作不到位，就容易出现质量管理漏洞，发生突发事件不能及时处理，从而造成更大的破坏。

3 导向孔钻进

工程采用XZ3000型钻机，改钻机最大拉力为3000kN，最大扭矩110kNM，因地质条件中有含有砂层，导向孔钻进采用“鸭掌钻头”无磁钻杆+Φ140钻杆。控向设备采用美国生产的P2有线控向系统，为防止钻孔时导向孔与设计穿越曲线的偏移，地面布置人工磁场确保控向系统的精准。

正式钻导向孔前，在钻杆前安装无磁钻铤、无磁方向短节、导向鸭掌钻头、定位调整片等，导向孔参数如下：

初始曲率半径为1560m，收尾曲率半径为1560m，入土角为8°，出土角为6°，出土点高差为1.25m，间隔角度为0.38°。入土角段长度为35.24m，初始曲率半径段（向下）长度为217.82m，平底段长度为79.89m，收尾曲率半径段（向上）长度为163.36m，出土角段长度为122.36m。每根钻杆长度约9.60m，根据设计曲线确定每根钻杆控向理论参数（方位角、倾角、钻进水平进尺、高度进尺），并将探头实际参数与理论参数随时进行比较，以保证实际钻孔曲线与理论曲线更加接近，误差更小。

钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的物质携带出来，同时维持孔壁稳定，保持孔内泥浆面，减少阻力，钻进浆液基本配方为：5%～7%膨润土+0.20%～0.40%增添剂+0.30%降滤失剂+0.20%固体润滑剂；砂层加0.20%CMC纤维素。导向孔钻进时，采用马氏漏斗每2h测量1次泥浆粘度。

导向孔施工时的钻头喷嘴泥浆压力≤1MPa，特别是在穿越总干渠管理红线区域内的钻进泥浆压力更是控制重点，避免因压力过大出现冒浆。

为了导向准确，根据钻杆长度和曲率，在曲线段每根钻杆调整的角度为0.38°，控向员在施工中控向，要严格按照施工规范和设计曲线钻进，确保每根钻杆的操作符合设计所规定的曲率半径范围。

钻进过程中随时测定钻进方向，根据微机显示的数据分析钻头所在的位置等。控向人员随时监视和控制穿越曲线情况，控向过程逐渐实现，不要急剧调向，以防卡钻。造斜段每0.50～3m量测一次，水平直线段每3～5m量测一次，量测参数与设计曲线理论参数进行比较，每四根钻杆的累计折角误差不得超过0.50°，且误差要随时调整过来。轨迹偏离误差不得大于钻杆直径的1.50倍，否则应退回进行纠偏。

根据设计要求，控制导向孔曲线与设计曲线的偏移量≤0.50m，出土点位置横向偏差≤1m，纵向偏差≤2m。（导向孔钻进记录详见表2、表3）

表2 导向孔钻进过程表

表3 导向孔钻进参数表

4 结论

机械、材料准备情况要做好检查，确保能够连续施工。这是因为水平定向钻导向孔施工属于地下工程，一旦发生意外事件，停滞时间越长，发生缩孔、堵孔的危险性就越大。加强岗前培训，泥浆配置、司钻、机长岗位人员责任心一定要到位，再好的规范、制度也是需要人来操作、执行。多环节、多层次管理，本工程成立了建管、运行管理、监理、施工、监测、作业班组多层次巡视值班制度，某环节管理不到位，其他环节立即就能发现并补正，确保干线渠道穿越工程顺利进行。

TU996

B

1673-8853（2017）09-0043-02

李炎森（1985.12-），男，工程师，主要从事水利工程监理工作。

2017-6-12

编辑：刘长垠 韦诗佳