水平定向钻进施工事故案例分析

尚勇，俞善东，何波

水平定向钻进施工事故案例分析

尚勇，俞善东，何波

（重庆燃气集团股份有限公司重庆400020）

本文介绍了重庆长寿—南川天然气输气管线穿越河流工程中发生的水平定向钻进施工事故，并对这些事故进行了逐项分析，指出了水平定向钻进施工中应该注意的有关事项。

水平定向钻；施工；事故；分析

非开挖敷设地下管线技术已在我国管线工程建设中得到广泛应用，其中水平定向钻进技术是近年来发展起来的高新技术，主要方法是采用安装于地表的钻孔设备，以相对于地面较小的入土角度钻入地层形成先导孔，然后将先导孔逐步扩径至所需大小后铺设管道。水平定向钻进技术具有对地表干扰较小、施工速度快、可控制铺管方向、施工精度高、综合成本较低等优点，目前较多地应用于市政管道、石油天然气管道穿越河流、湖泊、公路、建筑物等障碍物的工程中。但是，在地下条件多变时，水平定向钻进技术也具有技术上存在不足和弱点、施工前准备工作要求较高、存在作业失败导致重复施工的风险等缺点。本文拟对重庆燃气集团实施的重庆长寿-南川天然气输气管线乌江穿越工程（水平长度833m、管径D406、设计压力6.3MPa）和梨香溪穿越工程（水平长度520m、管径D457、设计压力6.3MPa）中的水平定向钻进施工事故案例进行分析，指出水平定向钻进施工中应该注意的问题。

1 漏浆卡钻事故

1.1 事故概况

穿越乌江工程第一次导向孔施工至350m时，钻机推力突然减少到2MPa（约4t），钻进6m后推力突然增加到12MPa(约24t)，同时，发生跑浆现象，地表泥浆坑内约20多方的泥浆在3～5分钟内全部跑完。发生此情况后，施工单位立即回抽钻杆，回抽3根钻杆后，钻机扭矩达到25MPa，拖不动钻杆。继续注泥浆500 m3至600m3后，扭矩依然保持在25MPa且一直不返浆，确定发生卡钻事故。

1.2 事故原因分析

（1）漏浆卡钻事故发生的直接原因是在导向孔施工到336m处时，地层存在较大的裂隙且破碎，泥浆很快跑完，导向孔内没有泥浆支撑，掉落部分石块，在回抽钻杆时，未被泥浆带出的岩屑及掉落的石块堆积到导向孔的某一处，导致卡钻。

（2）施工组织设计时没有意识到地层的复杂性，没有考虑到地层中存在较大的裂隙且裂隙发育，没有意识到漏浆的风险，导致岩屑没有清理干净。

2 钻头断裂事故

2.1 事故概况

（1）第一次事故

穿越乌江工程第二次导向孔施工中，用直径为8′1/2″的牙轮钻头导向施工到约350m之后抽出钻杆，更换直径为12′1/2″的牙轮钻头并将导向孔扩大过程中，开始时一直不返浆。在第6根钻杆到第10根钻杆之间开始返浆，返浆时未带出岩屑，随后又不返浆。当钻到19根时又开始返浆，并且施工单位在钻进过程中来回抽送钻杆洗孔。当钻到第25根时，扭矩开始增大，达到20MPa，且钻进的速度很慢，施工单位决定再洗孔，并向外抽钻杆。刚开始的两根钻杆扭矩特别大，达到16～20MPa，从第4根开始，扭矩降低至6～10 MPa，钻杆容易抽出，在钻杆全部抽出时，发现牙轮钻头掉入导向孔内，发生钻头断裂事故。

（2）第二次事故

穿越梨香溪工程第二次施工中，当回扩至47根钻杆，即442m时，回拖力为5～6MPa，扭矩波动较频繁，在10～14MPa，并伴随有卡钻现象。当回扩至446m时，扭矩波动在10～18MPa，相对较大。当回扩48根半钻杆时，即在455m时，有卡钻现象，瞬间达到20MPa，震动较强，施工单位立即停钻，并向出土点回送一段钻头，结果无法推动。然后再回拖，随即仪表显示回拖力下降至3MPa，扭矩约6MPa，无震动现象，推断Φ500mm回扩钻头掉落或钻杆断裂。将钻杆全部抽出后，发现Φ500mm回扩钻头主轴连接处断裂（见图1）。

图1 钻头主轴断裂

（3）第三次事故

穿越梨香溪工程第三次施工Φ700mm扩孔过程中，当16根回扩到30cm左右发现卡钻现象（约144m处），扭矩直线上升，施工单位立即停止回扩，并向出土点回送钻杆检查回扩钻头。经检查，发现Φ700mm回扩钻头有一个牙掌断裂掉落（见图2）。

图2 牙掌断裂脱落

2.2 事故原因分析

（1）地质原因

施工中穿越的地层复杂，地层岩性软硬交错、分布不均，部分地层强度较高，可能存在裂隙，使施工过程中钻头各个牙轮受力不均，从而导致扭矩波动大，回拖力较高，是两次导向或回扩钻头断裂的直接原因之一。

另外，施工过程中返浆时断时续，使钻孔所产生的岩屑不能及时排出孔外，而在钻孔内淤积形成岩屑床，向出土点推送钻头时，阻力较大，回拖力高而造成钻头断裂。

（2）机具设备原因

施工过程中长时间地使钻头各个牙轮受力不均，扭矩波动大，诱发了钻头疲劳受损，从而在钻头的受损处或有裂纹处断裂。同时，Φ700mm回扩钻头系全新的设备，其材质未达到施工要求，设备质量也存在问题。

3 机具掉入导向孔事故

3.1 事故概况

穿越乌江工程第三次导向孔施工中，在进行DN350扩孔施工时，在扩孔进行了450m～500m时，最后一根钻杆扩孔速度变慢，扭矩跳动加大，后将扩孔器从出土端退出后发现牙轮掉入导向孔中4个。

在打捞牙轮施工过程中，在第43根钻杆处的裂隙发育的破碎层处，遇到岩层掉落碎块及岩屑堆积等原因造成打捞器卡钻，钻杆扭矩达到30MPa左右，推力达到10MPa左右。在此情况下，继续向前（出土点方向）推送钻杆及打捞器，当推到第48根钻杆时，扭矩从30 MPa左右下降至4 MPa并保持稳定，推力从10 MPa下降到2 MPa并保持稳定，并且之后的钻杆每5分钟左右推送一根，分析原因为可能钻杆断裂。后将钻杆全部回抽，确定在距入土点30m处钻杆断裂。然后进行打捞钻杆施工，在进行打捞钻杆施工时，用入土点钻机将母丝锥通过套管送入导向孔内对断裂的钻杆进行攻丝扣连接，出土端钻机进行洗孔二遍后，用入土点的钻机通过母丝锥扭动钻杆，起始扭矩30MPa，后扭矩缓慢下降到8 MPa，试拉钻杆，在拉力仅6MPa的情况下将47根钻杆取出，发现在第48根钻杆处发生断裂，打捞器及2.7m长的钻杆掉入导向孔内，导致第三次导向孔作废。

3.2 事故原因分析

（1）打捞器的结构尺寸设计不合理，管径太大，长度太长，打捞器在导向孔内不能顺利地前进。

（2）技术人员粗心大意，在发生第一次打捞器卡钻时，没有认真分析原因，并制定有效措施解决问题，盲目地进行施工，导致钻杆断裂。

（3）司钻手责任心不强，在钻杆第一次断裂时，没有观察到扭矩的变化，没有及时发现问题，继续盲目地进行施工，导致第二处钻杆断裂。

（4）第45根到第48根钻杆处地质裂隙发育，岩层破碎，导致大面积塌孔，致使打捞器卡钻。

4 抱管事故

4.1 事故概况

穿越梨香溪工程第一次施工拖管过程中，拖管进洞到118m时，因修理泥浆泵，停工时间太长（约7小时），回拖时已相当困难，当时扭矩是8～10MPa，但拖力很高，达24～25 MPa，同时还用挖机在出土点松动管道，并在管道末端用挖机增加推力。经过近2小时的努力，终于缓慢拉动了管道，但回拖力始终没有下降，然后钻机液压油管爆裂，停止回拖，暂停施工；当再次拖管时，拉力一直居高不下，而且不断上升，从20MPa上升到28MPa，以至达到钻机的极限拉力时仍无法拉动管道，被迫放弃拖管，最终管道进洞122m。

4.2 事故原因分析

（1）在回拖管道时泥浆泵损坏，虽经全力抢修，但仍延误施工时间达7小时，造成孔内岩屑和泥浆沉积，是发生抱管事故的主要原因。

（2）施工单位对于出、入土角、曲率半径等没有严格按设计要求执行，实际出、入土角度与设计角度偏差过大，发送沟未与穿越轴线保持同一轴线。

（3）施工单位没有确保设备完好率，相应的备用设备及配件，应急准备没有落到实处。

（4）施工中扩孔直径没有达到规定的1.8倍铺设管道直径。

5 钻机事故

5.1 事故概况

穿越乌江工程第四次施工管道回拖过程中，回拖达到570m时，水平定向钻机上动力头的花键处发生断裂事故，致使管道回拖暂停。

5.2 事故原因分析

本次管道回拖使用的水平定向钻机为北京土行孙DDW1200型，最大回拖力应可达120t，但当管道回拖力仅达到80t时就发生了花键断裂事故，说明此钻机的材料可能有一定的缺陷，存在质量问题。

6 小结

通过以上施工事故的分析，说明水平定向钻进施工存在较大的风险，施工中各环节直接影响工程的成败，均应严格控制，有关建议如下：

（1）重视地勘资料的重要性和准确性，施工中密切注意地质情况的变化，增加岩屑取样分析的次数，严禁盲目施工。

（2）严格按照设计文件进行施工，切实保证出入土角度、成孔曲率半径、每根钻杆的折角、孔径等重要参数的落实。

（3）施工前的各项准备工作应妥善、完备，应编制切实可行的应急预案。

（4）施工机具应处于良好状态，备料、备件齐全，尤其对于钻杆、钻头、回扩头等长期运行易产生金属疲劳的设备应有检查程序、检查手段和检测设备。

（5）施工技术负责人员对于施工中的异常情况，应能及时准确分析和正确处理；操作人员应严格按操作规程进行操作，并应具备相应的实际操作经验。

[1]马保松.非开挖工程学[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]叶建良，蒋国盛，窦斌.非开挖铺设地下管线施工技术与实践[M].武汉：中国地质大学出版社，2000.

[3]颜纯文，蒋国盛，叶建良.非开挖铺设地下管线工程技术[M].上海：上海科学技术出版社，2005.

[4]吴翔，杨凯华，蒋国盛.定向钻进原理与应用[M].武汉：中国地质大学出版社，2006.

责任编辑：余咏梅

施工经验

喷淋管道安装易忽视的问题

喷淋管道是指防止建筑物引发火灾而设置的管道。此种管道安装工艺要求较严格，但以下一些细节问题常被忽视，导致工程竣工时才被发现，不得不返工，故要引起高度重视，保证工程质量达到验收标准。

(1)蝶阀位置不合理。蝶阀通常设置在三通之后且距主干管不超过300 mm处，如距干管过近，会使管内水流产生涡流，对系统运行极为不利；如距干管过远，则不便于阀门检修，因此，蝶阀须按规范要求予以现场就位。

(2)喷头与顶棚的距离不合理。喷头与顶棚的距离过远，会造成喷头不能露出顶棚；而与顶棚过近会露出太多，与装修效果极不协调，主要是没有考虑顶棚本身厚度及装饰面厚度，故量尺寸应准确并复核。在划线、切管、装管时要对号入座，装完再校核尺寸，以使喷水盘后面的锁母与顶棚装饰面相吻合。

(3)干管标高不合理。干管标高应位于过梁下方300 mm左右处，主要考虑避免与过梁冲突，便于做吊顶时隐蔽，符合观感要求。如干管过高不但与过梁打架，穿越结构困难，而且管子焊接不易进行，因地方狭小焊口质量难以保证；干管过低，则吊顶时易露出管道，既不美观又不符合验收要求。管工在施工前，应通盘考虑，以避免不必要的返工。

（摘自：《建筑工人》）

Accidents Case Studies of Horizontal Directional Drilling Construction

This article introduced and analyzed the accidents occurred in some of the horizontal directional drilling construction projects that happened during the river crossing process of natural gas transmission pipeline concerning Chongqing's Changshou to Nanchuan City.The author of this paper then pointed out that the related items should be paid attention to in the horizontal directional drilling construction projects.

horizontal directional drilling;construction;accident;analysis

TU996

A

1671-9107（2012）03-0033-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.3.033

2011-12-13

尚勇（1966－），男，重庆人，高级工程师，学士，主要从事燃气工程的工程管理。