定向钻穿越砾石层综合技术

徐今山

【摘要】随着水平定向钻穿越施工技术的不断发展，砾石层穿越已经不再是水平定向钻穿越难以逾越的禁区，而如何在穿越施工中更好的隔离砾石层也成为了定性钻穿越行业的重点研究对象。针对水平定向钻施工中穿越大厚度、大粒径砾石层这一技术难题，本文在分析砾石层地质环境特点的基础上结合目前的定向钻施工技术对如何成功完成砾石层穿越进行了探讨，并提出了一些可行性建议，希望能够为金钩应用水平定向钻穿越砾石层施工提供借鉴。

【关键词】定向钻；砾石层；非开挖；综合技术

对于管线敷设来说，非开挖技术的出现可以说对其产生了根本性的影响，在此之前，管线的敷设不仅需要投入大量的成本，也会对环境、交通等造成一定的影响。而非开挖技术所具有的成本低、效益高、工期短、不破坏环境、不影响交通等优点使得其近年来在我国得到了迅速的发展。而作为非开挖技术中应用范围最广的一种技术——水平定向钻进技术，也成为了目前在敷设供水、供气、电信电缆等管线时的首要选择。 经过多年的实践探索研究，我国的水平定向钻进技术愈加的成熟，对地层的适应能力也越来越强，以前被视为禁区的大厚度、大粒径砾石层已经被定向钻成功穿越。

1、定向钻进施工技术

1.1钻导向孔。利用定向钻进设备在入口处开始钻进，在钻进的过程中需要时刻的利用导向仪来对钻进的情况进行监测和控制，确保钻孔能够按照设计的线路前进，顺利的从另一端钻出地表，从而完成导向孔的施工。

1.2扩孔。值得注意的是，如果需要敷设的管线的直径比较大，那么就很难顺利的完成扩孔和回拖作业，这个时候必须采取有效的措施来对导向孔进行逐级的扩大，具体的导向孔每次需要扩展的直径需要根据敷设管线、施工设备、地层条件和现场实际施工状况来确定。一般来说，为了能够确保管理的顺利敷设，最终的导向孔直径应当是待敷设管线之间的1.25-1.5倍左右。此外，孔径的大小、不同的地层条件等会对孔内残余泥土的多少造成影响，因此在扩孔的时候也要根据孔内的泥土量来确定是否有必要进行清孔。

1.3敷管。敷管时实现非开挖敷管目标的最后一步，从理论上来说，扩孔（清孔）能夠和敷管一气呵成，中间没有任何的非作业停顿是最为理想的，这样可以最大限度的减少因钻孔暴露时间过长而引起孔内坍塌的危险。一般来说，敷管的主要过程如下：首先将出口处已经焊接好的关系依次装上连接头、万向接、扩孔钻头；其次，在入口处启动钻机，把扩孔钻头连接到钻杆上；然后在确定各部件已经牢牢的连接的情况下指挥钻机开始会拉钻杆，注意在扩孔钻头将要进入孔口的时候要及时的指挥钻机开泵打水选择，通过钻杆输送泥浆液到扩孔钻头，一边选择一边会拉；最后，在待敷设管线已经被拉到预定位置的时候及时的停止作业。如此一来，定向钻进施工就完成了。

2、定向钻穿越砾石层技术分析

一直以来，非开挖定向钻钻进技术在面对砾石层时都颇感棘手，复杂的地层环境，颗粒大小差距很大的构造成分使得砾石地层的整体结构相当的松散，而导致采用定向钻进技术的话很难形成一个完整的孔道，而孔道的扩展和管道的回拖更是无从谈起。对此，通过对常用的隔离技术进行理论分析，笔者认为定向钻穿越砾石层时可以采用以下的技术方法：

2.1钢套管隔离技术。相对来说，钢套管隔离技术目前已经比较成熟，定向钻短距离穿越施工中经常采用该技术。在施工的过程中通过钢套管隔离技术来限制钻孔设备在钻孔过程中的钻杆摆动，提高钻杆在钻进过程中的刚度。而将钢套管技术应用于隔离砾石地层是可行的，但是在实际的操作中需要注意处理好钢套管和基岩之间的接触部位，因为下伏基岩的抗压强度一般情况下要远远的低于钢套管本身的抗压强度，这样一来两者之间就形成了抗压强度变异性，在扩孔的过程中很容易形成折角，扩孔的次数越多，折角就会越大，进而会对管道的回拖造成一定程度的影响。因此，定向钻穿越砾石层时采用钢套管隔离技术的话，需要对改技术进行一定的优化，确保钢套管的抗压强度和下伏基岩抗压强度的协调性，尽可能的避免折角的形成。

2.2黏土置换隔离技术。黏土置换隔离技术指的就是在定向钻穿越砾石层的时候将砾石层剥离开挖，然后再用黏土进行分层碾压回填，以此来确保导向孔的顺序成形和扩孔工作的顺利完成。但是值得注意的是，在回拖管道的时候要不断的排水来保证黏土回填密实，一旦出现排水不畅的情况就很容易导致黏土在回填的过程中形成橡皮土，这种情况下钻头或者扩孔器在经过该部位的时候，钻头和扩孔器在自身的作用下就会形成严重的折角。此外，黏土在回填夯实的过程中要严格的控制好含水量，过高或者过低的韩含水量都会对黏土的夯实效果造成一定的影响。和钢套管隔离技术相比，黏土隔离技术的最大优势在于夯实之后的黏土的抗压强度和下伏基岩的抗压强度基本一致，这样就不易出现折角现象，但是其对于施工技术的要求相当高，使得该技术并没有得到大范围的推广应用。

2.3人造岩体隔离技术。人造岩体隔离技术是近年来新出现的一种隔离技术，目前已经比较成熟，成为定向钻穿越砾石层时首选的隔离技术。人造岩体隔离技术主要采用的是先将砾石地层剥离开挖，然后按照下伏基岩的岩体性能来制作“岩体”确保人造岩体能够和下伏基岩的抗压强度保持一致。相比于钢套管隔离技术和黏土置换隔离技术而言，人造岩体隔离技术具有施工工艺较简单，对施工技术的要求较低，成本不高，便于操作等优点，例如由于人造岩体的抗压强度和下伏基岩基本一致，因此钻头和扩孔器在钻孔或者扩孔的时候不会出现明显的折角，保证了所形成的孔道平滑顺直；可以适当的调整人造岩体的材料配置比例，来消除人造岩体与下伏基岩之间存在的强度变异系数，适应各种复杂的砾石岑，而且人造岩体四周基坑也可以作为泥浆储存坑来使用，减小施工作业场地的占地面积。因此，人造岩体隔离技术成为目前定向钻穿越砾石层的主要技术也是理所当然的。

参考文献：

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