定向穿越在燃气施工中的质量控制

谭保文

开平建安集团有限公司 广东 开平 529300

【摘 要】本文主要针对定向穿越在燃气施工中的质量控制展开了探讨，介绍了定向钻技术的优势，给出了一系列相应的质量管理及控制措施，并为定向钻施工管道的定位作了分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

【关键词】定向钻施工；质量控制；措施

1 概述

定向钻施工方法相对于传统的开挖施工技术具有很大的优势，它有着不污染环境、不影响交通、建设周期短、综合成本低等优点，在如今的燃气管道施工中有着广泛的应用。但是由于定向钻施工属于地下工程，我们需要采取有效的管理及控制措施做好对施工质量的把握。基于此，本文就定向穿越在燃气施工中的质量控制进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

2 定向钻技术的优势

（1）对地面干扰小。施工时不影响交通，不破坏环境（绿地、树木），不干扰工厂、商店、医院、学校和居民的正常生活与工作秩序。

（2）施工速度快。由于辅助工程（如支护、回填等）少，施工速度大大提高。

（3）碳排放量少。由于施工时地面交通拥堵少，施工时间短，而且减少了渣土和回填土的运输量，使碳排放量大大减少。加拿大滑铁卢大学的研究表明：定向钻施工的碳排放量仅为开挖施工的2%～10%。

3 定向钻施工质量管理及控制措施

3.1 市政管道的前期勘探

随着城市的发展，各类市政管网错综复杂，且一些年代较远的市政管道地上标志桩往往都早已丢失或模糊不清，一般浅埋管道通过打开井盖或仪器扫描可以查探清楚，而一些深度较大的顶管管道，现有条件无法查探，这样就会给我们定向钻施工留下较大的安全隐患。设计单位在设计施工平面图时应尽可能地把施工区域的市政管道在图纸上详细标明，以便施工时能起到参照作用，将安全隐患降到最小。

3.2 特殊地形做前期地质勘探

项目所在地属于多种地质形态地区，山体、河流较多，燃气管道定向钻施工时往往要穿越河流、道路，甚至山体。一般遇到这种情况，现阶段都是先试钻，以钻头的触感来大概判断地下土层土质。若遇到风化岩层，往往要变换地点，花费很大的人力物力进行试钻，才能寻找出理想的穿越路径。在遇到山体、河流等地形时，先做地质勘探，根据勘探报告进行穿越轨迹的设计施工。

3.3 施工准备阶段质量保证措施

认真做好勘测、复测工作，掌握地层地质情况。在未查明地下管道前，不得開工。如有不明管道，需联系管道所有方到场指明确认后方可开工。做好钻机设备机具的检查工作，保证设备和机具良好的工作性能。严格按照设计要求施工，准确测出钻机导向孔的入土点和出土点的位置，碰到钻机放置机位不足或其他管道位置影响等客观因素时，需征得设计方同意后才能进行变更。认真细致地做好导向孔路线及深度设计工作，把握好关键环节的质量安全性。做好泥浆的配制与使用工作，严格按比例调配泥浆。

3.4 导向孔钻进的质量保证措施

钻机安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为扩孔和回拖管道的引导曲线。导向孔是施工的关键工序，直接影响穿越的曲线及回拖成功与否。遇到软地层时不得加快钻进速度，遇到硬地质时不得强制钻进，否则容易造成钻杆弯曲和钻头损坏。定向钻导向系统的作用是测量导向钻头在导向孔中所处的位置，把测量结果通过无线信号传输到地面仪器，以三维坐标值显示出来，操作人员根据数据判断钻头所处位置及深度，从而进行下一步操作。在穿越过程中，应密切关注钻头倾斜角度、钻头深度，保证与设计轨迹偏差不超标。考虑到不均匀介质中钻进所引起的钻头偏离轨道、钻杆变形等因素，严格控制钻进方向，钻进过程中应根据导向系统及时修正钻进方向，避免产生较大误差，水平方向偏差不能大于0.3m，垂直倾斜角度随钻进深度调整。要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板，待钻头中流出水后，开动泥浆泵对准入土点进行钻进。钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层，不断前进。每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求。为保证施工过程的资料真实有效，导向数据要在第一时间（钻一根钻杆标记一次）完成，不要等到竣工时才整理数据资料，要在地面上的导向标记还未清除时，在对应的位置埋设标志桩。

3.5 扩孔和回拖管道质量保证措施

（1）扩孔阶段

扩孔施工中，如果遇到岩石含量太大，可能难以成孔，可以加注足够浓度的泥浆，尽量让上面的小粒石不下沉，充填块石之间的间隙以增加块石的稳定性。根据地质情况合理确定扩孔器水嘴的数量和直径，边扩孔边打入泥浆，视旋转压力及回拉压力逐渐加大扩孔级别，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，减少卡钻。经过钻机多次扩孔，最终成孔直径一般为管道直径的1.5倍，因此不会损伤管壁。

（2）回拖管道

导向孔经过扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管道依次连接好，从出土点开始，将管道回拖至入土点为止。由于扩好的孔中充满泥浆，因此管道在扩好的孔中处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样既减小了回拖阻力，又保护了管壁。在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大。管道回拖前要仔细检查各连接部位的牢固性。

管道回拖采用工作坑的方式进行。在挖工作坑时，计算好管道进入孔洞的这一段工作坑的坡度，确保工作坑与穿越孔洞的圆滑平缓。在回拖作业时，增加高润滑泥浆，使高润滑泥浆像薄膜一样附着于管壁。回拖前后，焊接好的管材下方应垫上管架，减少与地面的摩擦阻力，避免与地面接触而划伤管壁。

3.6 导向钻头的选择

在选择导向钻头前，必须先了解周边地层的地质情况，很多单位在小型定向钻施工敷管前都不进行地质钻探，只能参考长期在这一地区积累的资料。当了解这一地段是以软地层为主，那么就采用导向板面积较大的导向钻头，以利于控制导向方向；当了解施工段以砂、卵石及硬质地层为主，应采用导向板面积较小的导向钻头，使其顺利通过硬质地层、砂、卵石层。

3.7 开机操作的技巧

当导向钻头穿越砂、卵石层及硬质地层，需改变轨迹方向时，如果强制顶进，就会产生钻杆弯曲、导向钻头出水口堵塞等情况。根据工作经验，应采用边顶进带回转的操作方法，例如想将方向朝上，那么操作人员就应将给进顶力控制在钻杆将要弯曲时，另一手控制回转手把，使导向钻头方位在左右30°之间，使导向钻头在这区间左右转动，使其缓慢钻进，效果很好。这种方法一定要注意泥浆的配制，特别是砂、卵石难成孔，应配置较大密度泥浆以保护孔壁。硬质土层孔壁与导向钻头外径间隙较小，需及时把岩屑排出孔外，防止导向钻头、钻杆抱死。

3.8 管道的定位和标志桩的埋设

一般定向钻施工时，导向阶段的导向轨迹也就是最后燃气管道的埋设轨迹，导向轨迹大概呈抛物线状，有时为避开多个障碍物，还以S形存在。此时标志桩的及时埋设和施工记录的及时整理就显得尤为重要，时间一长具体位置容易遗忘。定向钻施工时，应在现场第一时间准确做好施工记录，在导向轨迹完成的同时立即埋设标志桩。

3.9 扩孔中问题及措施

（1）缩径

软土层扩孔容易产生缩径现象，导致孔内泥浆压力过大，卸钻杆时孔内泥浆通过钻杆喷出。此时，扩孔钻头回拉艰难，机械负荷变大，操作不当时可能产生抱钻事故。此时司钻手操作时应轻拉慢转，紧盯仪器表盘，根据情况操作。泥浆员选用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。

既要防止欠压造成孔内压力不足而缩径，又要防止失水造成的地层软化缩径，泥屑无法正常排出。孔内泥浆的压力应该控制在与孔深处的地应力相对平衡的值。客观上讲，这是很难做到的。但是通过合理设计和严谨的施工操作，尽量使不平衡程度减小。泥浆的静压力主要是通过调整泥浆密度来控制。一般应略小于平衡地压力所需的密度，以备再叠加循环动压力，工作坑是维持压力平衡所必需的，用来保持孔内泥浆具有一定的基本静水头。

（2）坍孔

沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔、抱钻、卡钻，严重时可能出现路面裂缝下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁，可有效地防止坍孔。如果在块石堆积处坍孔，只有将块石清除后方可继续扩孔。此时司钻手操作方法是：轻拉慢转，密切关注仪器表盘，待扩孔通过坍孔处时，扩孔钻头向后拉，直至钻机达到正常扭矩，如发现石头在钻头后部，可将钻头拉向尾部工作坑取出石头。

采用强降失水泥浆体系是控制坍孔、缩径的关键。首先选用优质配浆粘土，可交换的阳离子数目多，水分子易进入晶胞之间，粘土易水化膨胀，分散性好，故“活性大”，包被的水化膜多，是优质的降失水造浆粘土。此外，还可以加适量的降失水剂，如纳甲基纤维素、水解聚丙烯腈（HPAN）、植物胶等。

（3）泥漿漏失和不返浆

在松散的回填土层、地下水位较低、沙质粘土层、沙层、河床底的软土层扩孔，泥浆不从孔口返出，而是从孔内漏失至土壤。此时司钻手要适当控制泥浆泵的压力，泥浆员就要增大泥浆浓度和粘度，在孔壁上形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失。在穿越河流时，泥浆漏失严重时可在泥浆中加水泥或粉煤灰来控制漏失。

在扩孔或回拖敷管时，常见泥浆从孔内渗出地面。泥浆渗出的原因，一是扩孔、敷管中残留泥浆过多，阻塞钻孔，泥浆无法从孔口返出，泥浆在孔内形成高压而从地面渗出；二是地层松散，给泥浆留出通道，泥浆顺其通道渗出地面。此时，立刻开挖引沟将泥浆引出，然后组织泥浆车抽走。

一般情况下，泥浆从地面渗出对敷设管道影响不大，但是在一些特定的环境下要控制泥浆渗出。如：泥浆不可从居民房中渗出，不可从闹市区渗出，不可从养鱼、虾池中渗出。防止渗出泥浆的措施，一是增加钻孔深度；二是改变扩孔钻头结构，采用叶片式、溜槽式钻头，尽可能将泥屑搅成泥浆；三是司钻手、泥浆员要根据地层情况，控制好泥浆的浓度、粘度、流量，以便增加泥浆的护壁性，使钻孔形成完整通道，泥浆畅通无阻地从孔口返出。

3.10 对抱管的防范措施

提高泥浆润滑性，作为降低抱管引起的拉管摩擦阻力增大的辅助措施。提高泥浆的润滑性是定向钻敷管的重要技术，当抱管应力一定时，要减小管道与孔壁之间的摩擦阻力，主要是降低二者接触面的摩擦系数。可在泥浆中加适量聚丙烯胺，既可提粘、降失水，又具润滑性。工地现场也用洗衣粉当润滑剂，还可分解岩泥屑颗粒。总之，完整、干净、润滑的孔壁是成功拉管的关键。

3.11 操作程序及管理措施

由于压力失衡和失水造成的缩径、坍孔程度是随时间增加而递增的，因此，定向钻敷管应该以快速、紧凑、连续完成施工为原则，尽量抢在地层蠕变、泥屑沉淀、泥浆失水而引起坍孔、缩径、抱管风险明显增大之前敷设完管道。优化现场操作程序，做好各工序的高效衔接是非常重要的。司钻手操作时要控制拉、推速度，避免过快造成孔壁破坏。为此，施工前还应做好备件、维修准备工作，一旦在用设备发生故障，应尽可能短时间内修复。选用优质的管材，特别注意其抗拉强度。

3.12 拖管时防止随管导线断裂

近几年燃气管道定向钻拖管都按规定随管拖入电缆线，电缆线主要为以后确定管道位置提供信号。在土层条件好、施工距离短的情况下，电缆线可以随管拖出。但是在遇到土层条件差（如砂层、回填层、岩石层）的情况时，电缆线一般会断裂在孔洞中，这样不仅造成了浪费，更重要的是导致以后燃气管道无法探测。遇到特殊地质情况时，应采用套管保护电缆线的方式进行拖管。

4 对定向钻施工管道的定位

针对地下管道的探测问题，可以在施工时采取埋设金属示踪线的措施解决。通过在地下管道位置进行埋设，或者最好在所使用的塑料管材制造过程中，直接在管道上固化附加金属线，这样也能避免这些金属示踪线轻易扯断。这样，就可以将非金属材质的地下管道映射为具有金属材质性质（导电、导磁等）的线路。探测时，在线路两端建立信号源，对线路进行通电，利用这些金属材质的导电性及导磁性差异作为主要物性，以电磁感应理论为指导，对其电磁场变化规律进行观测和研究，据此寻找地下非金属管道。也可以利用地下管道与周围环境的不同物理性质对其进行检测。

5 结语

综上所述，为了保障燃气管道施工的顺利，提高管道的施工的效率和质量，在应用定向钻技术的同时，我们还需要认真掌握相应的质量管理及控制措施，保障定向钻的施工质量，从而为燃气管道的整体工程带来帮助。

参考文献：

[1]李慧新.水平定向钻施工在燃气管道穿越工程中的应用[J].福建质量管理.2015（08）.

[2]贾志东、施连义、张剑锋.大辽河天然气管道的长距离水平定向钻施工[J].建筑机械化.2013（06）.