張與勝

【摘要】濕陷性黃土在我國北部、東北部地區(qū)廣泛分布。隨著大型工程二次施工以及穿越施工的普及定向鉆技術在濕陷性黃土上被廣泛應用。濕陷性黃土由于具有濕陷性、滲水性等特性在施工過程中需要區(qū)別于傳統(tǒng)的定向鉆技術。本文從濕陷性黃土的特性為視角，結合本人在實際施工過程中的經(jīng)驗以及存在的問題。分別從施工準備體系、多元協(xié)調(diào)的導向控制、優(yōu)化泥漿配比方案、完善施工后期的成孔保護等四個角度去討論其在濕陷性黃土地區(qū)的應用，希望為今后的科研與施工提供理論依據(jù)。

【關鍵詞】定向鉆；濕陷性黃土；存在問題；優(yōu)化對策

0.引言

濕陷性黃土由于土壤結構以及水分含量等問題造成顯著地地質(zhì)性塌陷。在施工的過程中如果不進行必要的施工處理以及合理的施工方案進行規(guī)避，不僅對施工的質(zhì)量造成一定的影響與危害，而且在工程的質(zhì)量驗收以及使用壽命等方面存在一定的問題與安全隱患。因此，在施工的過程中隊濕陷性黃土的識別以及處理成為了施工的關鍵。我國在針對濕陷性黃土的施工過程中主要采用強夯、化學固定、沖擊碾壓等方式進行施工，在實際的使用以及定向鉆施工過程中還存在一定的缺點與問題。本文基于濕陷性黃土地區(qū)的特征以及施工過程中必須注意的施工難點為突破口，結合施工過程中遇到的實際問題分別從導向控制、泥漿配比以及成孔保護等方面討論施工技術的優(yōu)化措施，為今后的同類施工以及研究提供理論依據(jù)以及實踐指導。

1.濕陷性黃土黃土地區(qū)特征及其施工難點

所謂濕陷性黃土是指在黃土區(qū)域具備濕陷特征的土壤環(huán)境，一般用土壤的濕陷系數(shù)進行表征。從地質(zhì)學角度出發(fā)濕陷性黃土產(chǎn)生的原因主要有兩個方面：一方面來源于濕陷性黃土的土壤組成及其性質(zhì)，由于沙粒結構以及粒徑量級的分布而造成的土壤流動性的加強。另一方面是由于當?shù)氐臍夂颦h(huán)境所操作的土壤總體水壓過大而造成的。

1.1濕陷性黃土地區(qū)特征

濕陷性黃土地區(qū)由于濕陷性黃土的特征而表現(xiàn)出不同的地質(zhì)特征，主要可以概括為壓縮性、濕陷性、抗剪強度以及透水性。按照對定向鉆施工的危害程度，本文主要關注濕陷性黃土地區(qū)的濕陷性以及透水性等特征。

黃土濕陷性是濕陷性黃土地區(qū)的主要特征之一，同時也是造成工程危害的主要原因之一。在工程施工的過程中必須針對這一特性進行事宜的施工方式的選擇。所謂的濕陷性是指濕陷性黃土在浸水或者自身重量的作用下而導致的上層土壤向下擠壓沉降的特性。在施工過程中將黃土的濕陷性按照動力的來源分為自重濕陷以及非自重濕陷。其主要區(qū)別的根據(jù)判斷土壤濕陷的動力來源于土壤本身的重量還是來源于土壤的附加壓力。這種濕陷特征對于施工的影響較大。主要表現(xiàn)為施工過程中的土壤濕陷容易造成定向鉆孔的坍塌以及堵塞。在施工后期容易由于這種濕陷而造成孔道內(nèi)部設備的變形與損壞，嚴重的影響了施工質(zhì)量以及使用的壽命。

濕陷性黃土的透水性主要是由于濕陷性土壤孔隙過大而造成的縱向與橫向透水率的增加。在實際的工程施工過程中由于鉆孔的空洞效應以及減壓效應等因素，容易造成孔道的積水，并由于土壤水分內(nèi)流等緣故帶來大量的不可清理泥沙。一方面影響定向鉆施工效率，另一方面由于水還原等因素降低孔道內(nèi)部設備的使用壽命。

1.2濕陷性土壤的施工難點

濕陷性土壤施工的難點主要在于對土壤濕陷性以及透濕性的規(guī)避與預防。主要采用的方式包括了土壤的預處理以及排水措施。具體如下：

為保障工程質(zhì)量以及施工效果，在針對濕陷性土壤的定向轉施工過程前需要對施工地點進行預處理，具體的預處理方式可以根據(jù)定向鉆深度進行靈活的選擇，一般對于管道要求3-10m的可以采用強夯方法對定向鉆的預設軌道進行加固處理，伺候進行定向鉆開挖施工，能夠在一定程度上保障了通道的暢通以及施工的質(zhì)量。對于施工以及后期使用過程中的深水處理可以通過磨漿護孔作業(yè)過程中泥漿比例的調(diào)控以及防水劑的添加使用達到相應的目的。

2.傳統(tǒng)定向鉆施工缺點

定向鉆具有施工周期短、投入少、精度高以及不損傷主體建筑等特點在穿越施工中被廣泛的應用。在濕陷性黃土環(huán)境下傳統(tǒng)定向鉆施工具有一定的缺點，具體如下：

2.1定向鉆施工前準備不足

此方面問題主要表現(xiàn)為在定向鉆施工之前對濕陷性黃土的判斷不足，導致沒有進行必要的夯實處理便進行定向鉆的工程施工。這種問題在施工過程中容易造成擴孔過程中的坑道沉陷變形，影響施工質(zhì)量以及后期管線鋪設。嚴重者容易造成穿越孔道的坍塌。此外，在定向鉆施工過程中由于需要開挖施工以及壓力管道施工的配合，在施工過程中由于前期規(guī)劃的不到位常常造成施工連接錯位等問題，造成一定施工材料與資源的浪費。

2.2定向鉆導向錯位

濕陷性黃土濕陷常常表現(xiàn)為垂直層面的位移，進而造成定向鉆豎直方向的錯位，以及定向管道的非計劃曲折，對后期擴孔以及管道的鋪設造成一定的影響。在垂直方向錯位的影響下容易造成穿越通道的垂直彎曲，對后期的擴孔操作造成一定的影響，同時這種垂直方向的位移與穿越距離呈現(xiàn)出一種顯著關系。

2.3泥漿配比無法符合施工要求

在泥漿的配比過程中主要考慮的因素為如下三個：一個為泥漿的密度，泥漿密度直接決定了泥漿的附著力以及在定向鉆擴孔回拉過程中的回拉力度。一個為泥漿添加劑的使用根據(jù)不同地質(zhì)環(huán)境需要在泥漿配比過程中加入不同添加劑來對泥漿整體性能以及適宜性進行有效的提高。在濕陷性黃土土壤上的施工對泥漿的要求較為嚴格。與前面相同由于對土壤類型與質(zhì)地的預判等因素常常導致泥漿配比與傳統(tǒng)定向鉆泥漿配比相同，無法符合特殊地質(zhì)的施工要求。

2.4后期成孔保護不利

在定向鉆施工的過程中主要采用護筒和泥漿進行成孔保護。而在水平定向鉆的施工過程中則主要通過泥漿來進行保護。泥漿的灌注不僅僅能通過其填充作用防止鉆孔的坍塌，同時還利用其沖刷作用，帶出大量的泥沙，保障了定向鉆施工的順暢。在傳統(tǒng)的定向鉆施工過程中需要注意成孔保護階段與導向孔施工階段的泥漿要求具有很大差異。這往往是實際施工過程中所不注意的。

3.施工技術優(yōu)化措施

3.1建立完善的施工準備體系

建立完善的施工準備體系主要從兩個方面入手。一方加強在施工前對土壤性質(zhì)的判斷與調(diào)查。在充分調(diào)查當?shù)赝寥李愋偷暮暧^資料的基礎之上，對施工路段進行實際的調(diào)查，并借助穿越主體的施工條件作為輔助判斷依據(jù)。另一方面，在確定了土壤類型具有濕陷性的基礎之上需要對施工位點進行充分的初期準備。

3.2采用多元協(xié)調(diào)的導向控制

在施工前對施工部分進行垂直定向孔的施工。同時重點關注垂直方向的濕陷性惟一。同時改變傳統(tǒng)2D定位技術僅能夠?qū)ΧS坐標進行定位的確定，采用更為先進的聲波或紅外線定位系統(tǒng)對定向鉆走向進行3維的定向，以便對濕陷性位移更準確的把握。

3.3 優(yōu)化泥漿配比方案

增加泥漿粘度的方法來維護鉆孔的穩(wěn)定。具體為：回擴孔時泥漿的馬氏粘度值必須保證在45~55秒之間，泥漿比重應大于1.03，泥漿注入土中與粘土混合后產(chǎn)生的泥漿比重應大于1.10；具體可以分為三個階段：首先，鉆導向孔階段要求盡可能將孔內(nèi)的泥沙攜帶出孔外，同時維持孔壁的穩(wěn)定；其基本配方是：7-8%預水化鈉基膨潤土+0.2-0.4%增粘劑+0.3%降濾失劑。其次，預擴孔階段要求泥漿具有很好的護壁效果，防止地層坍塌，提高泥漿攜帶能力；其基本配方為：7-8%預水化鈉基膨潤土+0.3%-0.5%提粘劑+0.4%降濾失劑。最后，擴孔回拖階段要求泥漿具有很好的護壁、攜砂能力，同時還有很好的潤滑能力，減少阻摩力和扭矩；其基本配方如下：7-8%預水化鈉基膨潤土+0.3-0.5%提粘劑+0.4%降濾失劑+2%-3%的潤滑劑。

3.4完善施工后期的成孔保護

對施工后期的成孔保護泥漿配置進行嚴格的把關與調(diào)配實驗。以導向孔施工泥漿為藍本降低固液混合比以及鈣質(zhì)的含量，同時增加潤滑作用。使得定向鉆擴孔過程能夠順利的進行。[科]

【參考文獻】

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