王 彬

中化二建集團(tuán)有限公司 山西 太原 030021

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代非開挖技術(shù)的不斷發(fā)展，市政管道、電信通訊等基礎(chǔ)設(shè)施的新建、擴(kuò)建和改造，以及西氣東輸、川氣東輸?shù)却笮凸艿赖拇┰焦こ塘康脑黾?，?guó)內(nèi)的定向鉆施工技術(shù)得到迅速發(fā)展。在國(guó)內(nèi)，采用定向鉆施工技術(shù)成功穿越了長(zhǎng)江、黃河等大型河流及海域的管道工程，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)外一系列穿越紀(jì)錄，從而產(chǎn)生了“二接一”、“三接一”或“多接一”的定向鉆回拖方法。以下主要結(jié)合上海金虹航油管道工程項(xiàng)目討論定向鉆“二接一”回拖法在有限布管場(chǎng)地中的應(yīng)用。

上海金虹航油管道工程項(xiàng)目位于上海石化廠區(qū)至虹橋機(jī)場(chǎng)儲(chǔ)油庫(kù)設(shè)備區(qū)，管線全長(zhǎng)73.km，管徑為D457mm×9.5mm，設(shè)計(jì)壓力6.0MPa。因沿線多村莊、河流、省市級(jí)道路，多采用定向鉆施工，現(xiàn)選取橫浦河段的定向鉆“二接一”回拖法進(jìn)行討論。

1 施工現(xiàn)場(chǎng)狀況

橫浦河定向鉆全長(zhǎng)564m，西側(cè)200m 范圍內(nèi)有高速綠化帶、廢棄房屋，以及橫穿區(qū)級(jí)公路，因而西側(cè)不易作為入土點(diǎn)；東側(cè)300m 內(nèi)為農(nóng)田，300m 外有較多人流穿梭的公路及房屋建筑，不能整條布管鋪設(shè)，需并列設(shè)置兩根管道，長(zhǎng)度各為282m，因而采取“二接一”回拖法進(jìn)行施工。

經(jīng)查閱本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，該位置地質(zhì)表層為雜填土，下面依次為褐黃色粉質(zhì)粘土、灰黃色黏土、灰色黏土、暗綠草黃色黏土、草黃色砂紙黏土和灰色粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土。穿越工作主要在淤灰色黏土、暗綠草黃色黏土和草黃色砂紙黏土中進(jìn)行。該地段地質(zhì)條件良好，但仍應(yīng)防止縮孔、塌孔現(xiàn)象，要及時(shí)擴(kuò)孔，及時(shí)回拖。

2 回拖力計(jì)算

鋼管直徑：Φ457mm；壁厚：δ=9.5mm；一次拖拉長(zhǎng)度：L=564m。

鋼管自重（F自）計(jì)算式見式（1）。管線在洞內(nèi)摩擦力（F1）計(jì)算見式（2）。

式中：f——管道在孔壁之間摩擦系數(shù)（0.2～0.6）,取f=0.3；

管線在洞內(nèi)鉆進(jìn)摩阻力（F2）計(jì)算見式（3）。

式中：T——泥漿供應(yīng)力，19.5Pa；

ψ——固相含量系數(shù)（10～40），取15。

回拖力：Fmax=F1+F2=17.74+23.67=41.41t

則，Φ457 回拖力=41.41t×1.5=62.13t＜鉆機(jī)拉力（90t)。

3 定向鉆機(jī)設(shè)備選型

根據(jù)以上管道回拖力計(jì)算可知，采用90t 鉆機(jī)可以滿足條件。本次定向鉆選用古登牌GD450- L 型定向鉆機(jī)及成套施工設(shè)備，該鉆機(jī)平時(shí)為45t 回拖力，裝備配套馬達(dá)后，回拖力可達(dá)到90t。采用此型號(hào)鉆機(jī)可節(jié)約鉆機(jī)進(jìn)出場(chǎng)及臺(tái)班費(fèi)用，運(yùn)輸方便，經(jīng)濟(jì)適用。

4 導(dǎo)向孔施工過(guò)程控制

導(dǎo)向孔施工是定向鉆穿越的第一道工序，導(dǎo)向孔的軌跡控制是通過(guò)導(dǎo)向鉆頭來(lái)完成的，導(dǎo)向鉆頭是一種帶有斜掌面的射流輔助型切削鉆頭，直徑比鉆桿粗一些。當(dāng)鉆桿前面裝上鉆頭回轉(zhuǎn)并鉆進(jìn)時(shí)，可以鉆出直線孔；當(dāng)鉆桿前面裝上鉆頭只鉆進(jìn)、不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將鉆出弧線孔。導(dǎo)向鉆頭內(nèi)部帶有發(fā)射器，地表有對(duì)應(yīng)的接收器，能接收發(fā)射器采集到的斜掌面方位、導(dǎo)向鉆頭指向和深度等參數(shù)；地面操作人員通過(guò)參數(shù)來(lái)控制施工軌跡，作為預(yù)擴(kuò)孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。

導(dǎo)向孔施工在進(jìn)行巖石地質(zhì)穿越時(shí)還需要增加泥漿馬達(dá)。普通地質(zhì)一般不采用泥漿馬達(dá)鉆孔，而是直接利用鉆機(jī)本身的推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)功能進(jìn)行鉆進(jìn)施工。對(duì)于堅(jiān)硬地質(zhì)，由于鉆機(jī)本身的旋轉(zhuǎn)速度有限，同時(shí)由于鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)只能鉆進(jìn)直線，因此必須加裝泥漿馬達(dá)，利用泥漿馬達(dá)的高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆孔施工。

5 擴(kuò)孔施工過(guò)程質(zhì)量控制

由于本次定向鉆回拖為“二接一”的方式，管道回拖停滯時(shí)間長(zhǎng)，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。為了減少風(fēng)險(xiǎn)，采取增大孔徑的辦法，使最大擴(kuò)孔孔徑達(dá)到1.5 倍直徑，即Φ700mm。在擴(kuò)孔過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)扭矩及拉、拖力較大時(shí)，可采取多遍洗孔方式；洗孔時(shí)還要做好各項(xiàng)記錄，直到各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到規(guī)范要求為止。最小擴(kuò)孔直徑與穿越管徑關(guān)系見表1。定向鉆擴(kuò)孔和定向鉆洗孔現(xiàn)場(chǎng)分別見圖1 和圖2。

表1 最小擴(kuò)孔直徑與穿越管徑關(guān)系表

圖1 定向鉆擴(kuò)孔

圖2 定向鉆洗孔

6 回拖過(guò)程質(zhì)量控制

回拖是定向鉆穿越的最后一步，也是最關(guān)鍵的一步?；赝蠒r(shí)采用的施工方式是：鉆桿+ 擴(kuò)孔器+ 回拖萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)接頭+ 管道。在回拖時(shí)，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，避免因施工停滯，造成擴(kuò)孔器卡住等現(xiàn)象。

定向鉆“二接一”回拖工序及順序：回拖旋轉(zhuǎn)接頭連接→第一節(jié)管道回拖→管道對(duì)口焊接→第二節(jié)管道回拖。

6.1 回拖前的檢查工作

（1）在定向鉆管道回拖前，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行電火花檢測(cè)，并經(jīng)監(jiān)理簽字確認(rèn)；

（2）管道回拖前，必須檢查管道內(nèi)試壓水是否排放干凈，管道兩端是否封堵嚴(yán)密，確保管道內(nèi)干凈無(wú)雜質(zhì)。

（3）回拖旋轉(zhuǎn)接頭與鋼管焊接必須牢固可靠，焊縫必須進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，焊縫評(píng)定等級(jí)Ⅱ級(jí)以上為合格。

（4）定向鉆回拖現(xiàn)場(chǎng)需要搭設(shè)移動(dòng)洗片室，方便現(xiàn)場(chǎng)洗片，以減少回拖停滯時(shí)間。

6.2 管道支墩的設(shè)置

本定向鉆管道回拖結(jié)合地形條件和現(xiàn)場(chǎng)條件，采用土墩支墊+ 土袋的形式，避免管道防腐層及補(bǔ)傷口被破壞，并適當(dāng)進(jìn)行撒水措施，減少管道在回拖過(guò)程中與土的摩擦力。

根據(jù)回拖施工經(jīng)驗(yàn)，回拖時(shí)經(jīng)常在管道下方墊聚乙烯給水管（直徑在200mm 左右）。因聚乙烯管道具有韌性好、塑性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，可以使管道在回拖過(guò)程中保持管道干凈，防腐層及熱收縮帶不被損壞，提高了回拖過(guò)程中電火花檢測(cè)的精度。

6.3 定向鉆“二接一”回拖過(guò)程質(zhì)量控制

（1）擴(kuò)孔、洗孔完成后，在鉆桿前面一次裝上擴(kuò)孔器、旋轉(zhuǎn)接頭、回拖管道（圖3）。管道外觀檢查合格后，再次查看定向鉆機(jī)地錨是否符合要求，利用挖機(jī)將回拖管道順直到出土點(diǎn)處。

圖3 第一段管道回拖

（2）在管道回拖過(guò)程中，安排兩組防腐補(bǔ)傷專業(yè)人員，一組在入土點(diǎn)30m 處左右，另一組在入土點(diǎn)50m 處，進(jìn)行動(dòng)態(tài)電火花檢測(cè)（圖4）。如果發(fā)現(xiàn)管道有劃傷，要及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)，確保管道防腐層完好。

圖4 電火花檢測(cè)

（3）回拖過(guò)程中要控制回拖速度均勻。當(dāng)?shù)谝欢喂艿阑赝系郊s80m 處時(shí)，采用挖機(jī)將第二段管道從尾端逐步移到第一段管道的位置。各臺(tái)挖掘機(jī)必須聽從統(tǒng)一指揮，確保移動(dòng)管道時(shí)平穩(wěn)安全。

（4）第一段管道回拖至出土點(diǎn)大約40m 處時(shí)（必須保證管道平直），由挖機(jī)將第二段管道全部移動(dòng)到第一段管道位置上，并配合焊工完成兩段管道的組對(duì)過(guò)程。詳見圖5 和圖6。

圖5 管道連頭

圖6 第二段管道回拖

（5）兩段管道的連頭作業(yè)是定向鉆“二接一”回拖中的重點(diǎn)工序，時(shí)間應(yīng)盡量縮短。主要工序如下：管道組對(duì)→管道焊接→焊口噴砂除銹→焊口探傷→焊口防腐。完成管道連頭后，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行回拖作業(yè)。

在施工過(guò)程中，各工序所用時(shí)間：管道組對(duì)約0.75h，焊接約0.75h，噴砂0.5h，拍片0.5h，評(píng)片0.5h，防腐補(bǔ)口0.5h，合計(jì)管道連頭需3.5h。

根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》GB50424- 2015 中要求，回拖作業(yè)宜連續(xù)進(jìn)行，特殊情況下，停止回拖時(shí)間不宜超過(guò)4h。

（6）因管道內(nèi)敷設(shè)有用于管線位置復(fù)測(cè)的鋼絲線，為避免鋼絲因焊接被燒斷，焊接前將預(yù)制好的鋼套管穿在鋼絲線外（圖7），來(lái)保護(hù)鋼絲線。

圖7 鋼絲鋼套管

（7）“二接一”焊口防腐方式：采用改性高密度聚乙烯定向鉆專用熱縮帶，同時(shí)在該專用帶外部回拖方向使用犧牲帶加強(qiáng)防腐。

7 定向鉆施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析

雖然定向鉆施工技術(shù)越來(lái)越成熟，但一些難度較大的穿越工程還是具有較高的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，尤其隨著定向鉆技術(shù)向更粗、更硬、更長(zhǎng)、更復(fù)雜領(lǐng)域發(fā)展，逐漸增加了潛意識(shí)里定向鉆技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)。尤其采用“二接一”或“多接一”的回拖方法，會(huì)在一定程度上加大定向鉆施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

7.1 鉆具的風(fēng)險(xiǎn)分析

定向鉆鉆具包括鉆桿、導(dǎo)向鉆頭、擴(kuò)孔器等。控向單元總成裝在導(dǎo)向鉆頭內(nèi)，導(dǎo)向鉆頭受損將直接導(dǎo)致控向儀表導(dǎo)向偏差或者失靈。鉆頭常見的風(fēng)險(xiǎn)是鉆頭磨損。活接頭最常見的風(fēng)險(xiǎn)是斷裂，出現(xiàn)斷裂的原因是保養(yǎng)的周期過(guò)長(zhǎng)或保養(yǎng)不及時(shí)，活接頭的潤(rùn)滑不夠，從而導(dǎo)致?lián)p壞斷裂。

7.2 施工工藝的風(fēng)險(xiǎn)分析

在擴(kuò)孔、洗孔過(guò)程中，由于要擴(kuò)到管道直徑的1.2～1.5 倍，一般情況下需要三級(jí)擴(kuò)孔。過(guò)程中通過(guò)準(zhǔn)確地控制擴(kuò)孔級(jí)差，來(lái)降低扭矩及塌孔的可能性，因此合理的擴(kuò)孔級(jí)差也很重要。

不同的地質(zhì)需要配制與之相適應(yīng)的泥漿，泥漿的風(fēng)險(xiǎn)在于其配比和排量：排量過(guò)小容易使廢渣排出不徹底，孔壁泥漿保護(hù)膜厚度不夠造成塌孔；排量過(guò)大又會(huì)引起地面冒漿，從而影響地質(zhì)的穩(wěn)定，嚴(yán)重的甚至造成塌孔。

8 結(jié)論

定向鉆“二接一”回拖法在本項(xiàng)目中得到了多次使用，提高了施工速度，節(jié)約了施工成本，縮短了施工工期。但由于組對(duì)焊接和焊口檢測(cè)的時(shí)間較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致鉆孔塌方與抱管，從而造成回拖失敗，因而對(duì)回拖時(shí)間和回拖過(guò)程必須嚴(yán)格控制。應(yīng)充分認(rèn)識(shí)定向鉆的施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)各種技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)真識(shí)別，并做好充分的應(yīng)對(duì)措施和應(yīng)急措施，才能提高定向鉆“二接一”的成功率，從而保證工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。