佛山市南海燃?xì)獍l(fā)展有限公司 王加虎 張 軍

近年來，隨著水平定向鉆施工技術(shù)的普及，在穿越砂層時出現(xiàn)管道抱死等事故也屢見不鮮。由此導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失增加，施工成本上升，工期進(jìn)度得不到保證。針對諸如燃?xì)夤艿赖葘艿蕾|(zhì)量要求較高的地下管線，在穿越砂層時出現(xiàn)抱死卡管等情況，也存在較大的潛在隱患。因此研究水平定向鉆穿越砂層回拖管道防抱死的技術(shù)愈發(fā)重要。

1 水平定向鉆穿越砂層存在的風(fēng)險

水平定向鉆的大致施工流程為：軌跡設(shè)計→工作坑開挖及鉆機(jī)就位→導(dǎo)向孔施工→擴(kuò)口施工→清孔→管道回拖。從上述流程不難看出，定向鉆施工的本質(zhì)就是在地下做出一個通孔道，然后將管道拖入通孔道之中。由于地下砂層自身穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)塌孔情況。塌孔對定向鉆施工的各個環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生較大影響，尤其是在擴(kuò)孔、清孔和回拖環(huán)節(jié)影響尤為嚴(yán)重。在擴(kuò)孔及清孔環(huán)節(jié)如出現(xiàn)塌孔易導(dǎo)致擴(kuò)頭被抱死，若施工人員操作不當(dāng)可導(dǎo)致鉆桿斷裂，擴(kuò)頭直接掉落在地下，導(dǎo)致擴(kuò)頭基本無法取回或取回成本巨大。一旦擴(kuò)頭掉落，原設(shè)計軌跡即不可再使用，只能重新設(shè)計軌跡并重新施工，施工成本將極大提高。如果因地下管線及地面建筑等限制無法調(diào)整設(shè)計軌跡，擴(kuò)頭掉落的后果將難以承擔(dān)。在管道回拖階段出現(xiàn)抱死管道情況后果也是比較嚴(yán)重的，將會耗費較大時間成本及經(jīng)濟(jì)成本。因燃?xì)夤艿缹艿蕾|(zhì)量要求較高?；赝系墓艿朗荘E管出現(xiàn)抱死情況時，可能導(dǎo)致管材拉伸變形而不可再使用的情況?；赝系墓艿朗卿摴艹霈F(xiàn)抱死情況時，若管道有外防護(hù)層，回拖也可能導(dǎo)致外防護(hù)層脫落，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

水平定向鉆穿越砂層風(fēng)險控制需從三個方向去把控。首先是施工本身面臨的風(fēng)險，其次是施工對周邊建構(gòu)筑物的影響，最后是燃?xì)夤艿篮笃谶\行的安全。如果因塌孔導(dǎo)致管道抱死，致使不能按照規(guī)定時間完成或造成施工成本大幅提升，這就是施工本身面臨的風(fēng)險。穿越砂層可能導(dǎo)致路面脫空或影響周邊建筑樁基受力，導(dǎo)致道路或其他建構(gòu)筑物出現(xiàn)非正常沉降，這是施工對建構(gòu)筑物的影響。因施工不當(dāng)造成燃?xì)夤艿懒粝沦|(zhì)量安全隱患，在后續(xù)運營中出現(xiàn)重大安全事故，這就是對燃?xì)夤艿篮笃谶\行的安全影響。歸納其本質(zhì)，穿越砂層的重點是應(yīng)事先分析可能存在的風(fēng)險，難點是如何采取措施去規(guī)避風(fēng)險或?qū)L(fēng)險影響降到最低。

2 水平定向鉆穿越砂層應(yīng)對的措施

(1)現(xiàn)場勘查及方案設(shè)計。對水平定向鉆穿越施工進(jìn)行分析可知在施工的過程中為了保證施工安全，需要在設(shè)計階段對施工區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查[1]。地質(zhì)情況的調(diào)查目的在了解清楚地質(zhì)情況，為設(shè)計打下基礎(chǔ)。同時在前期調(diào)查階段也需對地下管線、重要道路、周邊建筑、地下構(gòu)筑物等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。結(jié)合實際施工經(jīng)驗，穿越砂層時最終管道成型位置與導(dǎo)向位置有較大偏差。根據(jù)經(jīng)驗在穿越砂層時，軌跡曲率半徑越小，偏差越大，管道直徑越大，偏差越大，故在設(shè)計時應(yīng)充分考慮最終成孔偏差可能導(dǎo)致其他管線或建構(gòu)筑物的損壞風(fēng)險。因穿越流沙層對施工本身的風(fēng)險較大，設(shè)計導(dǎo)向軌跡時應(yīng)結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，堅持“盡量避免穿越砂層，無法避免時盡量少地穿越砂層”的原則，把風(fēng)險盡可能地減小。在現(xiàn)場條件允許的情況下，出入土點之間軌跡水平投影應(yīng)盡可能地設(shè)計為直線，以減小擴(kuò)孔過程中管線在水平方向上的成孔偏移。豎直方向軌跡應(yīng)盡可能符合“斜直線段—圓弧段—水平段—圓弧段—斜直線段”的大原則，出入土角度盡量小，圓弧段的曲率半徑盡量大，以減小豎直方向上的成孔偏差。對于重要道路車行道下方穿越砂層時應(yīng)做好交通疏導(dǎo)方案設(shè)計，防止道路板底脫空導(dǎo)致發(fā)生危險。對于鄰近的重要建構(gòu)筑物，需提前做好監(jiān)測方案，防止出現(xiàn)施工侵權(quán)糾紛。

(2)擴(kuò)孔清孔施工要點。擴(kuò)孔目的在于形成管道通過的空間，使通孔道順直便于管道回拖。清孔的目的在于在擴(kuò)孔完成后，將孔道中殘留的泥沙通過泥漿清理出通孔道，保證拖管時不會因泥沙沉積最終導(dǎo)致卡管。擴(kuò)孔直徑的大小與地質(zhì)條件、管道大小、管道材質(zhì)等因素有關(guān)[2]。因砂層是一種極不穩(wěn)定的地質(zhì)，容易受地下水影響，成孔較為困難，因此在擴(kuò)孔過程中，應(yīng)嚴(yán)格堅持“逐級擴(kuò)孔”的原則，一旦“越級擴(kuò)孔”極有可能導(dǎo)致通孔道中砂堆積導(dǎo)致鉆機(jī)扭矩及拉力快速增大，很有可能產(chǎn)生擴(kuò)頭抱死及鉆桿斷裂的情況。泥漿系統(tǒng)壓力也需要適度控制，泥漿系統(tǒng)壓力過大會使從擴(kuò)頭處噴射出泥漿的射速過快，孔壁砂層塌孔導(dǎo)致下一級擴(kuò)孔時出現(xiàn)擴(kuò)頭抱死的情況。擴(kuò)孔速度要根據(jù)地質(zhì)情況及鉆機(jī)噸位綜合確定，不宜過快也不宜過慢。擴(kuò)孔速度太快，泥漿無法有效滲入至砂層達(dá)到良好的護(hù)壁效果；擴(kuò)孔速度太慢又會因為擴(kuò)頭長時間在一個點位附近旋轉(zhuǎn)，使孔壁附著的泥漿掉落從而失去或降低護(hù)壁能力。清孔時也應(yīng)遵循擴(kuò)孔時的施工要點。

(3)泥漿配比控制。泥漿作用主要在于懸浮和攜帶泥(巖)屑、穩(wěn)定孔壁、潤滑、冷卻鉆具。泥漿的指標(biāo)是變化的，不同的地質(zhì)條件泥漿配置也是不同的。泥漿的配制一般需滿足黏度、膠凝強(qiáng)度、流動性和密度等指標(biāo)[3]。在穿越砂層過程中，護(hù)壁及攜砂作用是本文考慮的重點。在實際施工過程中，通過在泥漿中添加燒堿、纖維素等方式解決砂層問題。因為膨潤土本身為酸性材料，放入堿性淡水有利于膨潤土的充分分散、熟化。pH 值太低，膨潤土分散性就差；pH 值也不能太高(不宜超過13)，否則會降低泥漿黏度和切力[4]。一般泥漿黏度高，攜砂能力就強(qiáng)，減少泥漿中水分流失能力就強(qiáng)，但流動性會降低，流動性差施加給鉆機(jī)作用力就越大。泥漿密度也影響著攜砂能力和護(hù)壁能力，一般密度大懸浮砂石能力就越強(qiáng)，泥漿作用于孔壁的壓力就越大，穩(wěn)定孔壁效果越明顯。因此在泥漿配比時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、鉆機(jī)大小、單段定向鉆長度等因素，通過現(xiàn)場試驗綜合確定。

(4)合理安排施工工序，保證拖管的連續(xù)性。在管理方面，各班組之間應(yīng)事先做好溝通，保障各工序連續(xù)性，從而減少整個拖管過程的時間。因為拖管時間耗費越長，泥漿中沙沉積越多，塌孔風(fēng)險越大，拖管失敗的概率就越大?；赝锨皯?yīng)確保管頭已達(dá)到出土點，并擺放平順，確?！肮艿惹蹇淄戤叀倍皇恰扒蹇淄戤叺裙堋?。若燃?xì)夤艿啦捎玫氖卿摴芮乙虻乩項l件限制需“多接一”時需尤為注意，定向鉆班組與焊工班組、拍片單位及外防護(hù)層施工班組之間的有效銜接，一定確?，F(xiàn)場快速出拍片結(jié)果，焊口符合要求后立即進(jìn)行焊口防腐及外防護(hù)層施工，盡可能地減少定向鉆回拖等待時間。在焊口焊接完成后未做防腐前，可嘗試拖動管道，防止長時間未拖動導(dǎo)致管道抱死。

3 結(jié)語

因燃?xì)夤艿赖奶厥庑?，在質(zhì)量上相較于其他市政管線有更高的要求，由此需檢測項目更多，管道回拖時更耗時。水平定向鉆穿越砂層敷設(shè)燃?xì)夤艿?，風(fēng)險相對更大，因此需重視前期勘查、技術(shù)措施運用及管理上的控制。只有有機(jī)地將前期勘查、技術(shù)措施和管理控制綜合運用，才能將穿越砂層敷設(shè)燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險控制在最低限度。