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定向钻穿越扩孔中泥抱钻和台阶问题的解决措施1王跃军中国石油管道局工程有限公司第四分公司, 河北廊坊, 065000摘要：在软硬交替的地层中，极易发生泥抱钻和扩孔时产生台阶的现象。
采取正确的应对措施，解决了泥抱钻和台阶问题，保持孔洞通畅，这样就给下道工序—管道回拖，打下了坚实的基础。
关键词：定向钻; 泥抱钻; 台阶; 中心定位器; 加强级钻杆定向钻穿越施工，由于不可控因素众多，地下情况复杂，施工难度大，风险高。
在软硬交替的地层中，极易发生泥抱钻和扩孔时产生台阶的现象。
一旦发生，会出现中心定位器和牙轮钻头被岩屑包裹而导致无效切削，使单根钻杆扩孔用时大幅度增加，同时会产生台阶。
如果解决不了，轻则会使本次扩孔失败，更换钻具再次扩孔；重则会出现塌孔，导致孔洞作废，要重新选择地点再次穿越；会造成直接的经济损失和工期延误。
如果采取正确的应对措施，解决了泥抱钻和台阶问题，保持孔洞通畅，这样就给下道工序--管道回拖，打下了坚实的基础。
在西二线广南支干线芦苞涌定向钻穿越施工中，该技术得到了充分的应用。
作者简介：王跃军，高级工程师，研究方向定向钻进技术，邮箱：cy-wyj@。
2019年8月 第4期 No.4 Aug.,2019《非开挖技术》杂志社TRENCHLESS TECHNOLOGY MAGAZINE1.工程简介西二线广南支干线芦苞涌定向钻穿越位于广东省佛山市三水区芦苞镇，穿越包含2条管道，分别为输气管道Φ1016×21mm，硅管套管Φ114×6.0mm，穿越工程等级为大型，穿越实长为874m，穿越地层主要为泥质砂岩与粉质粘土互层。
泥质砂岩属于中等硬度岩石，比花岗岩软，但是在施工中产生的岩屑和粉质粘土混合极易对大口径钻具产生泥抱钻现象，而使扩孔器在中心定位器后面发生无效切削的现象。
在芦苞涌定向钻穿越施工到最后一级54〃扩孔时就发生了此现象。
图1 定向钻穿越施工断面图2.施工难点分析芦苞涌定向钻穿越在完成前五级扩孔后，当最后一级（第六级）54〃扩孔到300米时，突然发现扭矩增大卡钻频繁，单根钻杆的扩孔用时剧增到220分钟，比原位置第五级扩孔的单根钻杆用时100分钟提高了一倍以上，当机组向项目部汇报此情况后，项目经理牵头到施工现场实地查看，经过机组技术人员和项目部技术人员共同分3.解决策略由于单根钻杆扩孔时间很长，开始分析为钻头磨损加上岩屑堆积和泥抱钻现象，采取退出中心定位器和岩石扩孔器，用筒式扩孔器洗孔，将堆积的岩屑趟平，尽可能的携带出来。
施工工艺1.1 定向钻施工工艺流程定向钻进穿越铺设施工普遍采用:首先钻进导向孔，然后扩孔，最后回拉铺管的施工技术。
图1.1-1 定向钻施工工艺流程图1.2 定向钻准备1.2.1 测量放样测量放样出管道穿越方向距离，根据设计的导向孔轨迹，在距离检查井经计算好的距离处开挖一个入口工作坑，在距末检查井经计算好的距离处开挖一个出口工作坑。
工作坑开挖尺寸根据现场实际情况确定，根据穿越道路等级要求，工作坑距离穿越公路建筑范围之外（ 国道不小于20米，省道不小于15米，县道不小于10米，乡道不小于5米），各部位穿越管线详图见附件。
1.2.2 钻机就位根据现场实际情况安置钻机。
因坑处土质较软，且拉管距离长，拉力较大，钻机底脚要安置在（20（㎝厚（C15（混凝土平基上，并在平基混凝土内预留∮20（钢筋 地锚）和钻机焊接紧密，以防地基沉降影响钻机稳定。
图1.2-1 定向钻1.3 导向钻进1.3.1 安装调试钻机安装在工作坑旁边，管道轴线可根据设计图纸及现场条件进行位放线确定，钻杆中心与管道轴线应一致。
确定拉管机方位后，固定好钻孔机。
1.3.1 钻进在导向钻头中安装发射器，通过地面接收器，测得钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况等参数，将测得参数与钻孔轨迹进行对比，以便及时纠正。
地面接收器具有显示与发射功能，将接收到的孔底信息无线传送至钻机的接收器并显示，操作手根据信号反馈操纵钻机按正确的轨迹钻进。
在导向钻孔过程中技术人员根据探测器所发回的信号，判断导向头位置与钻进路线图的偏差，随时调整。
并把调整数值记录在“钻进位置”相应的表格中。
为保证导向头能严格按照操作人员发出的指令前进，需要在管道线路初步布点后对控制点进行加密加细。
间隔3m设中线、高程控制点，用木桩做出明显标志，并在桩点周围用混凝土砌出护墩加以保护。
控制人员严格按照点位，操纵仪器。
根据以往的施工经验，PE管在孔内拉动的过程中受重力的作用，会发生管道下沉现象。
定向钻管线施工工艺一、工艺流程图1定向钻工艺流程图二、施工工艺1、测量定位根据线路平面图、断面图、线路控制桩、水准标桩采用全站仪进行测量放线，根据设计图纸和设计交桩的具体位置，确定穿越轴线、定向钻穿越的入土点、出土点以及穿越场地的位置和范围。
依照设计穿越管线的平面图和测量成果表设计穿越轨迹。
穿越中心线定位后，按工程需要放出穿越轴线和边界线。
施工测量放线工作要严格遵守测量标准规定，及时收集、整理测量放线记录和有关穿越测量资料，妥善保管，作为后续有关工序的指导、检查、验收依据。
2、场地平整施工前需对入土点、出土点、施工场地进行平整,以保证施工作业空间能满足需要。
施工现场占地周围用警戒线围起来或设置围栏,并设置警示标志、安排保卫人员值勤。
3、安装钻机图2钻机设备4、泥浆配制泥浆配比是否合理，对成孔起决定性作用。
根据业主提供的地质报告，穿越管段的地层主要是砂质粉土层，粉土、中、粗砂的含量较大。
施工前，根据此类地质的实际情况，有针对性的制定泥浆配制体系，通过对泥浆压力的控制，调整泥浆浓度、钻杆旋转速度，来进行正常钻进作业。
针对不同地质条件和各钻进距离，选用不同的添加剂和聚合物,诸如纤维素，以提高泥浆的抑制性，具有良好的孔洞净化能力。
泥浆的粘度保持在65S以上，保证在导向孔施工过程中孔洞稳定,及时将孔洞中的砂土等杂质排出孔洞，以利于形成规则稳定的孔壁,降低摩阻以减少钻井扭矩及推井阻力,从而达到提高机械钻速的目的。
根据地质土层的变化,泥浆的配比也随之变化。
5、导向孔钻进根据设计轨迹和方位，确定钻机位置、固定钻机并连接泥浆系统及辅助系统。
通过钻机上的各种仪器、仪表的各项读数来确认地质层面情况；根据泥浆排出情况，确定调整泥浆参数。
导向钻进时根据设计好的钻孔轨迹，注入膨润土泥浆。
导向仪严格控制方位，曲线深度，钻出精确而曲线平滑的导向孔。
图3钻导向孔示意图6、回扩孔导向钻孔完成后，卸掉探测棒按上楔形挤扩器分别（根据实际情况确定）采用1次扩孔，定向钻出入土角度为8°～10°,经扩孔后将土挤向周边形成孔洞，并根据各段不同地质配制不同浓度的泥浆，使其扩孔时回拖力的数值和扭距值控制钻机正常工作参数之内，保证孔洞的正确形成。
第一节非开挖定向钻管顶管施工方案及工序第一小节施工部署【1】施工总体部署为保证施工顺利进行，成立本工程前期准备工作小组，针对本工程特点，精心挑选参加过多条大型穿越工程的管理和施工人员，并以我公司精干的技术人员和我们的专家团队作为后方支持组，按照“高标准、高质量、高速度”的总方针，对工程进行统筹管理，确保实现本工程的目标。
在施工队伍配备上，将配备精干穿越机组。
在现场通讯保障上，项目部及各施工营地安装程控电话，利用电话传真、计算机网络或电台保证通讯畅通。
【2】主要岗位及部门职责【2.1】项目经理1、全面负责组织工程的实施，对工程的质量、进度负领导责任。
2、组织编制项目施工实施计划，确保按期完工。
3、组织对全体施工人员进行质量及安全培训。
4、组织制定项目经济责任制及其它制度，并确保其实施。
5、组织调动各施工单位的人员、设备，解决施工中的重大问题。
6、组织协调和业主、监理、地方及其他施工单位的关系。
【2.2】现场主管1、负责项目施工组织与现场管理。
2、参与项目重大问题的讨论与决策。
3、组织各项施工准备工作。
4、按项目实施计划组织现场施工，组织解决现场施工问题。
5、组织协调各部施工，合理调配施工力量，组织平衡、调整施工计划。
6、参与组织竣工检查、验收，组织编制保投产计划，并组织实施。
7、对工程、质量安全、经营、计划、控制、采办等工作进行专业管理。
8、参与项目重大问题的讨论与决策。
9、组织对施工人员进行质量、培训。
10、组织编制项目施工实施计划、质量管理计划、HSE管理计划及保证措施，制定各专业管理制度，并组织实施、检查和调整。
11、组织处理解决现场技术、质量及安全问题。
12、组织项目技术、质量、安全检查。
13、组织整理、编制各项竣工资料，参与组织竣工验收。
14、参与组织有关施工准备工作。
15、组织内部图纸会审和技术交底，编制施工组织设计和施工技术方案、措施。
16、检查和监督技术规范、标准的执行。
17、按相应制度进行技术管理，并检查所属施工单位的执行情况。
定向钻穿越施工流程图竣工验收设备拆除、退场、地貌恢复 管线回拖 清管、测径、通泡沫球及干燥 光缆套管组焊 穿硅管、钢丝绳 光缆套管防腐 测量放线、场地平整 施工作业带清理 定向钻机运输 钻机安装、调试 运、布管 清管，组对，焊口预热、焊接 无损检测 防腐补口、补伤 试压通球 钻导向孔 泥浆准备 预 扩孔 挖发送沟钻机进场前的准备工作线路交接桩测量放线及现场勘察1、交桩及测量放线：1）备齐放线区段完整的施工图（管线平面图、断面图）。
2）备齐交接桩记录及施工标准规范。
3）检查校正所用测量仪器：全站仪、经纬仪、水准仪等。
4）备足木桩、花杆、红旗和白灰。
5）备齐定桩、撒灰工具、斧头、木锯和其他用具。
6）野外施工用车辆准备。
7）组织甲方及我方相关技术人员进行现场放线。
2、现场地表勘察及公用设施勘察1）勘察路由附近及沿线道路、建筑物、其他公用设施是否有损坏，施工会对其产生的影响；2)勘察路由附近范围内的地下管线（电力、燃气、自来水、污水、通信等）是否与穿越路由冲突，是否有必要的安全隔距；3）勘查现场水源、电力情况确定取水用电地点。
3、地质条件勘察1）300米以内的短距离小型工程可以已询问、索要、探查周边施工现场地质情况；2)500米以上的大型工程应由专业的地勘公司做出详细的地勘报告。
4、根据测量放线及现场勘查情况制定详细的施工方案，确定施工人员及设备。
施工作业带清理、场地平整及便道修筑1、根据测量放线成果定出作业带范围2、施工作业带清理和平整遵循保护农田、果林、植被及配套设施，防止或减少水土流失的原则，在树林及果园地段，尽量可能压缩作业带宽度。
在沙漠、盐渍土、湿陷性黄土地段，应尽量少破坏地表植被和原状土。
通过灌溉河道、排水渠时应采用预埋涵管等过水设施，不能妨碍农业生产。
3、在施工作业带范围内，对于影响施工机具通行或施工作业的石块、杂草、树木、构筑物等应清理干净，沟、坎应予平整，有积水的地势低洼地段应排水填平。
水平定向钻施工工艺及流程1.1 工程重难点（1）管道上浮根据定向施工工艺，管道在拖拉过程中由于管道空且比重小于泥浆比重，管道始终悬浮于孔道上部，造成拖拉力过大或高程偏差超过规要求。
（2）路面沉降根据本工程所处地质条件，该施工区间土质为粉质粘土，且地下水丰富，极易出现孔道塌方等，造成路面塌陷。
1.2 应对措施（1）管道上浮应对措施①根据现场地质条件，调整适宜的泥浆。
②严格控制定向钻扩孔孔径。
③在扩孔施工完成后，尽可能及时进行管道拖拉施工。
④拖拉时严格控制拖拉速度。
⑤焊接管道时预留足够长度，使管尾露出地面，且不封口。
在拖拉施工过程中，自管尾向管道注入清水，增加管道自重，避免管道上浮。
（2）路面沉降应对措施PE管道拉通后，为避免路面塌陷，应及时采用孔注浆加固法施工。
压密注浆分单液注浆和双液注浆，根据土质情况及需达到的效果进行浆液选定。
本次注浆选定如下：A液：水/水泥=0.75～1.5：1B液：水玻璃：35～40Be′外加剂：缓凝剂/水泥：2～3%；单液注浆采用A液，双液注浆采用A液和B液的混合浆液，双液浆的配合比为A液：B液=3：1。
施工工艺技术2.1 施工准备（1）管材准备进场的HDPE管材的公称压力、强度及环刚度必须满足设计要求，管材进场后将管材供应厂家的资质和管材的出厂合格证及厂家检测报告向项目监理部报审，经项目监理部审批同意后才能用于本工程。
管材的外观颜色应一致，壁光滑平整无毛刺、无划伤等缺陷。
管材外壁应有统一的标识（生产企业、产品名称、公称直径、环刚度及生产日期等）。
（2）轨迹设计1）平面轨迹严格依据设计图纸，现场测量放样出设计污水管道平面位置及相应检查井位。
2）立面轨迹钻进前根据设计图纸要求的管道底标高和相对应的原地面标高先计算出钻杆应达到的深度来为定向钻孔轨迹提供依据。
定向钻孔轨迹线段由斜线段、曲线段、水平直线段（与管道排水坡度一致）等组成。
入土造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出土造斜段之间，由曲线段连接，该曲线段必须符合以下要求：①曲率半径大于钻杆最小允许曲率半径；②曲率半径大于管材最小允许曲率半径；造斜段水平距离为30m，根据现场实际情况选取适当入土点位置，入土角度不超过15度。
