定向鉆穿越施工中的常見事故及處理

朱文秀

(安徽兩淮建設第四工程處，安徽 宿州 342000)

本工程屬于燃氣管網改造，全長135 km，設計壓力屬高壓管，管徑Φ400 mm～Φ1100 mm。管材采用直縫埋弧鋼管。施工地點位于郊區，施工條件較好，施工開始于2009年3月，2011年6月結束，投入機械七臺，共完成道路、河流、建筑等穿越20余條，出現定向鉆事故多次，最終都保質保量的完成。盡管事故出現的原因不盡相同，但我們可以通過總結其中的典型案例經驗教訓，防微杜見。

1 穿越中的斷鉆具事故

1.1 現場情況描述

穿越場地的局限和地質地層的復雜性，以及泥漿使用的不夠完善，或者投入設備的保養和檢修不到位，操作人員的技術和設計不夠精確都是造成事故的根本原因。而實際施工中出現事故的原因都有其綜合因素，不能單一的進行歸結。在施工點穿越京淮大運河過程中，穿越施工長度1.3 km，穿越要經過兩側道路三條，河流四處，施工機具為100T設備。拖管管材Φ600 mm，擴孔孔徑終孔800 mm。

1.2 工程勘測地層

依據工勘報告上層為雜填土1.35m。粘土5.5m，下層為粉質粘土，粉砂，流質砂層。穿越主要位于流質砂層，含水率高，標高15m，承載力120 KN，成孔難度大。設計曲率半徑(1500D)900m。

1.3 穿越中出現的事故和問題

穿越工程施工，導航于2009年4月12日7時07分開鉆，2009年4月12日9時34分當鉆進第54根鉆桿時，機具出現巨大異響，同時儀表顯示扭矩降至2 000 KN以下，頂力增加至5000 KN，控向信號原地不動。現場研究后，推斷為鉆桿出現故障。為進一步判定是否鉆桿斷裂，采取回抽鉆具的方法進行確定，12時10分當抽回第15根鉆桿時(以入土點為基準)，抽至第16根鉆桿發現距母扣端約0.60m處出現斷裂。

1.4 事故點的確定

分析斷裂原因，鉆具使用前已經進行檢查，只能是地質地層的突然改變，導向鉆頭受力不均。(工勘報告中也顯示該地層有不均布砂礫，出現砂巖的可能很大)斷裂處為第16根鉆桿，角度－7.2%，每根鉆具長9m，距入土點水平距離距入土點水平距離=鉆桿數×單根長度×入土角+0.60m。根據導航記錄計算每根鉆具的靜距，然后疊加，進行修正，得出盡量準確的距離數據。根據第15根的記錄和16根的角度測算斷裂點的深度，(必須考慮地表的高差)最后確定為距離入土點156m，深度10.54m。

1.5 處理方案的編制和實施

根據現場的實際施工條件，考慮到成本預算制約，制定切實有效的處理方案。采用上部開挖，下部倒掛井施工作業找到斷點，然后用焊接法連接斷裂鉆具，抽出并更換斷裂的鉆具，繼續實施穿越施工。

在這以施工過程中提醒我們幾個必須考慮的因素:首先是隱蔽工程施工中的施工方案的編制。必須依據現場施工的實際施工條件，然后是工程勘測和現場勘測，放樁，測量。最后是施工過程中的施工記錄，操作板報都必須真實細致可靠。在出現事故時能夠得到處理的依據。

2 定向鉆穿越導航施工

2.1 工程概況

在定向鉆施工過程中，最重要的一個施工工序就是導航施工。而實際施工過程中出現問題和事故的機會最多。在施工通揚河段時，穿越兩條道路，一條河流。管線入土點高程 16.45m，路寬 15.50m 左右;出土點高程 16.95m，路寬15.70m左右。河床最低處高程6.01m左右，河水面寬506.00m左右;管線穿越位置河段順直，河床與岸坡穩定，水流急速。定向鉆穿越段水平長度為765.0m。

2.2 地質地層結構

工程勘測報告顯示:①－1素填土、①－2素填土、①－3素填土、②粉質粘土、③淤泥質粉質粘土④粉質粘土、⑤粉質粘土、⑥粉質粘土夾粉土、⑦粉質粘土、⑧粉質粘土夾碎石(殘積土)、⑨中等風化灰巖，地層含水率高，靜水位5.3m，承載力124 KN。

2.3 穿越層位

依據穿越處上下游兩地質剖面推算斷面資料，設計以較大入土角度及穿越曲率半徑進行設計，避開不適合定向鉆穿越的① －1、① －2、① －3 層，最終確定第①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧層為定向鉆通過層位，以地質剖面最淺處的河床埋深，計算穿越水平段穿越⑧層，河心段最低點管頂覆土厚度約14.3m。

2.4 事故描述

(1)導航鉆進至120m遇到地下不明物，無法鉆進，穿越處位置為⑤層，標高7.5m.

(2)通過調整鉆進角度，太高2m，出現類似情況。反之降低2m情況相同。

(3)重新調整入土點軸線位置，平移1.5m，鉆進150m受阻。

(4)經與現場監理和甲方溝通，決定重新選擇鉆孔位置，平移軸線30m開始鉆進，出現類似情況。

2.5 現場分析

由于場地地質情況復雜，遇阻處原地質分析為粉質粘土:黃褐色，硬塑N=19.4擊，局部可能出現突起基巖。由于規范要求探孔間距為雙側100m交錯布孔，在100m范圍內出現了突起的基巖，后來的地質勘測補測也證實了這一點。

2.6 事故處理

如果繼續采用定向鉆穿越需使用巖石鉆機，施工周期延長，施工風險大投資較高，根據專家會審建議采用大開挖穿越漢陽河，后施工單位用1個月的時間內完成了大開挖穿越。

通過該工程施工我們覺得在隱蔽工程施工過程中遇到很多未知的突發事件，如何在發現問題后及時有效更改施工方案，吸納和聽取專家建議意見，通過論證確立最簡單有效的施工工藝，建立良好的施工思想可能是最為關鍵的。

3 管道安裝過程中的事故

3.1 工程概況

管道安裝是定向鉆穿越施工中的關鍵環節，關系施工的成敗。老通揚河Φ1 100鋼管1 435m的施工就遇到了這一難題。該工程地處國道復線，施工場地位于兩側稻田，地質條件結構復雜，①素填土;②淤泥質粉質粘土;③粉質粘土;④粘土;⑤粉質粘土;⑥粘土混礫砂;⑦粘土;⑧粘土;⑨粉砂;下部流砂砂粒特細，地層含水率大，有管涌出現。泥漿容易被稀釋，加高分子后也難成孔。

3.2 穿越層位

穿越選擇第⑦粘土;⑧粘土;⑨粉砂做施工地層。穿越施工入土角為－4.5%，出土角+5.5%。最深點管頂覆土厚度15m，穿越曲率半徑1 650m(1 500D)

3.3 事故情況

由于管材管徑徑大，長度長，場地局限，無法完成一次性焊接。而且管材與安裝軸線不能在同一直線，出土點距離有不能滿足設計長度要求，不能后延，出土角偏大。在拖管過程中，雖然也增加了很多補救措施，如機械配合，管道內注水增加管道重量，減少摩擦力等。可是拖管依然出現回拖到1 075m拖力不夠的問題，回拖失敗。

3.4 事故原因分析

.由于穿越距離長，中間要進行幾次焊接，流砂層水量大，泥漿被稀釋，孔頂弧度難以形成，在回拖過程中出現阻力增加的情況，遇阻點的位置為回拖抬頭段，造成穿越回拖遇阻的可能情況是塌孔或者清孔不凈。

3.5 事故處理

根據計算遇阻點位置為穿越抬頭段點，此處為60×200m的藕塘，藕塘深度約4m，管道在此處深度約22m，根據專家討論的結果采取先開挖14m后下8m深的沉井方案，利用設備探測管道回拖端部，找到遇阻管道后將剩余管道重新清孔回拖，然后進行焊接完成穿越工程。

通過本次施工我們認識到在施工條件不具備或者直接制約施工成敗的因素得不到解決時，不能盲目施工或者心存僥幸，任何施工前的小問題在以后的施工中都會形成隱患，造成很大的后果。

4 定向鉆施工中的擴孔卡鉆事故

4.1 工程概述

定向鉆施工中的擴孔工序，是銜接導航和回拖中的關鍵環節。而擴孔中的卡鉆又是一個最難處理的事故。在施工二號河時就出現了那驚險的一幕。穿越河流水面寬350m。最深處12m，穿越長度986m。地質結構為①素填土層;②粉質粘土層;③粉質粘土層;④中、粗砂層;⑤碎石土層;⑥－1全風化千枚巖層;⑥－2微風化千枚巖層;⑦－1強風化角礫巖層;

4.2 穿越層位

設計層位為第⑥層中風化千枚巖，該層強度低(其飽和單軸抗壓強度fr=13.02 MPa)，易成孔，孔壁穩定，管線宜利用該層通過。穿越入土角－12%，出土角+7.89%。(土角度，減少管道在卵石層中穿越的長度，降低施工風險，均符合規范要求)。穿越河床最低點處管道埋深約22.0m。穿越曲率半徑為730m(1200D)。入土點卵礫石層厚度約5m，尋找含卵石層含量最少，厚度最薄的地方作為入土點，采取夯管錘夯鋼套管Φ1 220 d=20 mm措施穿越含卵礫石層;出土點適當調整出土角度和出土點，可使管線避開卵礫石層和角礫巖層。

4.3 事故情況描述

2009年11初，完成光纜(硅芯管)套管定向鉆穿越。2009年11初－20011年5月底，完成第一遍及第二遍擴孔。2011年5月底－2011年6月初，開始第三遍，6月3日擴孔受阻。卡鉆處距離套管末端不遠處，卡鉆點距地面深度16m。

4.4 事故原因分析

根據當地地質專家介紹，該區域大約7 km2范圍內全部為變質巖，地質復雜、裂隙發育。由于采取夯管錘夯鋼套管Φ1 220 d=20 mm措施穿越含卵礫石層，套管與孔交接處泥漿壓力存在變化，在擴孔2遍后碎石大量聚積在套管端部造成卡鉆事故。

4.5 事故處理

根據計算卡鉆處距離套管末端不遠處，此處卡鉆點距地面深度16m，根據專家討論的結果采取開挖找到卡鉆點后，再進行擴孔、回拖。根據確定的方案進行開挖，開挖到預定位置發現地質情況與設計基本相同，經過1個多月的施工完成了穿越工作。

5 結論與建議

(1)長距離定向鉆穿越的設計，擴孔的次數應跟穿越的地質情況相緊密結合，比如穿越的地質情況為膠結的粘土層和中砂層，成孔性很好，孔不易塌陷，要求的擴孔次數可以多些;穿越的地質情況為松散的砂層，孔很容易塌陷，若擴孔次數太多，對造成孔徑太大，進而影響到地面的沉陷。

(2)對于施工過程中泥漿的選用和配比，盡量在現場取樣，然后進行配合比實驗。盡量加入小比重高粘度泥漿，加入適合地質結構的泥漿處理劑和管孔潤滑劑等措施以減少回拖時的阻力，減小鉆機工做負載。尤其在施工擴孔中要注意調節好孔內泥漿的壓力，以利于弧頂的形成和孔內的攜帶、潤滑、護壁。

(3在設計階段應提出鉆機的能力要求，應比總摩擦阻力大2.5～3倍。同時時，宜提出鉆桿使用前應經檢查合格才能施工的要求。

(4)設計過程中要充分考慮各種因素，盡量使設計完美，不要為業主的傾向性意見所左右，要從大局出發，考慮設計、施工的可行性，盡量以節省投資、節約工期為原則。

［1］輸油輸氣管道線路工程施工及驗收規范.SY0401—98.

［2］水平定向鉆進管線鋪設工程技術規范.CSTT.

［3］石油天然氣管道穿越工程施工及驗收規范.SY/T4079—2003.

［4］長輸管道線路工程施工及驗收規范.SYJ4001—98.

［5］原油和天然氣輸送管道穿越工程設計規范穿越工程.SY/170015.1—98.

［6］輸氣管道工程設計規范.GB50251—94.