南水北調東線一期工程濟寧市續(xù)建配套工程(二期)兗州段過國道G327拉管施工技術

周福華

(濟寧市水利工程施工公司，山東 濟寧　272000)

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南水北調東線一期工程濟寧市續(xù)建配套工程(二期)兗州段過國道G327拉管施工技術

周福華

(濟寧市水利工程施工公司，山東 濟寧272000)

【摘要】本文立足南水北調東線一期工程濟寧市續(xù)建配套工程(二期)兗州段過國道G327拉管工程，根據(jù)施工中遇到的各種情況，詳細介紹了定向鉆施工法，為類似工程施工提供借鑒。

【關鍵詞】南水北調； 續(xù)建配套； 拉管施工； 定向鉆

南水北調東線一期工程濟寧市續(xù)建配套工程(二期)兗州段過國道G327拉管工程位于兗州市國道G327與太陽路交匯處，采用水平定向鉆施工，其成功與否取決于管線是否能成功回拖。其根本源點在于孔的成功，孔的成功關鍵在于防止塌方等問題。因此在鉆孔時，應按照地質構造的不同詳細制訂合理的泥漿配比方案，在不同的地質情況下選用不同的泥漿配方，再考慮到穿越距離長，為防止融土包裹鉆具，在化學聚合物中，按比例配制專用的凱斯防糊鉆液，可進一步降低孔道中的阻力。

1工程概況

南水北調東線一期工程濟寧市續(xù)建配套工程(二期)施工2標段兗州市太陽路與國道G327交匯處，兗州支線樁號2+902～3+377，穿越G327拉管工程。主要工程量φ426鋼管475m，主要設備ZT-80T水平定向鉆機及其配套設施。

2定向鉆施工方法

2.1施工準備

根據(jù)工程施工前進行的工程地質勘查報告，穿越段地質情況為原土層，地下管線分布均已取得相關部門確認，無影響穿越施工管線，地面無影響施工建筑物。

該工程為穿越國道G327工程，起止樁號為2+902～3+377段，穿越長度475m，穿越截面見圖1。在安全第一，不影響交通情況下采用水平定向鉆施工，保證施工進度順利完成。

圖1　穿越截面

根據(jù)設計要求，管道材質為鋼管，管道凈間距為2m。

2.2施工工藝流程

水平定向鉆穿越施工工藝流程如圖2所示。

圖2　鉆機工地施工流程

2.3鉆機成套設備進場安裝布置

鉆機成套設備進場安裝布置如圖3所示。

圖3　穿越施工現(xiàn)場布置

入土點是定向鉆施工的主要場所，鉆機就布置在該側，所以施工占地比較大，具體根據(jù)現(xiàn)場的實際情況作相應調整。出土點現(xiàn)場布置如圖4所示。

圖4　出土點現(xiàn)場布置

根據(jù)設計要求確定出入點位置，根據(jù)鋼管管徑的曲率半徑，計算出設備至入點的最小距離，把需安裝的設備控制在最小占地范圍之內。

2.4泥漿

入鉆處及出鉆處各開挖一個3m×3m×2m的泥漿池，通過管道泵將入鉆及出鉆的泥漿輸送到此泥漿池。該泥漿池的泥漿部分用于回收利用，剩余部分通過罐車運送至環(huán)保部門指定的地方。為防止泥漿滲漏至地下，所有泥漿池底部及側壁均使用塑料薄膜進行覆蓋。工程完工后，對泥漿池進行環(huán)保處理。

該工程所使用的泥漿采用優(yōu)質鈉基膨潤土，根據(jù)實際情況適當添加堿、纖維素等材料。泥漿馬氏漏斗黏度控制在60～65s，使之適應于該土層施工。而且，在不同階段，泥漿體系也要及時調整，如：在預擴孔和回拖階段泥漿黏度要提高5～10s。

2.5測量放線及軌跡設計

根據(jù)施工圖紙及設計要求現(xiàn)場實施測量放線、復合，合理控制鋪管軸線及計算預導航軌跡。426鋼管穿越深度為8m(深度相對于入土點高程)，入土角為9°，出土角為6°，平底段長度為264.6m，該次穿越的實際曲線長度為475.78m。

2.6導向孔鉆進

導航設計原理如圖5所示，導向孔軌跡如圖6所示。

圖5　導航原理

2.7擴孔

鉆孔結束后，卸下導向鉆頭，將鉆桿、擴孔器(見圖7)、回拖活節(jié)依次連接好，然后由鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉后退，逐級擴孔(見圖8)，為確保順利安全，通常將成孔孔徑設計為回拖管徑的 1.2～1.5 倍，但結合該次拉管施工的實際情況，安全系數(shù)暫定1.5，該工程設計孔徑為φ426mm，最終擴孔直徑確定為639mm，采用錐形桶式擴孔鉆頭分級擴孔，直到擴孔孔徑符合托管要求為止。然后根據(jù)地層地質情況確定順孔次數(shù)，經技術人員根據(jù)鉆機在順孔時反應的各種參數(shù)，確定拉管時間。順孔結束后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，一次性將管線回拖至入土點為止。由于使用專用工具并且鉆好的孔中充滿泥漿，所以管線在回拖過程中是不旋轉的，管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣既減少了回拖阻力，又保護了管道防腐層。

圖6　導向孔軌跡示意圖

圖7　桶式擴孔器示意圖

2.8管道回拖

根據(jù)計算管道回拖最大控制回拖力為4.3t，小于鉆機最大回拖力。

管道回拖出土，用大鉗與單斗、人工配合卸下鉆桿、擴孔器、回拖萬向節(jié)和“U”形環(huán)等機具，割掉回拖頭，用事先準備好的材料回拖管管口封堵(見圖9)。

2.9設備撤場

所有作業(yè)完成后，系統(tǒng)拆除連接，設備撤場。按照鉆機、泥漿系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、機具鋼板排等順序依次撤離施工現(xiàn)場。

圖8　擴孔示意圖

圖9　管道回拖示意圖

2.10地貌恢復、泥漿處理

施工完畢待設備全部撤離后，將泥漿池中剩余泥漿用專用的泥漿罐車拉運到當?shù)丨h(huán)境保護部門指定的泥漿填埋場。泥漿池中殘余極少量泥土混合物就地深埋。

3施工過程中常見問題以及解決方法

3.1卡鉆

卡鉆是擴孔中常見的技術難點，遇到卡鉆，分析判明原因后處理。調整泥漿配比，使用最大泥漿泵排量，與挖掘機配合，將鉆桿撤出卡鉆區(qū)。總結卡鉆出現(xiàn)的原因，調整泥漿配比，使用進口膨潤土，增加泥漿切力與黏度，使用扭矩大、推力大的鉆機及相匹配的鉆頭，完成導向孔的鉆進。

3.2縮孔

軟土層擴孔，孔內容易產生縮徑現(xiàn)象，鉆桿卸下后，孔內水從鉆桿倒流出，說明孔內嚴重縮徑。縮徑嚴重時，被鋪管道會受到擠壓變形，甚至卡死管道。遇到此現(xiàn)象時，采用固相泥漿護壁，使孔內壓力平衡，保持成孔。如果輕微縮孔，只需再清理一遍孔內即可。

3.3塌孔

砂質黏土層、砂層、松散回填土層擴孔易塌孔，塌孔埋鉆、卡鉆，造成路面下陷，選用重膠質固相泥漿護壁，可有效防止塌孔。

通過采用高分散度泥漿、增加泥漿中的黏土含量、加入增黏劑以及采用高黏化合物鉆進粉等措施，可以有效提高泥漿的年度，防止縮孔或塌孔。如果通過改善泥漿組分配比、調整泥漿壓力等措施仍難以成功穿越時，可配以套管護壁進行施工。

3.4泥漿漏失

在松散回填土層，地下水位較低，沙質粉土層、軟土層，泥漿不從孔口返出，而從孔內漏失，增大泥漿濃度和黏度，在孔壁形成泥皮阻漏，有效防止泥漿漏失。

還可以投入黏土球或在泥漿中加入填充物質，制成堵漏泥漿，如：鋸末泥漿、鋸末堿劑泥漿、石灰乳泥漿、水泥泥漿等，以增加泥漿的流動阻力，充填裂隙，達到堵漏目的。

4運行情況

該工程采用定向鉆施工法，在不開挖路面的情況下，通過非開挖的形式鋪設管道。采用該技術施工，可減少環(huán)境污染，具有顯著的經濟效益和社會效益。

Stay tube construction technology cross national highway G327 in Jining continued construction supporting work (stage II) Yanzhou section in South-to-North Water Diversion Stage I Project

ZHOU Fuhua

(Jining Water Resources Engineering Construction Co.,Ltd.Jining 272000,China)

Abstract：In the paper,directional drilling construction method is introduced in detail according to various conditions encountered in construction based on stay tube construction technology cross national highway G327 in Jining continued construction supporting work (stage II) Yanzhou section in South-to-North Water Diversion Stage I Project.Reference is provided for constructing similar projects.

Key words：South-to-North Water Diversion; continued construction; stay tube construction; directional drilling

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.003

中圖分類號：TV68

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)06-0010-04