周福華

(濟(jì)寧市水利工程施工公司，山東 濟(jì)寧　272000)

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

周福華

(濟(jì)寧市水利工程施工公司，山東 濟(jì)寧272000)

【摘要】本文立足南水北調(diào)東線一期工程濟(jì)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(xì)介紹了定向鉆施工法，為類似工程施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】南水北調(diào)； 續(xù)建配套； 拉管施工； 定向鉆

南水北調(diào)東線一期工程濟(jì)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(diǎn)在于孔的成功，孔的成功關(guān)鍵在于防止塌方等問題。因此在鉆孔時(shí)，應(yīng)按照地質(zhì)構(gòu)造的不同詳細(xì)制訂合理的泥漿配比方案，在不同的地質(zhì)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(xué)聚合物中，按比例配制專用的凱斯防糊鉆液，可進(jìn)一步降低孔道中的阻力。

1工程概況

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

2定向鉆施工方法

2.1施工準(zhǔn)備

根據(jù)工程施工前進(jìn)行的工程地質(zhì)勘查報(bào)告，穿越段地質(zhì)情況為原土層，地下管線分布均已取得相關(guān)部門確認(rèn)，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(hào)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(jìn)度順利完成。

圖1　穿越截面

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，管道材質(zhì)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(jī)工地施工流程

2.3鉆機(jī)成套設(shè)備進(jìn)場安裝布置

鉆機(jī)成套設(shè)備進(jìn)場安裝布置如圖3所示。

圖3　穿越施工現(xiàn)場布置

入土點(diǎn)是定向鉆施工的主要場所，鉆機(jī)就布置在該側(cè)，所以施工占地比較大，具體根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況作相應(yīng)調(diào)整。出土點(diǎn)現(xiàn)場布置如圖4所示。

圖4　出土點(diǎn)現(xiàn)場布置

根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定出入點(diǎn)位置，根據(jù)鋼管管徑的曲率半徑，計(jì)算出設(shè)備至入點(diǎn)的最小距離，把需安裝的設(shè)備控制在最小占地范圍之內(nèi)。

2.4泥漿

入鉆處及出鉆處各開挖一個(gè)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(yùn)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(cè)壁均使用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋。工程完工后，對(duì)泥漿池進(jìn)行環(huán)保處理。

該工程所使用的泥漿采用優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)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(yīng)于該土層施工。而且，在不同階段，泥漿體系也要及時(shí)調(diào)整，如：在預(yù)擴(kuò)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(shè)計(jì)

根據(jù)施工圖紙及設(shè)計(jì)要求現(xiàn)場實(shí)施測量放線、復(fù)合，合理控制鋪管軸線及計(jì)算預(yù)導(dǎo)航軌跡。426鋼管穿越深度為8m(深度相對(duì)于入土點(diǎn)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(shí)際曲線長度為475.78m。

2.6導(dǎo)向孔鉆進(jìn)

導(dǎo)航設(shè)計(jì)原理如圖5所示，導(dǎo)向孔軌跡如圖6所示。

圖5　導(dǎo)航原理

2.7擴(kuò)孔

鉆孔結(jié)束后，卸下導(dǎo)向鉆頭，將鉆桿、擴(kuò)孔器(見圖7)、回拖活節(jié)依次連接好，然后由鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，逐級(jí)擴(kuò)孔(見圖8)，為確保順利安全，通常將成孔孔徑設(shè)計(jì)為回拖管徑的 1.2～1.5 倍，但結(jié)合該次拉管施工的實(shí)際情況，安全系數(shù)暫定1.5，該工程設(shè)計(jì)孔徑為φ426mm，最終擴(kuò)孔直徑確定為639mm，采用錐形桶式擴(kuò)孔鉆頭分級(jí)擴(kuò)孔，直到擴(kuò)孔孔徑符合托管要求為止。然后根據(jù)地層地質(zhì)情況確定順孔次數(shù)，經(jīng)技術(shù)人員根據(jù)鉆機(jī)在順孔時(shí)反應(yīng)的各種參數(shù)，確定拉管時(shí)間。順孔結(jié)束后，將鉆桿、擴(kuò)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(diǎn)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(zhuǎn)的，管線在擴(kuò)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(hù)了管道防腐層。

圖6　導(dǎo)向孔軌跡示意圖

圖7　桶式擴(kuò)孔器示意圖

2.8管道回拖

根據(jù)計(jì)算管道回拖最大控制回拖力為4.3t，小于鉆機(jī)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(kuò)孔器、回拖萬向節(jié)和“U”形環(huán)等機(jī)具，割掉回拖頭，用事先準(zhǔn)備好的材料回拖管管口封堵(見圖9)。

2.9設(shè)備撤場

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

圖8　擴(kuò)孔示意圖

圖9　管道回拖示意圖

2.10地貌恢復(fù)、泥漿處理

施工完畢待設(shè)備全部撤離后，將泥漿池中剩余泥漿用專用的泥漿罐車?yán)\(yùn)到當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)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(kuò)孔中常見的技術(shù)難點(diǎn)，遇到卡鉆，分析判明原因后處理。調(diào)整泥漿配比，使用最大泥漿泵排量，與挖掘機(jī)配合，將鉆桿撤出卡鉆區(qū)。總結(jié)卡鉆出現(xiàn)的原因，調(diào)整泥漿配比，使用進(jìn)口膨潤土，增加泥漿切力與黏度，使用扭矩大、推力大的鉆機(jī)及相匹配的鉆頭，完成導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)。

3.2縮孔

軟土層擴(kuò)孔，孔內(nèi)容易產(chǎn)生縮徑現(xiàn)象，鉆桿卸下后，孔內(nèi)水從鉆桿倒流出，說明孔內(nèi)嚴(yán)重縮徑?？s徑嚴(yán)重時(shí)，被鋪管道會(huì)受到擠壓變形，甚至卡死管道。遇到此現(xiàn)象時(shí)，采用固相泥漿護(hù)壁，使孔內(nèi)壓力平衡，保持成孔。如果輕微縮孔，只需再清理一遍孔內(nèi)即可。

3.3塌孔

砂質(zhì)黏土層、砂層、松散回填土層擴(kuò)孔易塌孔，塌孔埋鉆、卡鉆，造成路面下陷，選用重膠質(zhì)固相泥漿護(hù)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(jìn)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(diào)整泥漿壓力等措施仍難以成功穿越時(shí)，可配以套管護(hù)壁進(jìn)行施工。

3.4泥漿漏失

在松散回填土層，地下水位較低，沙質(zhì)粉土層、軟土層，泥漿不從孔口返出，而從孔內(nèi)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(zhì)，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(dòng)阻力，充填裂隙，達(dá)到堵漏目的。

4運(yùn)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(shè)管道。采用該技術(shù)施工，可減少環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(hào)：TV68

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)06-0010-04