劉德健

(莒南縣陡山灌區(qū)灌溉管理所， 山東 莒南 276600)

簡析莒南東部供水管道定向穿越工程施工常見問題及解決措施

劉德健

(莒南縣陡山灌區(qū)灌溉管理所， 山東 莒南 276600)

本文根據(jù)工程機械的施工原理，對定向穿越施工過程中常見的問題其原因進行分析，并提出相應解決措施，從而提高施工效率，為類似工程提供參考。

定向穿越； 施工； 問題； 解決措施

1 工程概況

莒南縣隸屬于山東省臨沂市，全縣總面積1752km2,境內(nèi)大小河流323條，大中型水庫3座，大中型灌區(qū)2處，小型水庫142座，塘壩2001座，年均水資源總量4.4億m3。為加強現(xiàn)有水資源合理開發(fā)利用，充分利用好莒南縣雨、洪水資源，實施莒南東部供水一期工程，工程主要由泵站工程和管道工程組成。其中自泵站至臨港產(chǎn)業(yè)園水廠的輸水工程管道采用地下埋管，主要沿相邸水庫—臨港產(chǎn)業(yè)園間的山丘區(qū)東西向布置，全長約14.4km，設計流量為25.0萬m3/d；途中需穿越坊前鎮(zhèn)莫家龍頭河，穿越位置位于S342省道莫家龍頭大橋上游2000m處，河道寬度180m，河道設計洪水標準為20年一遇，施工期設計洪水為5年一遇。采用管DN1600mm(內(nèi)徑)螺旋鋼管，穿越長度約400m，施工方式為定向穿越。

2 施工問題

供水管道定向穿越過程中，由于受施工現(xiàn)場附近較多高壓電線和建筑物體產(chǎn)生的磁場、穿越土層硬度不均、人員操作水平等眾多因素的影響，極易出現(xiàn)定向鉆鉆孔呈“S”形、導向孔偏差、卡鉆等工程問題。需要根據(jù)設計，并結(jié)合工程現(xiàn)場實際加以分析予以解決，從而確保工程質(zhì)量。施工作業(yè)帶橫斷面布置如圖1所示。

3 解決措施

鉆導向孔如圖2所示。

3.1 定向鉆在鉆孔過程中出現(xiàn)“S”形

3.1.1 問題原因

在輸水管道進行定向穿越過程中，如果導向孔曲線成形差和擴孔過程中發(fā)生偏擴就容易造成孔道呈“S”形。歸根結(jié)底是由于探頭受到地表磁場或地下磁場的干擾及穿越相應地層土質(zhì)硬度不均勻或擴孔器組合方式出現(xiàn)錯誤等原因造成。

3.1.2 相應措施

a.導向孔精心控向，避免在這一階段出現(xiàn)“S”形的現(xiàn)象。

b.測量磁方位角。由于導向孔的控向是依據(jù)穿越中心線的磁方位角來確定的，因此在作業(yè)開始前，需要用羅盤儀準確測量出穿越中心線的磁方位角。具體方法：在地表從出土側(cè)、入土側(cè)各取2～3個點進行多點測量，對測量數(shù)據(jù)進行對比分析，去偽存真，得出準確的數(shù)值。若各組數(shù)據(jù)出現(xiàn)相差較大(>0.1°)，則再多選取幾個測量點，直到數(shù)值準確無誤差為止[1]。

c.導向孔嚴格按設計曲線鉆進。作業(yè)前，將鉆進要求(精確到每根鉆桿)對施工人員進行詳細技術講解；在鉆進時，控向指令要及時準確，并根據(jù)現(xiàn)場鉆進情況及時調(diào)整操作，嚴禁出現(xiàn)誤操作，確保導向孔嚴格按設計曲線鉆進，保證導向孔鉆進質(zhì)量。

3.2 導向孔出現(xiàn)偏離

鉆機回拖時回拖扭矩與拉力的大小與導向孔質(zhì)量密切相關，嚴格控制鉆導向孔相關工序,做到導向孔跟設計穿越曲線完全相同，才能使管道最后順利回拖。

3.2.1 偏差要求

導向孔曲線跟設計曲線的偏移量半徑在1.5m內(nèi)。出土點的水平偏差(沿設計軸線)應不超過百分之一的穿越長度，且不超過9m；垂直偏差應不超過千分之一的穿越長度，且超過1.5m。

3.2.2 問題原因

導向孔在鉆進過程中偏離設計穿越曲線有以下4種原因：?鉆機實際就位位置與管線設計穿越位置有偏差；?受外部磁場影響，使采集的數(shù)據(jù)失真；?受地質(zhì)結(jié)構影響，不同地層或同一地層出現(xiàn)軟硬不均，導致鉆頭在鉆進的過程中向相對較軟的地層偏移；?在導向孔鉆進過程中，由于鉆機操作人員(包括：司鉆員、控向員)人為操作有誤，使穿越軌跡與設計曲線發(fā)生偏移[2]。

3.2.3 相應措施

a.要確保鉆機就位方位與設計管線中心線相重合。鉆機就位前，用經(jīng)緯儀測量出管線穿越中心線，根據(jù)鉆機自身特征、入土角等數(shù)據(jù)(將磁場等外部因素考慮在內(nèi))計算得出鉆機就位的精確位置，用白石灰標記；在鉆機就位過程中用經(jīng)緯儀測量鉆機就位實際偏差，若經(jīng)計算鉆機就位方位相對于管線中心線的角度偏差超過0.08°時，則重新調(diào)整鉆機，經(jīng)多次就位→測量→再調(diào)整→再測量，直到偏差在允許范圍內(nèi)為止。

b.外部磁場對方位角的影響及控制措施。施工現(xiàn)場的地下管道和光纜、構筑物、地上高壓線等產(chǎn)生的外部磁場能影響地磁場強度和地磁角度，進而影響控向方位角，最終導致鉆孔時方向失控。

在開鉆時進行實地勘察，確定外部磁場所影響的范圍。測出偏移量，在導向孔鉆入期間控制其中偏移量。在進入外部磁場時，方位角已經(jīng)發(fā)生了變化，與控向方位角已經(jīng)不同，此時忽略干擾直接鉆進，但在進行數(shù)據(jù)測量時，鉆頭穿越磁場干擾區(qū)后，計算機控向數(shù)據(jù)能恢復正常。此時的誤差應該在允許范圍之內(nèi)。但如果兩者之間相差較大，先算出偏差量，將鉆頭抽出在偏差量范圍內(nèi)再鉆進一次就能使穿越曲線與設計曲線相重合。

c.對于穿越泥巖層的定向鉆，要確保導向孔在該層中平滑過渡。導向孔鉆進是穿越施工的第一步也是最關鍵的一步，這就要求在鉆導向孔過程中對下面的地質(zhì)結(jié)構進一步分析判斷?？叵騿T與司鉆員要認真做好施工記錄，為下面的預擴孔及管線回拖提供切實可靠的施工資料。

d.采用人工磁場。在穿越中心線兩側(cè)設置人工磁場能夠有效避免鉆機控向系統(tǒng)受到外部磁場的干擾。通過對人工磁場與地磁場左右偏差的比較,及時校正控向方位角，保證穿越曲線平滑無偏差。

e.避免人為因素造成導向孔軌跡與設計穿越曲線出現(xiàn)偏差。動工前，做好針對性的技術培訓,加強技能操作，強化控向人員與司鉆人員的配合程度，司鉆人員嚴格按照控向人員的指令進行操作；鉆進過程中把握好控向方向，根據(jù)成孔情況調(diào)整傾角度數(shù)，確保導向孔成孔情況與設計穿越曲線的重合無偏移。

3.3 導向孔卡鉆

3.3.1 鉆頭卡鉆

導向孔鉆進過程中，泥漿壓力或伴隨鉆機扭矩瞬間增大，造成鉆頭停鉆，此類為鉆頭卡鉆。處理的方法有兩種：

a.當泥漿的壓降在100～499psi時，應馬上終止鉆桿繼續(xù)往前推進，將鉆桿向鉆機方向回拉，降低泥漿的壓差、推力和推進速度后再進行鉆進作業(yè)。

b.當泥漿的壓降大于501psi時，應停泥漿泵，迅速將鉆桿向鉆機方向回撤[3]。

3.3.2 “鎖孔”卡鉆

當穿越設計曲率半徑不大，部分穿越區(qū)域造斜過大，加上清孔不及時到位，鉆屑大量積聚在一起易引起“縮孔”，造成卡鉆。

處理方法：保持足夠的泥漿往孔內(nèi)泵送，鉆桿繼續(xù)工作，清孔要及時徹底，反復采取調(diào)鉆頭高邊→停旋轉(zhuǎn)→回抽鉆桿→再次旋轉(zhuǎn)前進→清孔的步驟，直到順利通過。

4 結(jié) 語

工程實踐證明，通過本文中的質(zhì)量控制措施，有效避免了定向穿越過程中定向鉆鉆孔呈“S”形、導向孔偏差、卡鉆等問題的發(fā)生，大大提高了工程質(zhì)量和施工效率，有利于整體施工的質(zhì)量控制。

[1] 侯和平,侯利新,張明月.非開挖定向穿越—拉管技術在漢沽引水工程中的應用[J].科技風,2009(17):642-642.

[2] 成雷.輸水管道水壓試驗的技術總結(jié)[J].水利建設與管理,2016,36(7):27-30.

[3] 陳勇.長距離非開挖穿越技術在巖石層、砂層的施工實踐[J].中國煤炭地質(zhì),2008,20(8):74-76.

Analysis on common construction problems in directional crossing projects of eastern water supply pipelines of Junan and countermeasures

LIU Dejian

(JunanCountyDoushanIrrigationAreaManagementOffice,Junan276600,China)

In the paper, the causes of common problems in directional crossing construction projects are analyzed according to the construction principle of engineering machinery, thereby improving the construction efficiency and providing reference for similar projects.

directional crossing; construction; problems; countermeasures

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.04.005

TV672+.2

A

1005-4774(2017)04- 0016- 03