水平定向钻施工的特点及应用

摘要：伴随着非开挖技术的不断发展、创新，新的非开挖工法—水平定向钻施工应运而生。此工艺施工占地少、速度快、可回退，适用于油气、水利水电以及市政等各行业在砂层、淤泥、黏土、卵砾石、岩石等地层的管道穿越施工作业。基于此本文主要对水平定向钻施工的特点及应用进行了简要的分析，以供参考。 关键词：水平定向钻施工；特点分析；应用研究 引言

水平定向钻大部分都运用工程当中，保证了工程施工质量，加快了工程施工进度，具有广泛的应用前景。 1水平定向钻施工特点

水平定向钻进技术作为一种新型的地下管线施工技术，目前已在铺设供水管道、排水管道、石油和天然气管道、电信管线、城市燃气管道、城市集中供暖管道以及电力、有线电视网等市政工程中有了广泛的应用。该技术具有不影响地面交通，不影响人们的正常生活，对土体的结构破坏小，安全可靠，周期短，穿越精度高、环境污染小等优点。与一般同情况下其他技术相比，采用水平定向钻穿越技术进行的河流穿越施工可以节省大量的人力物力，综合成本大大降低，而且管直径越大、埋深越深，效益就越明显。 2水平定向钻施工要点 2.1工作井与接收井施工

1）降排水。由于施工区地下水位埋深较浅，需进行降排水。根据现场土壤特性，拟采用管井降水方案，降水井布置在工作井和接收井周边，数量各为3眼，井深为20m，井径为600mm，每眼井出水管接至汇水总管，由汇水总管排至公路路边排水沟内。2）工作井制作。工作井和接收井分别设置在公路一侧，工作井采用挖掘机配合人工进行开挖。工作井底板尺寸7.5m×5.0m，接收井底板尺寸为5.0m×5.0m，深度根据管线埋深而定。水位降到基坑开挖底标高1.0m以下时，进行土方开挖作业。基坑开挖上部采用挖掘机开挖，挖至底部30cm时，采用人工进行开挖至设计标高。工作井的支护形式为工作井的四角设置型钢剪力支撑，并加设横向钢管支撑，防止塌方。工作井左右两侧进行放坡处理，两侧边坡需保证稳定，对于土质松散处可加大边坡。为了防止管道在拖运过程中左右摆动，在接收井出土点需挖一个长36.0m，宽1.5m，深4.5m的发送沟，在拖拽的过程中，为了防止管道的防腐层被刮伤，在管道底下每隔6m铺垫装有细土的麻袋，麻袋上面涂有润滑油，且采用汽车吊同时起吊并向前推进以减小钻机拖拽力。 2.2水平导向钻进施工

1）测量放线。根据钻机中心线与入土点、出土点成一条直线的原则，按施工布置图和穿越轴线将钻机及附属配套设备安放在预定位置，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。2）泥浆的配备及利用。泥浆的配制和使用尤为重要，泥浆的主要作用包括排除钻屑、保护孔壁、堵漏、平衡地层压力、冷确钻头、润滑钻具与孔壁、软化硬岩土和进行导向水射流等。施工用水以就近原则，在现场设立泥浆用水的集水罐车，加入适量的苏打粉进行漂白、沉淀，使施工用水达到泥浆用水的水质标准要求。为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不能改变的情况下，采取增加泥浆的储存的数量。为了维持孔壁的稳定，

提高泥浆携带能力通常加入化学添加剂来改善泥浆的流变特性，使之能适用于不同的地层情况。3）导向孔穿越。通过导向探测仪核查、校正钻杆的水平和垂直方向，确保穿越达到设计要求，穿越过程中按设定的标志，每隔3.0m校正一次钻头的位置，以确保钻进精度。 2.3管道回拖

2.3.1连接管道与锁具

回拖前将管道端部制作成锥形，并与钻具连接。钻具组合为：Φ83钻杆+1250mm桶式扩孔器+万向节+U形环+拖拉头。 2.3.2试吊

管道与钻具连接好后进行试吊，试吊过程中保证全线吊车起吊高度和摆臂角度统一，试吊高度为500mm。根据管道吊离地面的高度和管道的弹性变形来判断吊车的受力情况，保持管道处于水平状态，使吊车受力均匀。起吊后调整管道土袋支墩的位置，以免吊带压在支墩上妨碍吊带位置调节。 2.3.3起吊

试吊成功后进行正式起吊。全线吊车同时吊起，最前面的3台吊车将管道吊到猫背上，让牵引头朝向洞口的方向。为保证管道能够正常入洞，可在发送沟前端用挖沟机辅助，减小管道的回拖阻力。 2.3.4回拖

现场总指挥发出信号后，吊车配合钻机开始回拖，管道发生位移的同时吊车配合管道摆臂，保持被吊管道水平移动（吊带移动的距离等于一根钻杆的长度9m）。回拖完成一根钻杆后，根据指挥人员的信号，吊车停止摆臂，统一落绳，将管道放置在临时支墩上，为下一次发送作准备。同时，钻机装卸钻杆准备下一次回拖。吊车每次摆臂幅度9m，其中前4.5m动作要领“摆臂、扬杆、落绳”，后4.5m动作要领是“摆臂、趴杆、收绳”，摆臂时及时调整吊臂角度和吊绳长度，保证吊装管道整体向前平移。回拖过程中注意保证吊车以统一角度、统一摆臂、落绳，同步作业。任何环节一旦出现问题，钻机和吊车要确保同步启停，动作协调一致。钻机在回拖过程中要始终保持相对稳定的拉力、扭矩，做到不急停、不急减速。回拖速度控制在0.6～0.9m/min，同时密切关注拖拉力、扭矩、泥浆压力的变化情况，泥浆流量控制在80～120m3/h，回拖产生的泥浆及时外运，防止冒浆。沿线人员要及时移除管墩，同时对防腐层进行电火花检查。管道出土后，听从指挥人员指挥，卸掉所有钻具，回拖结束。 3施工中相关问题的预控 3.1工作人员技术培训

施工前，项目负责人一定要开展施工相关的专项规划会议，针对参与人员进行专项技术培训，并经考核合格后方可进行考试。为确保监测人员与钻井人员密切配合，施工人员应按监测仪的指示进行操作，消除人为失误造成的方向偏移。 3.2认真分析岩土工程地质报告

在钻探前，应对岩土工程地质报告进行仔细的分析和研究，特别是在地层的出土侧，以防止由于坚硬或松软的土壤导致钻头倾斜向上。 3.3防止跑浆现象出现

建立相应应急小组，导孔钻井阶段的关键是管道穿越，因为管道穿越没有钻透，所以在前面的线管道100m，相对大量的泥将被泥浆很容易带出。在导向孔后半部分，泥浆压力要减小，因为当距离较长时，泥浆很难从入口点的孔中返回。在扩孔的前半部分，应使用较多的泥浆，孔内的泥浆将用来将泥输送到出土地点。

在扩孔的中间部分，应该减少泥浆的数量。在管道拖动的阶段，由于整个孔充满了泥浆，因此在回拉管道的过程中，泥浆的位移和压力不会太大。当管道穿过孔时，孔中的泥浆会被管道挤压出来，所以管道的速度不应太快。 结束语

通过水平定向钻在工程中的应用，其施工工艺比传统的人工开挖顶进的方式更科学，加快了施工进度，缩短了施工工期，工程质量得到有效控制，安全有了很大的保障，同时降低施工成本，具有较广泛的应用前景。 参考文献：

[1]郭坤，李齐军.重力流排水管定向钻技术改进探讨[J].给水排水，2018，54（06）：102-105.

[2]杜明.喀斯特地貌地段管道定向钻施工技术研究[D].西安石油大学，2016. [3]江文.基于贝叶斯网络的水平定向钻穿越施工风险评价研究[D].西南石油大学，2016.

[4]裴业虎.膨润土泥浆在水平定向钻施工中的应用及特点[J].中国非金属矿工业导刊，2014（06）：7-8+20.

[5]尹铮.定向钻施工在城镇燃气管道建设中的应用研究[D].北京建筑大学，2014.