浅谈非开挖定向钻管道施工的质量控制要点

浅谈非开挖定向钻管道施工的质量控制要点

张彦文

上海华城工程建设管理有限公司 200233

摘要： 非开挖定向钻施工工艺以其独特的优越性，在公用管线铺设施工中得到广泛应用，通过以集约化供水管道工程为例，介绍了较长距离非开挖定向钻管道施工质量控制要点。

关键词：非开挖定向钻 质量控制 泥浆性能

1、工程概况

工程位于长兴岛域和横沙岛域，连接长兴岛与横沙岛穿越长江的管线采用非开挖定向钻施工工艺，钻进2根φ720*14mm钢套管，材质为 L360，每根穿越长度为1750米，共计穿越φ720*14mm3500米，采用ZT-600 钻机进行施工。本次穿越主要在灰色粘土、灰色粉质粘土夹粉土地层中进行。

2、做好施工准备工作

2.1针对入土及出土位置、标高及水平方向的距离等进行重复测量，同时对穿越现场的建筑、地形、交通、土壤和水源等情况进行全面的掌握。

2.2查明地下设施及管线情况，根据设计要求，结合业主提供的地下管线资料，并采用物探设备对穿越沿线的地下管线进行管线探测、复核。

2.3采用近边河道水源作为施工用水，测试水质是否能够达到配置泥浆的标准，同时检查泥浆的配比是否能够达到工程及环保等方面的要求。

2.4根据施工现场实际情况和工程特点，检查审核施工组织设计是否符合操作规程要求并切实可行。

2.5检查施工前设备保养及施工人员的培训教育是否已落实。

2.6针对现场的“三通一平”情况的完成效果进行检验。

2.7做好测量放线工作

紧密结合设计交底与图纸和现场实际情况，来放出施工所需要的钻机控制线和物资的具体位置线，标出钻机工作区、入土点和出土点和管道回拖需要的作业区。定向钻机设备定位，先用 GPS在穿越中心线上的地面上做标志桩，然后用全站仪将设备精确定位于穿越中心线上。保证钻机的中心线能够与入土位置和管道穿越的方位平行。并将穿越出土点的方向位置定好，确保管道在预置及回拖过程中与穿越方向保持相一致。

3、定向钻施工质量控制措施

3.1钻机及配套设备就位

3.1.1将钻机放置在穿越中心线位置，钻机妥善就位后，再检查测量控向参数、泥浆配制等，保证设备在运行期间能够正常发挥作用。

3.1.2设备连接

可依据具体的布置图来查看钻机及其配套设备安放位置的准确性，结合管道穿越的中心线来调整钻机位置，保证钻机与管道的中心线能够重合，分别设置好前地锚及后地锚，前、后地锚与钻机之间采用钢管连接，充分保证钻机的稳固。结合入土角的具体要求来对钻机的高度进行调节，保证钻机的运行轨迹与水平夹角可与设计中的入土角相符。

3.2 测量控向参数

如果施工作业不会受到其他因素的影响，便需在设备进场前完成控向参数的测量工作。需在施工范围将探测装置安装在防磁钻杆内，计算出入、出土点中心线的平均值，在此期间，需保证探测器处于管道穿越的中心线位置。经过测量获得理想的控向参数之后，便需将相应的数据进行记录，以此作为确定导向钻孔方位的依据。

3.3钻机试钻

实施开钻前，需妥善完成钻机的安装和调试等工作内容，经过3-5根钻杆试钻后，便可确定机械系统的运转情况。确定控向系统信号线连接良好，各环节之间有序配合后，便可正常实施导向钻孔工序。

3.4 泥浆性能参数及配比的质量控制措施

3.4.1检查泥浆性能参数

泥浆性能参数的选择必须正确，所选择的泥浆需具有更为理想的抑制性和流动性等特征，在结构性和润滑性等方面也需表现出更为明显的优势，这样便可实现岩屑携带等目的。

所确定的泥浆密度、流动指数等参数可对钻速、排量、悬浮等产生直接的影响，泥浆失水等可确定成孔的效果，而摩阻系数与回拖拉力值直接相关。

在施工期间，需定期对泥浆的性能指标、密度及粘稠度等方面进行检查，其他参数也需每4h进行检查。如果地质条件出现变化，则需提高检测的频率。

3.4.2泥浆配比质量控制要点

在施工现场抽取水样或土样，则需依据已经确定的泥浆配比来进行完善，在达到要求后使用抗盐型膨润土与泥浆的添加剂，形成具有更为理想的润滑和护壁效果的泥浆，以此来提升穿越的成功几率。泥浆配置用水选取附近的河水作为水源，水质要经化验合格后方可使用，依据地质勘探报告，针对地层特点，选用钠般土聚合物泥浆体系，采用失水性小的钠土作为泥浆配置的主要材料。施工过程中及时检查各阶段粘稠度指标，导向及扩孔时泥浆排量约为 0.8 m³/min，粘稠度应保持在 50s/L 以上；回拖时泥浆流速约为 0.8 m³/min，粘稠度应保持在 45s/L 以上。

3.5检查导向轨迹设计

工程南、北2条穿越管道西侧入土角为9°，东侧出土角为 8°，检查角度是否准确，待第一条（北侧 φ720mm 钢套管）铺设完成后，先对其进行陀螺仪三维测量，根据测量出的确切管位和深度，再对第二条钢套管（南侧穿越段）的管位和深度进行修正，保证达到设计的平面距离和验收标准要求。

3.6导向孔钻进质量控制措施

3.6.1采用美国 p2 公司生产的 APS 定向系统，该系统准确度高，偏差小，施工中严格按照预定方案控制穿越轨迹，做到每根钻杆角度变化不超过0.4°，发现偏差及时纠正。

3.6.2严格依据行业规定的程序实施操作，随时观察各类设备显示的扭矩、钻压等读数变化，随时做好钻进参数调整。

3.6.3随时对泥浆的返出效果进行观察，从而推断钻进期间地质的变化情况，按标准检查泥浆相关指标。

3.6.4钻头采用螺杆马达动力钻进工艺，以泥浆压力作为驱动动能，使钻头高速旋转，在钻机转盘转动的同时，泥浆马达也正常转动，使钻头在钻进时，减少钻进作业时的扭矩及推力。

3.6.5泥浆的质量控制

在实施导向孔的穿越期间，为确保钻头能够顺利钻进地层，避免土层发生松软现象而导致卡钻等情况的发生，因此在对泥浆进行配比时便需加入适当的润滑剂。以此保证孔壁保持完整，维持孔壁充分的稳定时间，保持孔内泥浆面，降低钻进期间受到的阻力作用。

3.6.6钻进速度的有效控制

在较软地层采用较小的转压和较高的转速，在较硬地层采用高转压、低转速，调节转压和转速以得到最佳扭矩。

3.6.7 确保顺利导向的技术措施

a.在钻进之前，要将钻机、地锚箱及钻机下面铺垫的钢板用槽钢焊接固结成一个整体，减少或避免钻进时钻机的振动对导向精度的影响。

b. 随着钻进距离的增加，而且穿越地层不均匀，钻杆扭矩推力的传递失效大，在入土点增加钻杆的钢性支撑减小钻杆摆动，使推力传递顺畅，确保导向能够顺利完成。

c.采用加厚型的电缆导线，在导向施工过程中，增加卡盘固定导线，并加设喷浆短节，有效增强钻杆在孔洞内的润滑。

3.6.8导向过程中泥浆排量控制

a.入土端造斜段：在导向钻头钻入期间，穿越的地层逐渐加深，泥浆的排放量需调整到较高的档位，按照标准要求需高于0.8m³/min。尽量避免土屑在孔内堆积，保证钻进后孔路的通畅性。

b.水平段：尽量提高钻机的转速，若想提高导向孔内的直径，便需依赖于钻头的动力及搅动效果，从而提高泥浆的容留效果，降低地层所需承担的压力。

c.出土端造斜段：随着钻头埋深程度的降低，地层所需承受的压力也减小，可通过降低排量来对泥浆的压力进行科学控制，从而降低地层的压力。

3.7扩孔施工的质量保证措施

3.7.1完成导向孔后，便可将控向钻具卸除，与扩孔器进行连接，对喷射泥浆情况进行检验，报验经检查完毕后再开始扩孔作业。扩孔需将导向孔提高到管外径的1.5 倍以上，共进行四次扩孔，使用φ500mm扩孔、φ750mm 扩孔、φ950mm扩孔、φ1100mm扩孔，最大扩孔直径要达到φ1100mm。

3.7.2需在实施扩孔期间，随时关注不同仪器的数据变动情况，及时了解地下钻进的实施效果，随时对钻进的数据进行优化。

3.7.3实施逐级扩孔部分内容时，需保证泥浆具有良好的护壁性与流动性，从而提高泥浆的携带功能。此外还需具有较为理想的润滑效果，从而降低摩擦力。

3.8 管道回拖施工的质量控制

3.8.1完成导向孔的钻进工作后，需在扩孔的同时完成挖掘发送沟以及摆管、管道沿线相关防护工作内容。

3.8.2实施拖管前，需确定拖管头的稳定性同时确认不存在缺陷。重点对管道进行全面检测，保证防腐层能够正常发挥作用。

3.8.3在拖管期间，需科学控制回拖的速度，回拖作业要连续进行，避免因中途停滞而造成回拖拉力增大。

3.8.4可依据具体要求来调整高压泥浆泵的档位及运行速度，以高流量、低压力为标准进行调整，做好泥浆配比检查，保证泥浆达到预期的饱和度，孔壁不会发生塌方的情况，在保证粘度指标的情况下，添加聚合物，以保证泥浆良好的润滑性能，以降低回拖摩擦力。

4、结语

非开挖定向钻进施工工艺的关键工序主要为：导向钻孔、扩孔和管道回拖，泥浆的配制颇为重要，要严格进行检查控制。选择大于回拖力1.5-3.0倍的钻机设备是顺利拖管成功的保证，对操作人员预先做好技术和质量交底，严格执行报验检查制度，关键部位重点监控，保证工程质量，创造了较好的社会效益。

参考文献：

[1] 《管线定向钻进技术规范》DG/TJ08-2075-2010

[2]《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369-2014

[3]《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2015