大口径定向钻施工在河道生态补水中的应用

大口径定向钻施工在河道生态补水中的应用

王祚立

青岛市益水工程股份有限公司，266000

摘要：定向钻技术是工程行业中较为常见的一种管道施工技术，通常应用在天然气、石油、市政施工以及河道生态治理等工程建设中，与传统挖掘施工技术相比，定向钻技术具有缩短工程期限、加强施工质量、降低项目成本以及提高施工环保效果的优势，在实际生活中具有较为良好的应用效果。基于此，本文通过实际工程案例分析对大口径定向钻施工技术在河道生态补水中的应用进行探讨研究。

关键词：河道生态补水；定向钻施工；大口径；应用

前言：我国城市化建设进程不断深入推进，城市地区饮用水源与生活污水等问题越发突出，因此对地区水源进行科学管理分配已经成为社会重点关注研究内容。合理运用河道生态补水工程能够有效缓解河道黑臭问题，促使河道保持良好的流动性，改善河道水源质量，进一步加强生态环保工程效果，从而帮助地区实现可持续健康发展。

1. 工程概况

李村河发源于崂山山脉石门山麓，沿途流经李村、张村和曲哥庄等地，从胜利桥流值胶州湾，全长17公里，是青岛市内最大河道系统，同时在城市防洪排涝中具有十分重要作用，属于间歇式河道。为进一步改善李村河道水文环境，消除河道内黑水与臭水问题，全面推进水文环境整治工程，市城乡建设委制定了相关整治方案对李村河开展水文环境政治工作，借助李村河污水处理厂向河道国控断面上游开展生态补水工程，由青岛水务集团全面负责。

2. 大口径定向钻施工应用
   1. 管线穿越方案分析

为保证李村河河道补水具体需求，李村河下游日补水量应达到20万/m3，因此决定采用分阶段建设工程，第一阶段施工至胜利桥，实现补水量达到5万/m3，第二阶段至李村河三角地带，实现补水量达到15万/m3，因此需要沿李村河道走向建设两条输水管道系统，直接分别为800mm和1200mm，800mm管道总长度约为5公里，1200mm管道总长度约为4.5公里，且沿线预留一定数量补水口。

李村河穿越工程采用大口径定向钻工艺施工，累积穿越长度在3.6公里左右。800mm和1200m管道同时施工铺设，管道材质为球墨铸铁管。河床底高程为1.35m，依据工程方案设计内容，穿河管道顶高程在-3.94m，因此穿河管道与河床间的覆土厚度应当控制在5.29m以上[1]。河道穿越定向钻施工需要在河道两侧建设分别建设一个工程井，即初始井与接收井，两者均处于河道管理范围外，结构为混凝土结构，入土初始井点位设置为管道铺设反方向35m处，出土接收井点位设置在管道延伸35m处。

2.2钻孔轨迹设计

（1）出土角度与入土角度。本项目施工需要参考定向钻施工管道穿越工程相关技术规定内容，管道材质主要使用聚乙烯给水管道，入土角度与出土角度应控制在8°~20°范围内。

（2）管道轴向曲率半径。牵引管道在管道系统中主要用作排水管道，管道从起始点位至最终点位需要具有一定垂向坡度，同时防止弯曲现象发生，因此将管道轴向曲率半径设置为∞。

（3）钻孔孔径与扩孔次数。以800mm管道施工为例，为扩大环形空间有效尺寸大小，降低回脱拉力，施工选用四次扩孔操作[2]。一次扩孔施工选用400cm直径钻头，二次扩孔施工选用600cm直径钻头，三次扩孔施工选用800cm直径钻头，四次扩孔施工时选用1000cm直径钻头，最终形成符合工程需求的标准管孔。

2.3大口径定向钻施工要点

（1）施工前期地质勘察。在正式施工前需要对施工地质情况进行详尽调查分析，依据前期地质勘察报告信息显示，施工范围内上层土壤结构属于含卵石的砾砂土层，整体密实程度相对较高，具有良好的钻孔基础条件，下层土壤结构为粉砂层，整体密实度相对较弱。在施工中应当注重钢套管应用，钢套管的应用会加剧上下土层结构的软硬程度，在上下土层交界处施工容易出现错孔现象。错孔问题能够对定向钻施工产生十分严重的影响干扰，会导致回脱失败。错孔修正施工工期相对较长，且施工质量难以得到有效保证。

（2）防止定向钻施工发生弯曲现象。为保证定向钻施工线路平滑标准，防止发生“S”形问题，需要对各钻杆施工角度进行标准管控，在施工方向转变过程中需要严格遵守设计规范，如果实际施工与设计曲线存在差异，需要及时调整修改[3]。“S”形问题产生的主要原因在于钻杆施工方向控制时某一钻杆存在角度偏差，因此必须严格控制每一根钻杆角度，以此保证施工线路的规范性。

（3）将定向钻出土点位误差值控制在1m范围内。定向钻施工基础数据能够直接影响到穿越管道曲线偏差数值，为保证定向钻出土点位误差值在1m范围内，需要对定向钻基础数据测量环节进行重点关注。利用控向系统和GPS系统对穿越具体方位角度进行精确测量，减少方位角度误差，在施工过程中依据具体情况进行多点位测量，通过求取平均值的方法确定最终方位角度。

（4）管线回拖。预扩孔施工结束后需要开展管线回拖施工。为保证回脱施工顺利完成，在施工前需要检查扩孔装置各通道以及泥浆喷嘴等结构的畅通性；在回脱施工时需要依据回脱力对回脱速度进行精准控制，同时依据施工地质变化情况进行泥浆配比，在管线回脱前封堵牵引头，以此保证管线干净清洁；使用挖掘机或者吊管机进行管线就位施工，将起吊点设置在管道焊接点2.5处，将起吊高度控制在1m范围内，起吊点间距应当控制在26m范围内，同时利用尼龙吊带施工作业

[4]。各项工序均符合施工作业标准后进行管线回脱施工。

（5）定向钻穿越泥浆工艺。大口径定向钻施工过程中，土质分布不均匀会导致偏移问题发生，虽然施工导向曲线精准控制，但是由于钻具自身重量较大，且存在不同性质土层结构，钻具会在土质相对较软的地方出现多余钻切，而在土质较硬环境中下切相对较少，进而导致钻孔偏移，极不利于管道回脱等工序开展。因此，在保证钻具合理的基础上还需要配备优秀的泥浆进行辅助施工，可以通过添加植物油润滑剂减少阻力、控制泥浆压力以及添加固壁剂稳定孔眼等手段保证施工顺利稳定进行。

结论：定向钻技术在实际应用中具有成本低廉、污染性低、穿越精准度高以及适用范围广等特点，能够有效应用在各种管道穿越工程中。本文以河道生态补水项目为案例，对大口径定向钻施工具体环节进行探讨分析，并指出定向钻施工过程注意事项，以此对定向钻施工方案进行完善以化，帮助工程行业实现可持续高效发展。

参考文献：

[1]李金霞,张健.新兴铸管首次应用于西北区域大口径定向钻施工[J].中国水利,2018(3):1.

[2]杨楠,申琪玉.大口径长距离水平定向钻穿越项目施工安全风险评价研究[J].项目管理技术,2021,19(7):7.

[3]李骁晔,李树雷.浅谈水平定向钻在大口径管道穿越水阳江工程中的应用[J].2022(5)：9.

[4]申粤,乔珩,乔志国,等.大型水平定向钻穿越钱塘江工程案例分析[J].煤气与热力,2019,39(5):4.

作者简介:王祚立 男 汉，山东青岛、1991-12-21，本科，水利水电工程、山东农业大学，工程师，工程技术（市政公用工程)