淺談水平定向鉆穿越施工的冒漿風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施解析

1、淺談水平定向鉆穿越施工的冒漿風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施摘要：水平定向鉆穿越技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外使用頻率較高的一種非開(kāi)挖技術(shù)，具有不損壞地貌、不影響交通、施工便捷等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為管道穿越江河、高速公路、市政道路、農(nóng)村溝渠、果園等地段最理想的施工方法之一。但在實(shí)際施工過(guò)程中容易出現(xiàn)一些較難控制的風(fēng)險(xiǎn)，其中地面冒漿就是主要常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)之一，不僅影響施工進(jìn)度并造成經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定程度的影響。本文結(jié)合定向鉆穿越施工，討論了導(dǎo)致定向鉆施工中冒漿的風(fēng)險(xiǎn)因素，并針對(duì)各種潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素制定相應(yīng)的措施，對(duì)今后類似工程的定向鉆穿越施工具有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞：定向鉆穿越；施工技術(shù)；質(zhì)量控制水平定向鉆穿越技術(shù)現(xiàn)已

2、成為長(zhǎng)輸管道建設(shè)中使用頻繁且必不可少的非開(kāi)挖技術(shù)之一。其不僅能夠?yàn)闃I(yè)主節(jié)省大量征地賠償費(fèi)用，加快施工進(jìn)度，而且與傳統(tǒng)大開(kāi)挖施工相比，還具有不損壞地貌、不影響交通、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際的施工過(guò)程中也會(huì)遇到一些問(wèn)題，如冒漿、鉆機(jī)故障、卡鉆、卡管等，其中地面冒漿就是主要較難解決的問(wèn)題之一。冒漿不僅影響施工進(jìn)度，甚至有可能導(dǎo)致定向鉆穿越工程的失敗，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)穿越沿線的環(huán)境造成一定程度的影響。為了將定向鉆穿越施工中發(fā)生冒漿的可能性降到最低，本文結(jié)合定向鉆穿越工程，著重對(duì)各種潛在的冒漿風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，從而有效防止地面冒漿。1、定向鉆穿越施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)的管道施工

3、流程是先開(kāi)挖管道線路，然后進(jìn)行埋管，這樣的操作方式會(huì)很大地破壞周邊環(huán)境，而且對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)條件的要求也非常高，定向鉆穿越管道施工技術(shù)對(duì)附近環(huán)境的破壞性比較小，并且在施工前已經(jīng)進(jìn)行了地質(zhì)的勘探工作，進(jìn)行了定向鉆孔，不會(huì)造成其他構(gòu)筑物出現(xiàn)裂痕等影響。這種施工技術(shù)主要采取直接的鉆孔的方式，有針對(duì)性地做好管道鋪設(shè)工作，其鋪設(shè)的管道質(zhì)量也非常高，尤其是在穿越河流時(shí)，不會(huì)對(duì)河流通航、防洪等產(chǎn)生影響，也不會(huì)對(duì)附近的江河以及相關(guān)的植物造成影響，而且整個(gè)施工的工程周期短，工程建設(shè)效益比較高，定向鉆穿越技術(shù)在進(jìn)行陸地施工的過(guò)程中。并且能夠把管道敷設(shè)在地下三米以下的地方，所以，沒(méi)有對(duì)道路產(chǎn)生非常大的破壞，若是在江河以下

4、進(jìn)行穿越，其穿越深度可以達(dá)到十米以下，對(duì)管道也具有天然的保護(hù)作用。 2、冒漿風(fēng)險(xiǎn)因素2.1泥漿壓力泥漿在鉆孔內(nèi)流動(dòng)需要一定的泥漿壓力。當(dāng)鉆孔內(nèi)的泥漿壓力過(guò)高并超出鉆孔上覆地層所能承受的壓力范圍時(shí)，孔內(nèi)泥漿將地層壓裂，產(chǎn)生貫通的裂縫，泥漿沿著貫通裂縫向上泄漏，地面就會(huì)發(fā)生冒漿。這也是導(dǎo)致地面冒漿的根本原因，因此在定向鉆穿越施工過(guò)程中選擇合適的泥漿配比、并要求施工時(shí)對(duì)孔洞內(nèi)的泥漿達(dá)到合適的壓力，顯得尤為重要。2.2孔洞、裂隙地質(zhì)因素如果穿越路線地質(zhì)土層中本身存在孔洞(如未封堵的勘探孔)，在鉆孔內(nèi)泥漿壓力的作用下，泥漿很容易就會(huì)通過(guò)孔洞泄漏出來(lái)，形成冒漿。另外，如果土層松散或者地下植物根系比較發(fā)達(dá)，

5、土層中存在裂隙，也會(huì)在一定程度上增加了地面冒漿的可能性。定向鉆穿越施工在遇到存在孔洞、裂隙的土層時(shí)，往往是泥漿壓力還未達(dá)到冒漿臨界壓力時(shí)就會(huì)發(fā)生冒漿，所以需要采取一定的措施對(duì)孔洞和裂隙等地質(zhì)因素進(jìn)行處理。同時(shí)要注意在穿越一些根系比較發(fā)達(dá)的植物地帶，如山藥、紅薯等向地下空間生長(zhǎng)的比較深入植物，要提前做好防護(hù)處理準(zhǔn)備。2.3擴(kuò)孔器類型水平定向鉆施工中常用的擴(kuò)孔器主要有桶式擴(kuò)孔器、板式擴(kuò)孔器、巖石擴(kuò)孔器(滾刀式和牙輪式)等幾種，每種擴(kuò)孔器的適用條件有所不同。其中桶式擴(kuò)孔器適用于淤泥質(zhì)黏土等塑性差的土層，板式擴(kuò)孔器適用于粉質(zhì)黏土等塑性較好的土層。如果在塑性較好的粉質(zhì)黏土層中使用桶式擴(kuò)孔器進(jìn)行擴(kuò)孔器，因

6、桶式擴(kuò)孔器自身是封閉的桶狀，且擴(kuò)孔時(shí)擴(kuò)孔器外壁與孔壁完全接觸，無(wú)法形成泥漿循環(huán)的通道，會(huì)造成泥漿循環(huán)不暢，局部憋壓，使泥漿壓力逐漸升高，在通過(guò)不密實(shí)的土體時(shí)就會(huì)發(fā)生冒漿。同時(shí)，如果在淤泥質(zhì)黏土等塑性差的土層使用板式擴(kuò)孔器，淤泥質(zhì)同樣會(huì)堵塞板式擴(kuò)孔器，空洞不能完全成型，在拖管的時(shí)候，同樣會(huì)使局部憋壓，泥漿壓力升高，存在發(fā)生冒漿的危險(xiǎn)。2.4泥漿配制泥漿配比的不同，會(huì)影響到泥漿的黏稠度和流動(dòng)性，而泥漿的黏稠度和流動(dòng)性存在著矛盾對(duì)立的關(guān)系。因?yàn)橐ＷC孔壁不坍塌，通常是在施工過(guò)程中加大泥漿黏度，而泥漿黏度的增大必然會(huì)降低泥漿的流動(dòng)性能。流動(dòng)性能一旦降低，就需要通過(guò)提高壓力來(lái)更好地推動(dòng)泥漿在導(dǎo)向孔內(nèi)的流

7、動(dòng)，給泥漿的壓力增大后，在一些地表薄弱的地點(diǎn)，往往會(huì)導(dǎo)致冒漿的發(fā)生。3、冒漿風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施31泥漿壓力的控制對(duì)于泥漿壓力這個(gè)會(huì)導(dǎo)致冒漿的重要影響因素，可以考慮采取加大埋深、增加冒漿臨界壓力值以及降低泥漿壓力兩個(gè)方面的措施，使泥漿壓力不大于冒漿臨界壓力值，則能夠有效控制冒漿的發(fā)生。在滿足相應(yīng)要求的前提下，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，一方面，適當(dāng)增大定向鉆入土角的角度，可以在較快的時(shí)間內(nèi)到達(dá)預(yù)定的深度，并且在斜線段相同的穿越距離對(duì)應(yīng)的穿越深度要更深。這樣，就能夠增加斜線段鉆孔上覆土層的厚度，降低發(fā)生冒漿的幾率。另一方面，在一些地表?xiàng)l件不好的地段，可以適當(dāng)增大定向鉆穿越曲線的深度。因?yàn)榇┰缴疃仍酱螅貙涌紫吨械目?/p>

8、隙壓力也隨之增大，從而減小泥漿發(fā)生泄漏的可能；并且，適當(dāng)增大定向鉆穿越曲線的深度，可以增加鉆孔上覆土層厚度，相應(yīng)地增大了地層冒漿的臨界壓力，使上覆地層具有足夠的壓力，防止冒漿的發(fā)生。32孔洞、裂隙地質(zhì)因素的處理對(duì)于孔洞，如工程巖土勘察的勘探孔，應(yīng)在探孔施工后可采用水泥漿，利用鉆機(jī)泥漿泵對(duì)其由下至上進(jìn)行灌注回填，對(duì)探孔進(jìn)行封堵，以避免發(fā)生冒漿。對(duì)于農(nóng)田里的灌溉井，為了盡量控制不讓冒漿發(fā)生，同時(shí)保證泥漿壓力及擴(kuò)孔、洗孔的質(zhì)量，也可將冒漿的井眼作為泥漿泄壓點(diǎn)，用于釋放泥漿壓力，降低其他的冒漿風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于裂隙，處理的關(guān)鍵是堵漏。如遇到裂隙發(fā)達(dá)的漏失地層時(shí)，在泥漿中可以添加一定的堵漏材料，則能有效封堵裂隙

9、，減小發(fā)生冒漿的可能性。目前常用的堵漏材料有水泥、化學(xué)漿液(如水玻璃漿液)、惰性材料(如瀝青材料)、水泥一水玻璃漿液等。其中水泥和水玻璃具有來(lái)源廣、成本低、配制方便、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，且水泥一水玻璃復(fù)合漿液的堵漏效果較好，故為目前最常用的堵漏材料之一。在注漿壓力作用下，添加水泥一水玻璃堵漏材料的泥漿被壓入鉆孔內(nèi)周圍裂隙地層中，固化后即可形成有較高強(qiáng)度的水泥漿液固體，起到封堵裂隙的作用，達(dá)到堵漏的效果。33泄壓坑也可根據(jù)地形的不同，在管線的中間地面位置設(shè)置泄壓坑（根據(jù)管線的長(zhǎng)度安排泄壓坑的個(gè)數(shù)），一般一到兩個(gè)。同時(shí)需要注意泄壓坑的深度與寬度，準(zhǔn)確定位泄壓坑的位置，泄壓坑的深度根據(jù)拉管流水面高程確定，同

10、時(shí)在泄壓坑一側(cè)要設(shè)置積泥坑，泥漿泵隨時(shí)講多余泥漿抽出坑外，渣土車直接拉走。3.5鉆機(jī)和擴(kuò)孔器的選擇針對(duì)不同的土層，采取相應(yīng)適用的鉆機(jī)和擴(kuò)孔器，選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定適宜的出入土角度、曲率半徑和埋深。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)場(chǎng)地情況和鉆機(jī)設(shè)備能力，盡量選擇大的出入土角和曲率半徑，使得穿越曲線盡快地到達(dá)穩(wěn)定地層。充分參考土層的塑形指數(shù)和液性指數(shù)，根據(jù)不同的土層，選擇不同的鉆機(jī)和擴(kuò)孔器，可避免因鉆機(jī)和擴(kuò)孔器選用不當(dāng)而發(fā)生冒漿。3.6鉆速和泵量的合理控制在定向鉆穿越施工時(shí)，不能盲目追求施工進(jìn)度而忽視了冒漿帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境影響。在鉆進(jìn)過(guò)程中，要將鉆進(jìn)速度、泥漿壓力和鉆具扭矩等參數(shù)調(diào)整到一個(gè)最佳狀態(tài)：擴(kuò)孔時(shí)，應(yīng)合理控制擴(kuò)孔速度，不能過(guò)快，以確保孔道中有足夠的泥漿，將孔道中的泥屑充分?jǐn)y帶出來(lái)；管道回拖時(shí)，應(yīng)合理控制速度，平穩(wěn)回拖，防止因速度過(guò)快導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿來(lái)不及沿孔壁與管壁間流動(dòng)釋放，造成瞬間高壓破壞孔洞，形成冒漿。4、結(jié)束語(yǔ)伴隨當(dāng)前建設(shè)對(duì)環(huán)境造成的破壞逐步增大，在管道建設(shè)之時(shí)往往會(huì)造成環(huán)境的損壞，通過(guò)定向鉆施工技術(shù)，能夠有效地保護(hù)環(huán)境，并且有效地讓管道施工質(zhì)量提高，可以使施工順利進(jìn)行，縮短施工周期。所以相關(guān)人員需要積極分析研究