水平定向鉆穿越砂層敷設燃氣管道的施工技術

佛山市南海燃氣發展有限公司 王加虎 張 軍

近年來，隨著水平定向鉆施工技術的普及，在穿越砂層時出現管道抱死等事故也屢見不鮮。由此導致的經濟損失增加，施工成本上升，工期進度得不到保證。針對諸如燃氣管道等對管道質量要求較高的地下管線，在穿越砂層時出現抱死卡管等情況，也存在較大的潛在隱患。因此研究水平定向鉆穿越砂層回拖管道防抱死的技術愈發重要。

1 水平定向鉆穿越砂層存在的風險

水平定向鉆的大致施工流程為：軌跡設計→工作坑開挖及鉆機就位→導向孔施工→擴口施工→清孔→管道回拖。從上述流程不難看出，定向鉆施工的本質就是在地下做出一個通孔道，然后將管道拖入通孔道之中。由于地下砂層自身穩定性較差，容易出現塌孔情況。塌孔對定向鉆施工的各個環節均會產生較大影響，尤其是在擴孔、清孔和回拖環節影響尤為嚴重。在擴孔及清孔環節如出現塌孔易導致擴頭被抱死，若施工人員操作不當可導致鉆桿斷裂，擴頭直接掉落在地下，導致擴頭基本無法取回或取回成本巨大。一旦擴頭掉落，原設計軌跡即不可再使用，只能重新設計軌跡并重新施工，施工成本將極大提高。如果因地下管線及地面建筑等限制無法調整設計軌跡，擴頭掉落的后果將難以承擔。在管道回拖階段出現抱死管道情況后果也是比較嚴重的，將會耗費較大時間成本及經濟成本。因燃氣管道對管道質量要求較高?；赝系墓艿朗荘E管出現抱死情況時，可能導致管材拉伸變形而不可再使用的情況?；赝系墓艿朗卿摴艹霈F抱死情況時，若管道有外防護層，回拖也可能導致外防護層脫落，造成較大的經濟損失。

水平定向鉆穿越砂層風險控制需從三個方向去把控。首先是施工本身面臨的風險，其次是施工對周邊建構筑物的影響，最后是燃氣管道后期運行的安全。如果因塌孔導致管道抱死，致使不能按照規定時間完成或造成施工成本大幅提升，這就是施工本身面臨的風險。穿越砂層可能導致路面脫空或影響周邊建筑樁基受力，導致道路或其他建構筑物出現非正常沉降，這是施工對建構筑物的影響。因施工不當造成燃氣管道留下質量安全隱患，在后續運營中出現重大安全事故，這就是對燃氣管道后期運行的安全影響。歸納其本質，穿越砂層的重點是應事先分析可能存在的風險，難點是如何采取措施去規避風險或將風險影響降到最低。

2 水平定向鉆穿越砂層應對的措施

(1)現場勘查及方案設計。對水平定向鉆穿越施工進行分析可知在施工的過程中為了保證施工安全，需要在設計階段對施工區域的地質情況進行調查[1]。地質情況的調查目的在了解清楚地質情況，為設計打下基礎。同時在前期調查階段也需對地下管線、重要道路、周邊建筑、地下構筑物等進行詳細調查。結合實際施工經驗，穿越砂層時最終管道成型位置與導向位置有較大偏差。根據經驗在穿越砂層時，軌跡曲率半徑越小，偏差越大，管道直徑越大，偏差越大，故在設計時應充分考慮最終成孔偏差可能導致其他管線或建構筑物的損壞風險。因穿越流沙層對施工本身的風險較大，設計導向軌跡時應結合地質調查資料，堅持“盡量避免穿越砂層，無法避免時盡量少地穿越砂層”的原則，把風險盡可能地減小。在現場條件允許的情況下，出入土點之間軌跡水平投影應盡可能地設計為直線，以減小擴孔過程中管線在水平方向上的成孔偏移。豎直方向軌跡應盡可能符合“斜直線段—圓弧段—水平段—圓弧段—斜直線段”的大原則，出入土角度盡量小，圓弧段的曲率半徑盡量大，以減小豎直方向上的成孔偏差。對于重要道路車行道下方穿越砂層時應做好交通疏導方案設計，防止道路板底脫空導致發生危險。對于鄰近的重要建構筑物，需提前做好監測方案，防止出現施工侵權糾紛。

(2)擴孔清孔施工要點。擴孔目的在于形成管道通過的空間，使通孔道順直便于管道回拖。清孔的目的在于在擴孔完成后，將孔道中殘留的泥沙通過泥漿清理出通孔道，保證拖管時不會因泥沙沉積最終導致卡管。擴孔直徑的大小與地質條件、管道大小、管道材質等因素有關[2]。因砂層是一種極不穩定的地質，容易受地下水影響，成孔較為困難，因此在擴孔過程中，應嚴格堅持“逐級擴孔”的原則，一旦“越級擴孔”極有可能導致通孔道中砂堆積導致鉆機扭矩及拉力快速增大，很有可能產生擴頭抱死及鉆桿斷裂的情況。泥漿系統壓力也需要適度控制，泥漿系統壓力過大會使從擴頭處噴射出泥漿的射速過快，孔壁砂層塌孔導致下一級擴孔時出現擴頭抱死的情況。擴孔速度要根據地質情況及鉆機噸位綜合確定，不宜過快也不宜過慢。擴孔速度太快，泥漿無法有效滲入至砂層達到良好的護壁效果；擴孔速度太慢又會因為擴頭長時間在一個點位附近旋轉，使孔壁附著的泥漿掉落從而失去或降低護壁能力。清孔時也應遵循擴孔時的施工要點。

(3)泥漿配比控制。泥漿作用主要在于懸浮和攜帶泥(巖)屑、穩定孔壁、潤滑、冷卻鉆具。泥漿的指標是變化的，不同的地質條件泥漿配置也是不同的。泥漿的配制一般需滿足黏度、膠凝強度、流動性和密度等指標[3]。在穿越砂層過程中，護壁及攜砂作用是本文考慮的重點。在實際施工過程中，通過在泥漿中添加燒堿、纖維素等方式解決砂層問題。因為膨潤土本身為酸性材料，放入堿性淡水有利于膨潤土的充分分散、熟化。pH 值太低，膨潤土分散性就差；pH 值也不能太高(不宜超過13)，否則會降低泥漿黏度和切力[4]。一般泥漿黏度高，攜砂能力就強，減少泥漿中水分流失能力就強，但流動性會降低，流動性差施加給鉆機作用力就越大。泥漿密度也影響著攜砂能力和護壁能力，一般密度大懸浮砂石能力就越強，泥漿作用于孔壁的壓力就越大，穩定孔壁效果越明顯。因此在泥漿配比時，應根據地質情況、鉆機大小、單段定向鉆長度等因素，通過現場試驗綜合確定。

(4)合理安排施工工序，保證拖管的連續性。在管理方面，各班組之間應事先做好溝通，保障各工序連續性，從而減少整個拖管過程的時間。因為拖管時間耗費越長，泥漿中沙沉積越多，塌孔風險越大，拖管失敗的概率就越大?；赝锨皯_保管頭已達到出土點，并擺放平順，確?！肮艿惹蹇淄戤叀倍皇恰扒蹇淄戤叺裙堋?。若燃氣管道采用的是鋼管且因地理條件限制需“多接一”時需尤為注意，定向鉆班組與焊工班組、拍片單位及外防護層施工班組之間的有效銜接，一定確?，F場快速出拍片結果，焊口符合要求后立即進行焊口防腐及外防護層施工，盡可能地減少定向鉆回拖等待時間。在焊口焊接完成后未做防腐前，可嘗試拖動管道，防止長時間未拖動導致管道抱死。

3 結語

因燃氣管道的特殊性，在質量上相較于其他市政管線有更高的要求，由此需檢測項目更多，管道回拖時更耗時。水平定向鉆穿越砂層敷設燃氣管道，風險相對更大，因此需重視前期勘查、技術措施運用及管理上的控制。只有有機地將前期勘查、技術措施和管理控制綜合運用，才能將穿越砂層敷設燃氣管道的風險控制在最低限度。