水平定向钻穿越施工工艺

1、 入土、出土工作坑施工

入土/出土工作坑剖面示意图

2、施工方法

1）北侧入土工作坑：开挖深度 2.7m，采用 1:1 坡率分层、分块、对称开挖，分层开挖厚度不大于 1.0m，禁止掏底开挖。边坡喷射 10cm 厚 C20 混凝土防护；坑底浇筑15cm 厚 C20 混凝土垫层。坑外0.5m 位置设置 0.4m 高×0.2m 宽挡水埂，阻断地表雨水流入基坑；本场地地下水位 16.5m，基坑不需要降水。

2）南侧出土工作坑：开挖深度 1.9m，1:1 坡率分层对称开挖；边坡喷护 10cm 厚C20 混凝土；坑底浇筑 15cm 厚 C20 混凝土垫层；坑外侧同样设置挡水埂。

3）坑周边设置排水沟，将雨水引排至坑外；坑周边禁止堆载土方、管材、建筑材料。

4）坑壁喷护完成后检查边坡完整性，出现裂缝、脱落及时补喷处理。

3、详细控制措施

1）严格控制开挖坡率，严禁超挖、掏挖坡脚；开挖与喷护工序紧密衔接，开挖一段，喷护一段，不得长时间裸露边坡土体。

2）雨天停止基坑开挖作业；雨后复工前，全面检查边坡开裂、滑移、冲刷病害，存在隐患处理完毕方可复工。

3）坑底垫层混凝土浇筑平整，无积水；挡水埂必须连续闭合，不得出现缺口。

4）基坑周边设置防护栏杆、安全警示标志，夜间设置警示红灯。

5）基坑施工阶段安排专人定时巡视边坡稳定状态。

4、防护套管定向钻主体施工

工艺流程图

5、 泥浆配制、钻机就位、系统调试

5.1 施工方法

1）泥浆的配制

（1）泥浆配比：泥浆采用膨润土（捷高土）、聚合物、润滑剂及添加剂混配的防沙体系，根据现场勘察，本工程泥浆配比浓度：钻孔：40-45s；预扩：50-55s、回拖：45-50s（马氏漏斗）。

（2）本工程使用低固相聚合物钻井液体系。材料主要包括：钠质膨润土、烧碱、羧甲基纤维素钠，泥浆 PH 值 10~11。

（3）调试泥浆搅拌系统，检查泥浆搅拌系统各搅拌机是否工作正常，检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，发现问题及解决。

（4）检查调试泥浆泵工作是否正常，泥浆泵压力表是否正常工作。

（5）检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当，所有设备检查完后进行设备试运转。

2）钻机就位

（1）根据导向孔轴线，校定钻机位置轴线，定位、锚固钻机。

（2）根据现场实际情况，规律摆放泵机、固控、储浆罐、发电机组等设备。

3）开钻前准备

（1）检查钻机的机械、液压、电气、电控等系统，空车试运转情况要达到最佳状态。

（2）检查控向仪器，仪表，发射接收系统及计算处理功能是否正常。

（3）泥浆配制系统的设备运转是否正常。

（4）准备好钻具，包括导向钻头、扩孔钻头、磨孔器，钻杆为经过检测允许使用的钻具（选择优良且保险系数大的钻具）。

（5）发电机组试运转正常，油料保证及时补充。

4） 控制措施

1、钻机就位在北侧入土端作业场地，钻机底座进行平整压实；钻机采用地锚锚固加固；针对大回拖工况增设钢丝绳+后地锚双向拉结，抵抗回拖反作用力，防止钻机后移倾覆。

2、地磁控向系统进场校验；钻机空载试运转时间不少于 15min；泥浆制备、循环系统全部调试，确认泥浆管路通畅，喷嘴泥浆流出正常，方可正式钻进。

3、地锚埋设深度、锚固拉力满足计算要求，锚固完成进行拉力复核；严禁仅依靠钻机自重抵抗回拖力。

4、地磁控向系统在施工前完成磁方位校准，消除现场金属构件带来的磁场干扰。

5、钻机进场报验，钻机额定回拖力不得小于 300kN；设备检修记录完整。

6、泥浆原材料、配比严格按照地质条件配置，储备足够泥浆材料。

6、 先导孔钻进

定向钻先导孔钻进纵断面示意图

定向钻先导孔钻进纵断面

1）导向孔施工步骤主要为：传感器装入导向钻头内；导向钻头连接到钻杆上，转动钻杆，测试传感器发射是否正常。

2）本工程采用鸭嘴导向钻头进行钻进，钻机手根据设计钻进路径图，调整好钻杆入土角，逐根缓慢钻进。每钻进一根钻杆测量其深度及方向，做好钻进路径统计表记录。在地表测量点做好标记。要求每一根钻杆的深度误差范围控制在±0.20 米以内，横向偏差范围控制在±0.30 米以内。记录好钻进过程中的扭矩、推力、泥浆流量、泥浆压力、角度改变量。

3）为保证预扩孔及回拖工作的顺利进行，钻导向孔时要求每根钻杆的角度改变量最大不应超过 2°，连续 4 根钻杆的累计角度改变量应控制在 8°以内（钻杆每节 3 米）。

4）经过施工负责人对轴线及钻机就位情况进行校准，检查无误后方能开始钻进施工。探头装入探头盒后，标定、校准后再把导向钻头连接到钻杆上，转动钻杆测试探头发射信号是否正常，回转钻进 2m 后方可开始按照设计轨迹进行穿越。

5）导向孔完成后，经施工负责人检查合格后方可进行预扩孔。

6.1控制措施

1、第一根钻杆入土轻压慢转，严格控制入土角；直线段每一根钻杆采集一次控向测量数据；纠偏操作平缓，禁止大角度急转弯，避免造成孔壁扰动。

2、实时比对实测轨迹与设计轨迹，保证路基坡脚覆土≥10.0m，严禁抬升轨迹减小埋深。

3、钻进过程记录钻进压力、扭矩、泥浆压力；出现扭矩突变立即分析，必要时停止钻进。

7、 多级扩孔、洗孔、泥浆置换

扩孔器实物示意图

扩孔器实物示意图

7.1施工方法

1、根据管线直径，采用扩孔器扩孔施工，以满足管线回拖施工的要求，本工程扩孔孔径为管径的 1.5 倍。

2、本工程涉铁穿越段铺设管径为 D406 防护套管，最大成孔直径为 610mm。导向孔完成后，再用Ф300、Ф450、Ф610 的回扩器进行反向扩孔完成后，根据施工情况，可用Ф610 的回扩器进行清孔，以排出孔内多余渣土，对成孔内壁做进一步稳固。

3、扩孔时，应使用根据地层实际情况配置的泥浆，确保孔壁稳定，泥浆流动顺畅。当第一级扩孔时，减慢扩孔速度，同时减小泵压，增大转速。

7.2 控制措施

1、本工程采用多级扩孔工艺；路基范围内扩孔作业同样纳入天窗封锁点内实施。

2、扩孔过程实时监测扭矩、拉力；扭矩、拉力超标时，立即停止扩孔，开展洗孔作业，排出孔内钻渣；洗孔完成后再继续扩孔。

3、全部扩孔工序完成后实施套管外侧环空泥浆置换，采用水泥砂浆置换孔内原始泥浆，减少后期地层沉降风险。

4、严禁一次性大级差扩孔；每级扩孔完成进行洗孔。

5、严控泥浆压力，泥浆压力不得超过设计计算限值，避免扰动铁路路基土体。

6、完整记录每一级扩孔扭矩、拉力、泥浆压力、作业时间原始资料。

8、防护套管回拖作业

管道回拖剖面示意图

8.1施工方法

1、拖管前准备工作

（1）本工程防护套管采用焊接方式，一次性熔接完成并沿路边缘，用滑轮支架支撑摆放，滑轮支撑间距不超过 3 米。

（2）钻杆后面依次连接扩孔器、分动器、管线拉头，认真检查各部位连接处是否牢固,要做到 100%的把握。认真检查扩孔器水眼是否畅通，分动器转动是否正常（用前必须注油）。复查钻机、泵站、发电机组等重要设备运转是否正常，油料、辅件充分，确保万无一失。

（3）在施工前，现场操作人员必须确认旋转接头能够旋转灵活，必须检查拉头与待装管线的连接，确保在回拖过程中管材拉头不会脱落。在管材回拖过程中不能间断，避免管材在孔内停留时间过长导致回拖力增大，超出钻机最大回拖力，致使拖管失败。

2、管线回拖

管线回拖是整个穿越工程最后也是最关键过程，各部门各岗位密切合作协调统一行动：

（1）现场负责人必须掌握现场各工位情况，随时处理拖管中出现的问题，并有相应的预备措施。

（2）现场负责人深入了解各工作环节状况，是否具备拖管条件，确定无误时再下拖管命令，并进行统一指挥。

（3）管线回拖时应根据场地和路面情况而安排、指导、协调人员，要保持联络畅通，使回拖中行动一致。

（4）钻机操作要时刻注意钻机仪表的拉力、扭矩并控制管线回拖速度，增大泥浆排量,降低泥浆压力,从而保护孔壁；保证孔内有充足的泥浆,有利管线回拖。（5）管线回拖时确保泥浆质和量充分供给，添加合理。

（6）回拖铺管时遇到异常情况，应停止拉管，分析原因，排除异常后方可继续施工。

8.2.控制措施

1、在出土端场地将 D406 防护套管预拼装完成，完成焊接、无损探伤、防腐、2.5kV电火花检漏，全部合格。

2、接到铁路慢行正式调度命令后方可开展回拖作业；回拖作业必须连续进行，禁止长时间中途停顿。钻具连接顺序：钻杆→扩孔器→万向旋转接头→特制拖头→防护套管。

3、回拖全过程 24h 自动化变形监测不间断；监测出现预警、报警立即调整回拖参数甚至暂停回拖。

4、实时监控回拖拉力，回拖力不得大于钻机允许额定值。

5、回拖一旦受阻，严禁强行猛拉，停止作业，分析孔内状态，排查原因处置完成后方可继续作业。

6、发送道不得存在石块尖锐硬物，防止划伤套管外防腐层。