【工程案例】“辽河穿越”——沈阳燃气沈法管线定向穿越工程

1、工程简介本工程管线定向钻穿越辽河，属于沈阳燃气沈法管线穿越辽沈工业集团靶场排迁工程（辽河穿越）。管线规格为φ610三层PE加强级防腐。穿越入土角为9.6°，出土角为5.1°，穿越处最低点深度为18m(相对管线入土点)，水平穿越长度为1500m。

业主方、建设方: 沈阳燃气公司。

施工单位：盘锦鼎诚机械工程有限公司

项目难点：本次定向钻穿越施工在含有砾砂层及圆砾层中穿过：砾砂层含砾砂约占30%~40%，粒径2~20mm，饱和，呈密实状态。该层全区均有分布，一般层厚3.1-4.9米，层底埋深14.2~15.7米，层底标高24.82~29.15米；圆砾层含圆砾约占50%~70%，一般粒径2—20mm，最大粒径80mm，圆形~亚圆形，坚硬，充填中粗砂，呈中密状态。该层夹有部分粉质粘土，呈可塑状态。该层全区均有揭露未穿透，最大控制深度30.0米，控制厚度13.0米。穿越辽河，辽河深度5米，落差3米，河底深度10米，合计穿越深度18米。长距离施工穿越砾砂层，泥浆不易携带，成孔难，且北方冬季施工温度低，施工效率低，施工成本高。2、地理位置及交通施工位置位于沈阳市新民市罗家房子乡二道房子村，交通状况较好。

图1：辽河沈阳市段鸟瞰图

3、施工设备：水平定向钻机：江苏谷登机械（Goodeng Machine） GD6000-L（S）型钻机

图2：江苏谷登(Goodeng Machine)GD6000-L（S）型钻机主机

图3：江苏谷登(Goodeng Machine)GD6000-L（S）型钻机动力站

4、施工难点及解决措施施工难点: 穿越辽河钻机导向、扩孔、清孔、拉管技术难点探讨如下：

一、卡钻：卡钻是扩孔中常见技术的难点，遇到卡钻，分析判明原因后处理。

1、由于本次导向实在砾沙层，所以导向马达不易控制，易跑偏，司钻手应该时刻控制，导向手要提前做备案。

2、大直径钻头扩孔，遇到硬粘土层，造成频繁卡钻，放慢扩孔速度，加大泥浆量，有时回拖一根钻杆，需要50分钟。

二、缩径：软土层扩孔，孔内容易产生缩径现象。钻杆卸下后，孔内水从钻杆倒流出，说明孔内严重缩径。缩径严重时，被铺管会受到挤压变形，甚至卡死被铺管。遇到严重缩径，选用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。或加大一级钻头扩孔，再清孔铺。如果轻微缩径，一般多清一次孔即可铺管。

三、坍孔：沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔，坍孔埋钻、卡钻、卡死被铺管，造成路面裂缝下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁，可有效地防止坍孔。如果是块石堆积处坍孔，只有将块石清除后方可继续扩孔。

四、钻孔膨胀，黏土层，昔格达底层遇水膨胀：在这类地层钻孔铺管，成孔后，孔内土层膨胀，孔内泥屑增多，孔径变小，被铺管易拉扁。选用优质无固相护壁，泥浆失水少，减少孔壁与水接触。扩大一级扩孔，多清两次孔，可有效防止地层膨胀，挤压铺管。

五、泥浆漏失：在松散的回填土层，地下水位较低，沙质粉土层、粉土层、沙层、河床底的软土层，沙层扩孔。泥浆不从孔口返出，而从孔内漏失，增大泥浆浓度和粘度，在孔壁形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失。在穿越河流时，泥浆漏失而又无法阻漏就顺其自然。

六、泥浆渗出：在扩孔回拖铺管时，常见泥浆从孔中渗出地面。泥浆渗出的原因，首先是扩孔铺管孔中残留泥屑过多阻塞钻孔，泥浆无法从孔口返出，泥浆在孔中形成高压而从地面渗出；其次是地层松散，给泥浆留出通道，泥浆顺其通道渗出地面。

七、施工成本提高：冬季北方施工因天气及温度的影响，施工成本大幅增加：

1、更换负三十五号柴油；

2、更换三十二号液压油；

3、增加施工设备及施工人员保温等相关辅助施工条件。

小结：一般的情况泥浆从地面渗出无关紧要，在一些特定的环境中要特别留意，泥浆不可以从居民房中渗出，不可以从养鱼、养虾、养蟹池中渗出。防止泥浆渗出措施是增加钻孔深度，原设计深度15米可增加至16米，原设计深度16米可增加至18米。改善钻头结构，尽可能将钻孔中的泥屑搅成泥浆，同时适量增大泥浆的粘度、浓度和流量，增加泥浆的护壁、悬浮和排屑能力。钻孔中形成完整通道，泥浆畅通无阻地从孔口返出。

图4：导向施工中

图5：扩孔施工中1

图6：扩孔施工中2

5、技术保障1.风险预防：无缝衔接工序,尽量缩短施工周期；

2.导向难题: 穿越在砾沙层，导向钻头不易受控制。

3.五级扩孔：12英寸（360mm）15英寸（450mm）、22英寸（600mm）25英寸（750mm）33英寸（950mm）五级扩孔；

4.拉  管：使用25英寸（750mm）桶式扩孔器回拖。

6、施工过程导    向：历时7天，导向速度为1根/30min，泥浆排量为600L/min，扭矩10-15Mpa，推 拉 力：5-7Mpa；

一级扩孔：12英寸（360mm）挤扩式扩孔器，砾沙层1根钻杆/20min，泥浆排量800L/min，扭矩10-18Mpa，拉力6Mpa；历时5天；

二级扩孔：15英寸（450mm）单刀式扩孔器，砾沙层1根钻杆/24min，泥浆排量1000L/min，扭矩10-18Mpa，拉力6Mpa；历时5天；

三级扩孔：20英寸（600mm）单刀式扩孔器，砾沙层1根钻杆/25min，泥浆排量1200L/min，扭矩10-18Mpa,拉力6Mpa；历时5天；

四级扩孔：25英寸（750mm）单刀式扩孔器，砾沙层1根钻杆/25min,泥浆排量1200LL/min,扭矩10-18Mpa,拉力6Mpa；历时5天；

五级扩孔；33英寸（950mm）单刀式扩孔器，砾沙层1根钻杆/25min,泥浆排量1200L/min,扭矩10-18Mpa,拉力6Mpa；历时5天；

清   孔1；33英寸（950mm）挤扩式清孔器，1根钻杆/10min,泥浆排量1300L/min,扭矩10-15Mpa,拉力6Mpa,历时2天；

清   孔 2；26英寸（800mm）桶式清孔器，1根钻杆/10min,泥浆排量1300L/min,扭矩10-12Mpa,拉力6Mpa,历时2天。

启动回拖力20Mpa，扭矩12Mpa,回拖速度5m/min，泥浆排量1300L/Min，回拖过程中回拖力及扭矩分别保持在12-20Mpa和8-13Mpa之间 。2017年1月16日早晨5：00左右拉管成功，历时27多个小时。

图7：托管施工中（租用30台吊车使管线悬浮）

7、辅助泥浆膨润土用量：500吨；

泥浆配比：4%普通膨润土、0.15%抗盐増粘剂、0.15%润滑剂；

泥浆参数：马氏漏斗粘度70S-100S，表观粘度26mpa.s,塑性粘度12mpa.s，动切力8pa。

图9：托管成功（施工单位合影）

8、工程总结此次穿越成功，提醒我们在河流的砂类土、碎石类、淤泥层、流沙层等复杂地形施工过程中泥浆的使用极为重要，这类复杂地层可增加扩孔次数，而且施工的连续性尤为重要；长距离工况钻孔轨迹与管道轴线存在夹角，并由于北方冬季施工时表面土层受温度影响，发送沟挖不了，且为防止管道外防腐被划伤，故租用30台吊车悬浮。此是有效解决入孔困难和减轻管体重量的有效方法。