浅谈水平定向钻穿越施工的冒浆风险及应对措施

浅谈水平定向钻穿越施工的冒浆风险及应对措施

高涛

中裕燃气控股有限公司 河南郑州 450000

摘要：水平定向钻穿越技术是目前使用频率较高的一种非开挖技术。但在实际施工过程中容易出现一些风险，其中地面冒浆就是主要常见的风险之一。本文结合定向钻穿越施工，讨论了导致定向钻施工中冒浆的风险因素，对今后类似工程的定向钻穿越施工具有一定的借鉴作用。

关键词：定向钻穿越；质量控制

为了将定向钻穿越施工中发生冒浆的可能性降到最低，本文结合定向钻穿越工程，着重对各种潜在的冒浆风险因素进行分析，并制定相应的应对措施，从而有效防止地面冒浆。

1、定向钻穿越施工技术优势

传统的管道施工流程会很大地破坏周边环境，定向钻穿越管道施工技术对附近环境的破坏性比较小，并且在施工前已经进行了地质的勘探工作，进行了定向钻孔，不会造成其他构筑物出现裂痕等影响。这种施工技术其铺设的管道质量也非常高，尤其是在穿越河流时，不会对河流通航、防洪等产生影响。而且整个施工的工程周期短，工程建设效益比较高，定向钻穿越技术在进行陆地施工的过程中。并且能够把管道敷设在地下三米以下的地方，所以，没有对道路产生非常大的破坏，若是在江河以下进行穿越，其穿越深度可以达到十米以下，对管道也具有天然的保护作用。

2、冒浆风险因素

2.1泥浆压力

泥浆在钻孔内流动需要一定的泥浆压力。当钻孔内的泥浆压力过高并超出钻孔上覆地层所能承受的压力范围时，孔内泥浆将地层压裂，产生贯通的裂缝，泥浆沿着贯通裂缝向上泄漏，地面就会发生冒浆。这也是导致地面冒浆的根本原因，因此在定向钻穿越施工过程中选择合适的泥浆配比、并要求施工时对孔洞内的泥浆达到合适的压力，显得尤为重要。

2.2孔洞、裂隙地质因素

如果穿越路线地质土层中本身存在孔洞(如未封堵的勘探孔)，在钻孔内泥浆压力的作用下，泥浆很容易就会通过孔洞泄漏出来，形成冒浆。另外，如果土层松散或者地下植物根系比较发达，土层中存在裂隙，也会在一定程度上增加了地面冒浆的可能性。定向钻穿越施工在遇到存在孔洞、裂隙的土层时，往往是泥浆压力还未达到冒浆临界压力时就会发生冒浆，所以需要采取一定的措施对孔洞和裂隙等地质因素进行处理。同时要注意在穿越一些根系比较发达的植物地带，如山药、红薯等向地下空间生长的比较深入植物，要提前做好防护处理准备。

2.3扩孔器类型

水平定向钻施工中常用的扩孔器主要有桶式扩孔器、板式扩孔器、岩石扩孔器(滚刀式和牙轮式)等几种，每种扩孔器的适用条件有所不同。其中桶式扩孔器适用于淤泥质黏土等塑性差的土层，板式扩孔器适用于粉质黏土等塑性较好的土层。如果在塑性较好的粉质黏土层中使用桶式扩孔器进行扩孔器，因桶式扩孔器自身是封闭的桶状，且扩孔时扩孔器外壁与孔壁完全接触，无法形成泥浆循环的通道，会造成泥浆循环不畅，局部憋压，使泥浆压力逐渐升高，在通过不密实的土体时就会发生冒浆。同时，如果在淤泥质黏土等塑性差的土层使用板式扩孔器，淤泥质同样会堵塞板式扩孔器，空洞不能完全成型，在拖管的时候，同样会使局部憋压，泥浆压力升高，存在发生冒浆的危险。

2.4泥浆配制

泥浆配比的不同，会影响到泥浆的黏稠度和流动性，而泥浆的黏稠度和流动性存在着矛盾对立的关系。因为要保证孔壁不坍塌，通常是在施工过程中加大泥浆黏度，而泥浆黏度的增大必然会降低泥浆的流动性能。流动性能一旦降低，就需要通过提高压力来更好地推动泥浆在导向孔内的流动，给泥浆的压力增大后，在一些地表薄弱的地点，往往会导致冒浆的发生。

3、冒浆风险的应对措施

3．1泥浆压力的控制

对于泥浆压力这个会导致冒浆的重要影响因素，可以考虑采取加大埋深、增加冒浆临界压力值以及降低泥浆压力两个方面的措施，使泥浆压力不大于冒浆临界压力值，则能够有效控制冒浆的发生。在满足相应要求的前提下，在方案设计时，一方面，适当增大定向钻入土角的角度，可以在较快的时间内到达预定的深度，并且在斜线段相同的穿越距离对应的穿越深度要更深。这样，就能够增加斜线段钻孔上覆土层的厚度，降低发生冒浆的几率。另一方面，在一些地表条件不好的地段，可以适当增大定向钻穿越曲线的深度。地层孔隙中的孔隙压力也随之增大，从而减小泥浆发生泄漏的可能；并且，适当增大定向钻穿越曲线的深度，可以增加钻孔上覆土层厚度，相应地增大了地层冒浆的临界压力，使上覆地层具有足够的压力，防止冒浆的发生。

3．2孔洞、裂隙地质因素的处理

对于孔洞，如工程岩土勘察的勘探孔，应在探孔施工后可采用水泥浆，利用钻机泥浆泵对其由下至上进行灌注回填，对探孔进行封堵。对于农田里的灌溉井，为了尽量控制不让冒浆发生，同时保证泥浆压力及扩孔、洗孔的质量，也可将冒浆的井眼作为泥浆泄压点，用于释放泥浆压力，降低其他的冒浆风险。对于裂隙，处理的关键是堵漏。如遇到裂隙发达的漏失地层时，在泥浆中可以添加一定的堵漏材料，则能有效封堵裂隙，减小发生冒浆的可能性。目前常用的堵漏材料有水泥、化学浆液(如水玻璃浆液)、惰性材料(如沥青材料)、水泥一水玻璃浆液等。其中水泥和水玻璃具有来源广、成本低、配制方便、无毒等优点，且水泥一水玻璃复合浆液的堵漏效果较好，故为目前最常用的堵漏材料之一。在注浆压力作用下，添加水泥一水玻璃堵漏材料的泥浆被压入钻孔内周围裂隙地层中，固化后即可形成有较高强度的水泥浆液固体，起到封堵裂隙的作用，达到堵漏的效果。

3．3泄压坑

也可根据地形的不同，在管线的中间地面位置设置泄压坑（根据管线的长度安排泄压坑的个数），一般一到两个。同时需要注意泄压坑的深度与宽度，准确定位泄压坑的位置，泄压坑的深度根据拉管流水面高程确定，同时在泄压坑一侧要设置积泥坑，泥浆泵随时讲多余泥浆抽出坑外，渣土车直接拉走。

3.5钻机和扩孔器的选择

针对不同的土层，采取相应适用的钻机和扩孔器，选择合适的设计参数，确定适宜的出入土角度、曲率半径和埋深。设计人员应该根据场地情况和钻机设备能力，尽量选择大的出入土角和曲率半径，使得穿越曲线尽快地到达稳定地层。充分参考土层的塑形指数和液性指数，根据不同的土层，选择不同的钻机和扩孔器，可避免因钻机和扩孔器选用不当而发生冒浆。

3.6钻速和泵量的合理控制

在定向钻穿越施工时，不能盲目追求施工进度而忽视了冒浆带来的经济损失和环境影响。在钻进过程中，要将钻进速度、泥浆压力和钻具扭矩等参数调整到一个最佳状态：扩孔时，应合理控制扩孔速度，不能过快，以确保孔道中有足够的泥浆，将孔道中的泥屑充分携带出来；管道回拖时，应合理控制速度，平稳回拖，防止因速度过快导致孔内泥浆来不及沿孔壁与管壁间流动释放，造成瞬间高压破坏孔洞，形成冒浆。

4、结束语

伴随当前建设对环境造成的破坏逐步增大，在管道建设之时往往会造成环境的损坏，通过定向钻施工技术，能够有效地保护环境，并且有效地让管道施工质量提高，可以使施工顺利进行，缩短施工周期。所以相关人员需要积极分析研究该项技术，积极推进这项技术的开发应用。

参考文献：

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[2]邹星，贾旭，尹刚乾.非开挖铺管泥浆阻塞路面冒浆问题分析[J].管道技术与设备，2015，02

[3]孔艳丽、王书宁、马红梅.定向钻穿沁施工冒浆技术的实践与应用 [J].中小企业管理与科技（下旬刊），2014，2