嘉陵江水平定向钻穿越工程是元坝一德阳输气管道工程穿跨越单体长度最长的工程。该工程穿越位置位于广元市苍溪县与南充市阆中市嘉陵江河道交界处，穿越工程等级为大型。穿越管线为D711mm×15.6mm L450M PSL2 SAWL钢管，输送介质为天然气，设计压力为9.80MPa，采用加强级 3PE 防腐。定向钻穿越入土、出土点水平长度857.90m，实际长度868.00m。定向钻穿越接点水平长度870.40 m，实长880.01m。穿越管线入土角定为13°，出土角定为12°，穿越管段的曲率半径为1500D，穿越最小深度约为29.60m（对应管底设计标高 324.50 m）。

一、工程地质条件及施工不利因素

1、地形地貌

管道穿越场地属嘉陵江河谷地貌，嘉陵江左岸（顺流方向）为河流冲积平地，地势高程在365.10~366.55 m，高差约1.55m，属一级阶地地貌；嘉陵江右岸地形起伏相对较大，局部地段存在陡坎，高程在357.84-377.50m，高差约20.34m，河岸局部基岩出露，出露岩性为砂质泥岩。

根据场地现场钻探揭露，地层分布情况为第四系全新统耕土层（Q4pd）、第四系全新统冲洪积层（Q4a1+p1）及下伏白垩系下统苍溪组（K1c）。穿越段揭露地层主要由耕土、粉土、粉质黏土、含黏性土卵石、卵石、砂质泥岩、砾岩和砂岩组成。穿越场地地层结构多样、复杂，岩性分布不均，呈渐变接触。

2、地质条件分析

根据穿越断面岩性性质，结合穿越河流段工艺技术特点，穿越断面各地层对穿越施工的适宜性分析见下表 。

其中，⑤卵石层、⑥1 和⑧1层强风化基岩砂质泥岩和砂岩，均不利于定向钻的穿越，为该工程穿越施工重点关注地层。根据地勘报告，嘉陵江定向钻入土侧需穿越卵石层。

为此，根据穿越深度及穿越曲线，初步采用通过夯套管对入土点卵石层进行隔离方法，保障定向钻穿越顺利实施。

3、施工中遇到的问题

夯入基岩层的钢套管规格为 D1 500 mm×32 mm，材质Q345B，夯锤施工阻力明显增大，锤至套管管头变形仍无法进尺；且套管内返水严重，降水困难。项目部决定更换为4500 t夯锤，重新就位、安装、调试后施工2日也仅夯入近1 m。最后，明显能看到套管向后反弹且管口明显变形，不敢再贸然向前夯进，只能暂停施工。

补充地勘报告揭示该地层处含有漂石，套管前端中风化砂岩单轴饱和抗压强度值达到31.6 MPa，属于较坚硬岩。因此，套管前端经强度过高的漂石挤压，阻碍其前进。若使用夯进力更大的夯管锤，钢套管自身强度则无法承受。

二、清障技术方案比选

针对夯套管施工中遇到的问题，项目部会同业主单位、监理单位、设计单位、外协专家，对勘察报告、现场情况、工程难点进行细致研讨，初步认为有以下 2 种处理方案：

1、重新夯套管

即在入土侧原夯套管管位先打探孔，确认无当前存在的大的孤石或漂石情况下，重新夯套管即可。因重新夯套管与原夯套管同位，故此方案不需要额外占地。但是，基于可能带来旧套管无法取出风险，故设计采用新套管进行重新夯套管施工，潜在直接费用预算成本约 370 万元（不含施工场地重新征地费和相关管理费）。同时，在探孔试验中再次遇较大孤石和漂石。可见采用此方案进行清障作业存在着较大的安全隐患。

2、全回转全套管钻机清障

利用全回转全套管钻机设备产生的下压力和扭矩，驱动钢套管旋转钻进，管口刀头对土体、卵砾石、岩层等障碍物进行切削，将钢套管钻入地下至设计深度，用冲抓斗将套管底以上土体或岩体清除，用吊车将桩体拔出，最后进行回填，同时逐节拔除钢套管。工程拟采用 D1 500 mm 钢套管施工，11.5 m×2.8 m 范围内设清障孔位25处，以梅花桩形式布孔，每孔搭接。

清障顺序按孔位编号由1号开始，跳槽式施工，至25号结束。每个孔位钻进至地下20.0m，切入基岩0.5m以上。回填过程先使用 M10水泥砂浆灌注至5m深处，待水泥砂浆达到初凝时间后，使用素土回填至地面。

应用全回转全套管钻机清障技术施工的工程预算成本总价为149万元，其中人工工时按1个月、机械设备工时按15d进行计算。

基于清障技术方案选择的安全可靠性、技术可行性和经济适用性原则，经分析、权衡、论证，本工程最终选用全回转全套管钻机清障技术。

三、工程实践

1、工艺流程及设备

本工程清障施工工艺流程如图所示。其中关键技术节点为工艺套管的垂直度和精度。为此，在成孔过程中，通过钻机和导向纠偏装置辅助经纬仪或锤球仪器设备保障套管的垂直度，重点关注套管刚放入全回转设备时、全回转全套管钻机夹紧套管时和套管钻进过程中套管垂直度的监测和纠偏。

采用的施工设备为徐州景安 JAR210H 全回转全套管钻机，由主体部分、配套部分和液压泵站部分组成，主要技术参数见下表。配套施工机械设备主要有冲抓斗、十字锤、套管等。

2、现场施工

经全回转全套管钻机在入土点前端造孔，将孔内卵石、漂石打碎带出，并回填水泥砂浆，实现了置换卵石、漂石的目的，达到了对水平定向钻穿越前存在的地下障碍物进行清除的预期效果，且施工周期仅45d。此外，现场施工状况表明：未采用该工艺时，对套管内的地下水，即使4台抽水泵（2台7.5kW，2台5.5kW）进行抽水作业，水面几乎没有下降。采用全回转全套管钻机清障工艺后，套管内的地下水，仅使用1台7.5 kW和1台5.5 kW抽水泵就实现了地下水液面降到卵石层以下，且耗时仅为56 min，为后续施工提供了有利条件。

实际施工中，发现套管内部依然有部分砂卵石、飘石未清除。经项目部会同技术部门研究，决定优选绞龙螺旋输送施工方法，通过定制螺旋绞龙（外径为1400 mm）与钻杆连接，利用水平定向钻机的拉力及扭矩，使绞龙叶片在套管内不断旋转搅动将套管内卵石、漂石、孤石等障碍物带出孔外。经过9d施工，将套管内障碍物全部带出，为水平定向钻穿越施工创造了开钻条件。

本工程施工时钻孔深度为20m，相对较浅，采用全回转全套管钻机清障施工相对成熟。但是在钻孔深度超过60m时，应用该技术施工时，在钻进方式、钻孔垂直度、混凝土凝固时间、套管起拔控制等方面尚无成熟经验参考。另外，遇岩层表面或倾斜度较大倾斜岩面时，会因套管处于倾斜岩面（一边软层一边硬质岩层），下压套管时易出现偏移打滑情况，难以保证钻孔的垂直度。潜在的解决方案是预先在钻孔周边布置引孔，剔除孔内硬质物至同等硬度基岩面，其成效有待进一步检验。

四、结语

由于现场准备充分、处置措施合理、实施效率高，嘉陵江水平钻定向穿越前的清障技术方案既节省了工程成本，又保障了项目节点目标的顺利实现，为后续复杂地层条件下的水平定向钻穿越施工提供了实践经验。总体而言，水平定向钻穿越施工前的清障技术应基于安全、质量、工期、成本等因素综合考虑，选取最优方案。同时，施工前期应做好风险评估，制定应急预案，一旦出现问题，立即启动实施，可大大降低成本及穿越工程的风险。

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