水平定向钻作为一种非开挖技术,凭借高效、环保、精准的核心优势,在城市管网建设、油气管道铺设、通信电缆布设等多个领域的应用日益广泛,发挥着不可替代的重要作用。但在实际施工过程中,受地质条件、设备操作、工艺控制等多种因素影响,该技术的应用也面临诸多难点,其中复杂地质条件适配、精准路径控制、设备操作维护等是最为常见的问题。以下结合施工实际,详细梳理主要技术难点及针对性应对措施,为现场施工提供参考。
一、卡钻
卡钻是水平定向钻扩孔施工中最常见的技术难点,发生卡钻后,需先全面分析判明原因,再采取针对性处理措施,严禁盲目操作。
1. 与地下管线相碰卡钻:立即退出钻头,拖回钻杆,移动钻机位置,重新施工导向孔,避免与地下管线再次发生碰撞。
2. 杂填土中异物卡钻:若为砖块、石块卡钻,可松脱扭矩,缓慢转动钻头,逐步扩孔;若为大块石、混凝土块卡钻,需设法退出钻头,要么移动钻机重新施工,要么挖出异物后继续扩孔。全程严禁蛮干,防止扭断钻杆、丢失钻具。
3. 硬粘土层卡钻(大直径钻头扩孔):此类工况易出现频繁卡钻,需放慢扩孔速度,加大泥浆用量,部分场景下回拖一根钻杆需耗时40分钟左右,需耐心操作。
4. 钻头与树根相遇卡钻:松脱扭矩,缓慢回扩,待通过树根后,再推进钻头重新回扩,将树根粉碎,避免后续铺管时产生障碍。
二、缩孔
软土层扩孔时,孔内易出现缩径现象,若钻杆卸下后,孔内水从钻杆倒流出,说明存在严重缩径。缩径严重时,会导致被铺管挤压变形、甚至卡死,影响施工进度和质量。
应对措施:若缩径严重,可选用固相泥浆护壁,平衡孔内压力,保持成孔稳定性;或加大一级钻头扩孔,清孔后再进行铺管,同时优先选用硬度较高、抗侧压力强的PE、PVC管材。若为轻微缩径,通常多清一次孔即可正常铺管。
三、坍孔与钻孔膨胀
(一)坍孔
沙质粘土层、沙层、松散回填土层等地质条件下扩孔,极易发生坍孔,进而引发埋钻、卡钻、卡死被铺管等问题,严重时还会导致路面裂缝、下陷,造成安全隐患和经济损失。
应对措施:选用固相泥浆、重胶质固相泥浆进行护壁,可有效防止坍孔;若为块石堆积处坍孔,需先将块石彻底清除,方可继续扩孔作业。
(二)钻孔膨胀
黏土层、昔格达底层等遇水易膨胀的地层,钻孔铺管后,孔内土层会发生膨胀,导致孔内泥屑增多、孔径变小,进而将被铺管拉扁,影响工程质量。
应对措施:选用优质无固相护壁泥浆,减少泥浆失水,降低孔壁与水的接触面积;扩大一级钻头扩孔,多清两次孔,可有效抑制地层膨胀,避免挤压铺管。
四、钻杆断裂
水平定向钻施工中,钻杆需长期与孔壁岩石、砂砾石摩擦,导致自身强度下降;尤其在长距离、大口径管道铺设时,钻杆承受的作用力更大、更复杂,易发生钻杆折断、掉落事故,造成工程失败、工期延误。其主要原因包括钻杆质量不合格、施工扭矩过大、地层条件过于复杂等。
应对措施:定期对钻杆进行保养维护,规范施工操作,科学划分扩孔等级;在扩孔器前端设置扶正器,减小施工扭矩,减轻交变应力对钻杆的影响,降低断裂概率;选用优质丝扣油,有效防止钻杆粘扣、减小卸扣扭矩、减少扣面磨损,延长钻杆使用寿命。
五、泥浆漏失
在松散回填土层、地下水位较低的沙质粉土层、粉土层、沙层,以及河床底软土层等区域扩孔时,易出现泥浆不从孔口返出、而是从孔内漏失的现象,影响护壁效果和施工进度。
应对措施:增大泥浆的浓度和粘度,使泥浆在孔壁形成完整泥皮,实现阻漏,有效防止泥浆漏失;若穿越河流时出现泥浆漏失且无法阻漏,可顺其自然,避免强行阻漏引发其他问题。
六、泥浆渗出
扩孔、回拖铺管过程中,常见泥浆从孔中渗出地面。其主要原因有两点:一是孔内残留泥屑过多,阻塞钻孔,导致泥浆无法从孔口返出,孔内形成高压,迫使泥浆从地面渗出;二是地层松散,形成天然通道,泥浆顺通道渗出。一般情况下,泥浆渗出无严重影响,但在居民房、养鱼/养虾/养蟹池等特定区域,需严格控制,避免造成损失。
应对措施:增加钻孔深度,原设计深度6米可增至9米,原设计深度9米可增至12米;优化钻头结构,尽可能将孔内泥屑搅成泥浆,同时适量增大泥浆的粘度、浓度和流量,提升泥浆的护壁、悬浮和排屑能力,确保钻孔形成完整通道,使泥浆畅通无阻地从孔口返出。
七、回拖管道
回拖力的计算与控制是回拖施工的核心关键:回拖力过小,会导致管道无法顺利回拖;回拖力过大,则可能造成管道变形、损坏,甚至拉断。管道与孔壁之间的摩擦力是影响回拖力的主要因素,而摩擦力受地质条件、泥浆性能、管道重量、管径等多种因素影响。
应对措施:根据管道具体参数、地质条件和泥浆性能,准确计算回拖力;回拖过程中,通过安装在管道上的拉力传感器实时监测回拖力,根据监测结果及时调整回拖速度、泥浆压力等参数;回拖前,对孔道进行彻底清孔和扩孔处理,保证孔道通畅、平整,减少管道在孔内的阻力和偏移,确保回拖作业顺利进行。
八、流沙
流沙层扩孔时,难以形成完整钻孔,且流沙具有吸附力,会给被铺管造成较大阻力,影响铺管质量和进度。
应对措施:选用重胶质固相泥浆,放慢回扩速度,使泥浆与流沙充分乳化,让流沙悬浮在孔内,消除其吸附力;铺管过程中,流沙随泥浆从钻孔中排出,确保铺管顺利。
九、钻进过程控制
保持钻孔方向的准确性是水平定向钻施工的关键难题。由于地下工况不可见,钻进过程中受地层变化、钻头受力不均等多种因素影响,极易出现钻孔偏移;即使是微小偏移,若不及时纠正,也可能导致最终钻孔轨迹严重偏离设计路线。此外,钻进速度过快易造成排渣不畅、钻头过热,影响钻孔质量;速度过慢则会增加施工成本、延长工期。
应对措施:导向孔施工阶段,利用导向系统精准把控钻进轨迹的空间位置,实时监测钻头的位置、深度、角度等参数,并将数据传输至地面控制中心;控向技术人员根据监测数据,调整钻头的钻进方向和姿态,实现定向钻进和及时纠偏,确保钻进轨迹与设计轨迹保持一致。
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