导向钻进非开挖铺管冒浆分析及对策

　　摘要：导向钻进铺管技术是目前应用很广的非开挖牵引技术，，由于该施工是在不可视的情况下进行，地下施工环境比较复杂，因此在施工中也会遇到一些问题，如：管群抱团、卡钻、冒浆、地表塌陷、断钻杆、拉断管等，本文主要针对施工出现冒浆问题进行原因分析，并提出相应的预防对策。

　　关键词：导向钻进、冒浆、原因、预防

　　引言

　　近年来，导向钻进铺管技术以其不需开挖，对周围环境影响小、精度高、施工安全性好、周期短、成本较低等突出优点，在城市道路建设中应用非常广泛，如穿铁路、城市主干线、建筑物、河流、古迹保护区、闹市区和农作物及植被保护区等，该技术的广泛应用，减轻了管道施工的难度与社会影响。

　　1 导向钻进技术

　　导向钻进技术是目前国内外非开挖技术所采用的主要技术方法之一,水平定向钻施工对施工现场的周边环境没有影响、容易调整和改变铺设管线的方向和埋深、管线弧形段铺设距离长、并且可使管线绕过地下的障碍物、施工场地可以灵活调整、占地少、施工速度快、周期短、工程造价低。国内外很多非开挖钻进铺管工程都是用此方法进行施工其基本原理是：钻机事先安装在入土点的一侧,从入土点开始沿着设计好的线路,按照预先设定的地下穿越铺管轨迹钻导向孔,并形成一条从入土点到出土点的穿越曲线,作为预扩孔和回拖管道管线的引导曲线,然后在导向孔出口端的钻杆前端安装不同直径的扩孔器再进行回拉扩孔,当扩孔达到预先设计的尺寸要求后,在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线,回拉铺设地下管线。

　　但在导向钻进施工过程中却会遇到一些比较难解决的问题,其中冒浆就是主要的常见难题之一。尤其是在大口径、长距离的非开挖水平定向钻进铺管工程中,地面冒浆一直是一个很突出又很难解决的问题。地面冒浆大多发生在导向孔钻进过程中,地面发生冒浆、孔口不返浆会导致孔内钻渣无法排出、钻进进尺困难,影响施工进度,严重的还会导致整个非开挖水平定向钻进工程无法进行,同时还会严重污染环境,给施工方造成很大的经济损失,所以防冒浆成为非开挖导向钻进施工的一个十分重要问题,由于导致地层冒浆的因素有很多(包括钻遇地层条件、现场施工参数、钻井液配方等),情况也十分复杂,目前在国内外还没有形成一个系统的、有效的防冒浆技术体系,因此,研究出一套有效的防冒浆技术体系具有十分重要的意义。

　　2 工程案列

　　在广州中山大道BRT工程中，该技术得到了充分的发挥，如穿铁路、城市主干线、建筑物等，但在施工过程中也遇到了一些问题，如：管群抱团、卡钻、冒浆、断钻杆等，这些问题都困扰着导向钻进技术的在施工现场的实际应用。其中冒浆不但对工程造成一定的经济损失，同时还对施工现场的环境保护造成一定程度的影响，特别是在城市中心一些主要路段，如果出现此类现象，严重时会使交通瘫痪，对社会影响及其严重，为此，本文着重对导向钻进过程中地面冒浆问题进行分析，并提出预防建议。

　　3 铺管轨迹的设计

　　地面冒浆主要是由于泥浆的压力大于其上面的水的自重和土壤的自重之和而造成的，而水的自重和土壤的自重与深度成正比，所以定向钻曲线布置的深度必须满足水的自重和土壤的自重之和，大于泥浆压力的要求，使上覆地层具备足够的压力。

　　铺管轨迹的埋深范围是根据管线设计和使用部门确定的，其可调整量视不同管线要求而有所差异，施工时应在允许的范围内，充分考虑避开原有地下管线和障碍物，调整铺管轨迹的走向偏差与埋深。在条件比较恶劣的情况下，还可以进行开挖导向钻出入口，把靠近出入口的管线暴露出来，减小导向钻的破坏风险。该段的具体长度应考虑场地限制及地下管线的模查情况，确定适宜的入出钻角，曲率半径和埋深，同时应根据地质情况和钻机设备的能力，选择尽量大的入出土角和曲率半径，使穿越曲线尽快的到达稳定地层。

　　4 导向钻进土层受力状况

　　中山大道某地点地质情况主要为粘土，钻进导向孔扩孔时泥浆压力基本相同，但在扩孔时出现冒浆现象，经调查这种冒浆的原因是在施工中受多种因素影响，理想的钻孔通道因粘土层难以起浆而被阻断，而钻井液仍在不断的泵入孔中,产生钻井液压力急剧上升，形成“憋压”现象，这时钻井液压无处释放，刚好钻孔上部土体结构不均匀，存在薄弱部位，原自来水开挖回填段形成土层劈裂破坏，泥浆在破坏处上升形成冒浆现象。

　　孔洞中出现“憋压”的原因是扩孔器选择不当，常见的扩孔器有刀式扩孔器、桶式扩孔器和岩石扩孔器，在不同的地质条件下应选择相应的扩孔器。在钻进施工前的摸查工作是不可缺少的环节，摸查越详细，对顶进的成功率就越高，针对粘土层应采用刀式扩孔器，而在实际施工中采用了桶式扩孔器，桶式扩孔器为圆筒锥状，扩孔时与孔壁完全接触，且自身又是完全封闭的桶状，泥浆循环通道不畅通，造成局部升压，在一些土体不密实的地方就会形成冒浆，如果处里不及时，冒浆时间过长，冒浆周围的土层就会被泥浆冲走，严重时就会造成地陷。

　　5 化学泥浆的使用

　　化学泥浆又称膨润土，膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8一20倍的水而膨胀至30倍;在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力，是导向钻进必备的润滑剂，合理选择泥浆配比，可以保证孔壁不塌方，保持泥浆的饱和度，减少磨擦，通常根据地质情况考虑护壁要求，确定泥浆中膨润土和各种添加剂的用量，一般应做到保证足够的泥浆排量，针对土层地质情况，调整泥浆粘稠度，保证土层在扩孔过程能够起到扩孔起浆、润滑、护壁的作用。

　　6 薄弱位置的处理

　　冒浆现象基本上都是发生在出入钻端口处管道埋深较浅和一些地质局部软弱的位置，所以在施工之前应详细调查导向钻进走向周边的地质情况和原有管线走向情况以及以前的开挖回填质量情况。对于易冒浆和有潜在冒浆的危险的地质，进行调查评估，或者改变路径避开薄弱土层，或者对薄弱土层进行加强处理。对薄弱土层加强处理的方法很多，如：换填、预压、强夯、注浆、局部堆放重物、打桩挤密等措施，办法虽多，但是应根据实际情况因地置宜，如在某地导向钻进扩孔时，在扩孔轨迹上方马路中央某薄弱地带冒浆，最好的办法就是利用车辆较少时段，对局部进行钻孔注砼浆来加强。

　　7 结语

　　随着科学的发展，导向钻进的设备能力和控制精度不断提高，使开挖技术更加成熟，特别在城市建设中像自来水管、煤气管、电力电缆和通信管道等，对一些不允许开挖施工的路段实行导向钻进，不但解决了施工难题，而且减少了对社会的影响。但导向钻进施工过程中，像冒浆、地表塌陷、拉断管、断钻管等都是常见的的问题，这些问题都可以通过合理的施工工艺和合理的调控措施，可以避免或大大降低各类事故的发生，为导向钻进安全、顺利施工提供保障。

　　参考文献：

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　　2、刘建华，定向钻进开挖技术在城市建设中的应用，中国市政工程，2006年第6期

　　3、卢纯青，非开挖定向钻穿越复杂地层铺管的施工技术线谈，福建建筑，2008年第12期

　　4、史越倩，水平定向钻穿越工程技术要点，燃气与热力，2007年9月