新疆石河子市供水管道非开挖铺管技术施工案例及泥浆工艺

新疆石河子市供水管道非开挖铺管技术施工案例

本次工程位于新疆石河子市石漠转盘处，非开挖工程穿越国道G312线。由于施工地点为北疆交通主干线，通过的车流量较大，无法采用传统开挖铺管工艺施工，非开挖定向钻铺管是此段工程最佳、也是唯一可采用的施工工艺。本文主要介绍了在此情况下的定向钻铺管技术及泥浆工艺，分析和探讨了泥浆在此类地层的定向钻进施工中的重要作用。

新疆挚龙工程技术有限公司受石河子市自来水公司的委托，负责实施本次穿越施工。供水管采用Φ426mm钢材质的管材，壁厚6mm。供水管埋置深度预设4m，单次穿越施工距离128米，误差要求小于30mm。

根据对现场钻探所揭露的地层，对本工程有影响的地层自上而下依次为：①杂填土层，层顶深度0.50m；②中砂层，层顶深度0.90m；③粗砂（含少量砾石）层，层顶深度3.27m；④淤泥质砂土层，层顶深度5.40m。因此本工程施工要穿越的地层依次为：杂填土层、中砂层、粗砂（含少量砾石）层（土壤依规范GB50021-2001定名）。在这样的地层中进行水平定向钻进施工，难度较大，而泥浆钻进液将起到举足轻重的作用，可以说是工程成败的关键之一。现场情况对工程的不利影响表现为：施工地层漏失量大，地层较为松散，在这种情况下，水平定向钻扩孔时通常会发生泥浆大量漏失，致使地层失稳、流动，使钻孔塌陷，由此带来卡钻、抱钻的后果；或者扩孔时钻屑未能被有效的悬浮、输送到钻孔外，使中、粗砂大量堆积在孔底，拉管时发生卡管现象，或堵塞钻孔，导致钻压升高压裂地层。

工程设备仪器准备如下：

  1．钻机：北京土行孙DDW—210水平定向钻机。拉力210kN，扭矩7500N•m，输出轴转速0~90r/min。

2．钻杆：Φ60钻杆，3m / 根。

3．扩孔器：Φ240切削式扩孔器，Φ340切削式扩孔器，Φ440挤扩式扩孔器，Φ540切削式扩孔器，Φ640挤扩式扩孔器。

4．钻机泥浆泵：衡阳BW－250泥浆泵，泵量分4挡（52升/分钟，90升/分钟，145升/分钟，250升/分钟）。

5．配浆系统：1.8 m2土行孙钻机配套泥浆配浆罐，3m2储浆罐。泥浆在配浆罐中配置，之后泵入储浆罐中，钻机从储浆罐中泵取泥浆。

6．导向钻头：尖鸭嘴板导向钻头。

7．导向仪：DCI MARK III型导向仪。  

整个施工过程分为：导向、分级扩孔、清孔、拖管4个阶段。⑴导向施工 工程于05年10月10日开始导向施工，由于地层为中砂、粗砂地层，导向头向前推进速度较慢，直至11日才完成了导向施工。导向孔直径Φ76mm，整个孔道长度128 m，埋置深度为地表面以下3.5m左右。  ⑵分级扩孔 分级扩孔设计为：从Φ240级扩孔器开始回扩，每次递增一级，直至第5级Φ640扩孔器。⑶清孔 完成5级回扩施工后，进入清孔阶段施工。使用Φ640挤扩式扩孔器清孔，扩孔器高转速快速回拖过孔道，钻机泥浆泵用3档（145升/分钟），回拖速度维持在2~3min. / m 左右，钻机扭矩基本小于2 kN·m、拉力小于30kN。⑷拖管 管材运抵施工现场后，焊接探伤检测后依次拖入。拖管使用Φ540挤扩式扩孔器带管，整个拖管过程用时14小时左右。拖管施工过程中，孔内大量泥浆通过出土点返浆孔返出地面，孔道上方人行道未出现裂缝或隆起的情况。本工程于05年10月20日顺利合格完工，是当时疆内长距离铺设钢管最大工程。

施工技术总结：

1．在砂层中施工，应选用挤扩式扩孔器。 纯砂地层中施工，应尽量选用挤扩式扩孔器。切削式扩孔器虽然可将孔中的砂打散，但由于钻机泵量有限，无法提供高的泵压，将携带钻屑后比重较大的泥浆排出孔外。在本工程中Φ240、Φ340级扩孔，是采用切削式扩孔器，其返浆携砂量明显少于Φ440级挤扩式扩孔器扩孔时返浆的携砂量。

2．泥浆粘度应适合地层需要，并非粘度越高越好。 施工过程中，针对不同的地层情况，设计了不同粘度的泥浆。但泥浆的粘度并非越高越好，泥浆粘度过高不利于泵送，同时流动性变差、不利于返浆流动，泥浆静止后需要大的压力才能重新让返浆流动。配置高粘度的泥浆必然要加大膨润土或者添加剂的用量，泥浆配置时，加料时间变长混合搅拌时间缩短，不利于膨润土水化，势必造成浪费。

3．泥浆配置过程中应使用储浆罐。 施工单位在泥浆配置过程中使用了储浆罐，取得了明显的效用。首先，使用储浆罐可增长膨润土的水化作用时间，使膨润土充分水化膨胀，节省膨润土的用量。其次，由于使用了储浆罐，不必在配浆罐中边配浆边使用，便于施工人员以每配浆罐为单位，准确控制各种配浆材料的用量，减少浪费、避免泥浆粘度出现大的波动。

4．在类似的地层中埋设管径Φ400以上的管材，除了钻机要有足够大的功率外，泥浆将起至关重要的作用。要选择合适的膨润土、添加剂配置泥浆，低密度、粘度适中、高悬浮性的泥浆是在此类地层中施工的理想选择。此外，完善的泥浆配浆系统对于经济地配置、使用泥浆，充分发挥膨润土和添加剂的特性也起了决定性的作用。