浅谈复杂地层深埋PE管长距离大角度定向钻辅助回拖施工技术与措施

浅谈复杂地层深埋PE管长距离大角度定向钻辅助回拖施工技术与措施
摘要：随着我国经济建设的不断发展，城市化进程的不断加速，基础设施的不断完善，管道铺设工程数量也在逐年递增，相对于其他施工工艺，水平定向钻凭借着施工速度快、精度高、造价低、对周边影响小等优势，逐渐成为基础设施管道铺设工程建设的主要方式。

本文主要以西安地铁10号线污水泵站还建工程一次性穿越泾河复杂地层深埋PE管长距离定向钻施工为例，分析了在定向钻施工过程中辅助回拖的施工技术与措施，最大程度降低定向钻拖管施工风险，确保在泾河复杂地层下深埋PE管长距离大角度定向钻施工安全，为后续类似工程的施工提供了参考与借鉴。

关键词：水平定向钻辅助施工施工风险长距离超壁厚
一、工程概况
西安市地铁10号线一期工程公轨合建桥泾河大桥线位与既有污水管线桥位及污水提升泵站场地冲突，需对污水管线桥及污水提升泵站进行改迁还建，由于管道施工区域地处泾河河道，施工地质复杂，且埋深较深，最深处可达34m。

通过对施工工艺的比选，最终选用施工工艺成熟的水平定向钻进行管道施工，采用用一备一的管线方案，自泾河南岸一次穿越泾河河道后至泾河北岸接入污水处理厂，两条管线以间隔5m的距离自南向北进行敷设，污水管道穿越长度单条管线为996m,管径为DN630mm，管材壁厚70.3mm，管材DN630mm采用聚乙烯PE100级管材，SDR11，配套管件为聚乙烯PE100级管件，公称压力为2.0MPa SDR11配套管件，管件的连接方式采用热熔连接方式。

由于入土点及出土点施工环境因素受限，最终确定为入土角度为10°，出土角度为14°的大角度穿越。

图1 水平定向钻穿越泾河河道立面图
二、施工重难点分析
由于此次一次性穿越泾河水平定向钻施工回拖长度接近1km，角度较大（入土点10°、出土点14°），埋深较深（最大埋深34m），且采用PE100级DN630mm聚乙烯管材，市场上成熟产品少，带有实验性质，施工难度较大，因此采用传统定向钻回拖工法施工风险很大，PE管材的焊接质量、拖拉过程中的变形量、大角度及长距离穿越过程中卡钻、孔道的缩颈、塌孔等，都有可能导致管道会拖失败，因此如何克服以上困难，确保管道安全顺利会拖，为此次定向钻施工控制的重难点。

三、施工技术与控制措施
根据设计文件及现场实际情况，结合此次定向钻施工的重难点，针对性的对施工工艺进行了优化及评审，在传统定向钻回拖施工工法的基础上，采取以下措施，来保障管道回拖的安全性：①增加钢管试拖工艺，确保PE管一次性成功回拖；②在PE管外围对称位置固定钢丝绳，减小回拖过程中PE管的拉伸变形；③在PE管进入水平段后，通过向PE管内注水，避免管道回拖时在浮力作用下对孔壁的损伤，保护成孔质量，避免回拖时孔道塌孔。

（1）施工工艺流程图
图2 水平定向钻辅助回拖施工工艺流程图
（2）施工技术与控制措施
1）超壁厚PE管材连接
PE管材焊接分为三个阶段，依次为铣切待焊管口、预热和吸热阶段、熔接与冷却阶段。

管材焊接过程中，注意对每一个细节的把控，对焊的2根PE管必须保证在同一水平面上，中线对齐，支撑牢固。

铣切管口后，检查管材两端的间隙及错边量，要求间隙不大于0.3mm，错边量不大于10%，否则调整夹具，重新铣切，焊接过程中注意对温度和时间的控制，要使用技术熟练的工人进行操作，确保焊接质量。

完成PE管材焊接后，对每一道熔接接口进行100%外观检查，全段焊接完成后进行PE管水密性试验，确保管道密封、不渗漏。

2）钢丝绳加固
单根全长966m的PE管材自重125.6吨，为了抵抗PE管材回拖过程中可能
引起管材过度拉伸变形，甚至破坏，在PE管材外围对称位置固定2根φ18mm钢
丝绳。

施加钢丝绳时，将钢丝绳前端连接在与定向钻钻杆端头连接拖头的U型环上，并用U型卡扣连接牢固。

对起始段钢丝绳进行定位，并使用打包机紧固钢带进行
固定，下一道钢带固定钢丝绳时，需对钢丝绳进行水平向拉紧，无旷量，再进行
钢带固定，钢带以每12m布置一道，即纵向每2道焊缝居中位置布置一道。

在回
拖PE管时，钢丝绳和PE管共同乘受回拖拉力，通过钢丝绳分担PE管部分拉力，有效减小回拖时PE管的拉伸变形。

3）优化泥浆配比
泥浆是水平定向钻穿越泾河工程中的关键因素，泥浆设计应综合考虑穿越地
层特点、穿越长度、管径等关键因素，要求泥浆必须应具备良好的剪切稀释性、
良好的触变性和良好的润滑性。

水平定向钻工程穿越泾河地层主要包括中砂层、鹅卵石层和粉质粘土层，在
导向孔、扩孔、试拖和回拖各阶段对泥浆的性能要求都较高,泥浆配比直接影响
钻孔及管道回拖的成败,故采用配置高品质泥浆进行施工,并强化各施工阶段泥浆
性能的调整。

本工程选用优质膨润土、片状氢氧化钠、钻井液用包被剂，按照1：0.04：0.06的配比配置，并根据地层情况、钻进扭矩、推力进行实时调整。

具体
各施工阶段泥浆控制要点如下：
①造斜段
泥浆的流动性能要好，结构性要强，保证钻屑携带和孔眼清洁。

控制泥浆的
失水，防止孔壁坍塌，需增大固壁剂、降失水剂含量。

提高润滑剂剂量，适当降
低粘度和切力,保证泥浆的流变性能良好,使钻屑顺利返出地面。

增强泥浆的润滑
性能,减小钻机旋转及推进阻力。

②扩孔段
扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力，需要增大固壁剂,降低
失水剂剂量，减少摩阻和扭矩。

③回拖段
提高泥浆润滑性，使泥浆像薄膜一样附着于管道表层，起到保护作用，增强
携屑效果,提高润滑剂量。

4）钢管试拖
定向钻管道，因其埋深较深、地表环境复杂，对其进行日常检测、维护极其
困难甚至并不具备检测、维护性，所以管道敷设质量十分重要。

在回拖管道前先
进行试回拖，确定质量可控后方可进行正式的回拖作业，是确保PE管一次性回
拖成功的有力措施。

在完成导向钻进、扩孔、清孔等步骤后，实施正式回拖管道前，先试拖长
16m，管径800mm的钢管。

随时观察试拖过程中扭矩及回拖力，以确定成孔的外
形质量，并在试拖过程中，对孔内沉积的砂土进行扰动，并同泥浆一起排出孔外。

5）拖管及管内注水
在拖管过程中，管道托架采用橡胶滑轮，降低回拖过程中的阻力，拖管架间
隔25m左右布设，共使用35个，曲线段使用定位托架保证管道不发生移位。

同
时使用多台吊车、叉车对入孔前地面管道进行推送，并实时调整管道移位情况。

吊车沿全段孔口侧1/3位置布设，并在曲线段使用叉车辅助，对于管道移位及时
调整，保证管道在回拖过程中不至于脱离托架，损伤管壁。

为了顺利回拖管道，在PE管由造斜段进入水平段后开始注水，按照每100m
注水18吨，通过水的自重来抵消管道在浮力作用下回拖时对上部孔壁的损伤，
防止上部孔壁泥浆护壁破坏后，上部地层中砂塌陷进入孔内，造成塌孔，引起整
个拖管过程失败。

四、效果分析
复杂地层深埋PE管长距离定向钻施工中的辅助回拖方法，主要应用于长距离、大角度、超壁厚PE管道回拖，由于定向钻施工过程中，此类复杂情况下出
现卡钻、塌孔、管道断裂等可能性很大，施工过程要求连续，不得中断，因此必
须一次性回拖成功，本工程在传统定向转回拖的情况下，通过增加钢管试拖工艺、在PE管外围对称位置固定钢丝绳、向PE管内注水等辅助措施，使得在施的2根
管道均一次性回拖成功，避免了因塌孔等造成钻头掉入孔内不能取出、二次设计、二次施工等，降低了施工风险，并大大节约了施工工期
五、结束语
通过此次一次性穿越泾河复杂地层下长距离大角度深埋PE管，采用定向钻
辅助回拖施工技术与措施的成功应用，大量减少了管道安装的返工率，避免了人、材、机的浪费，同时提高了管道安装效率，最大程度的降低了传统定向钻拖管施
工风险，安全、优质、高效的完成管道的施工，极大地推动了整个工程项目前期
施工进度，对西安地铁主线桥梁主体结构的实施具有非常积极的意义，随着市政
工程大管径、长距离管道施工技术的发展，通过此次对长距离、超壁厚、大角度
埋深定向钻管道施工工艺的研究和实际应用，为以后采用定向钻在复杂地质条件
下的长距离、大角度、超壁厚、深埋PE管道施工提供借鉴，积累了复杂地质条
件下管道施工经验，具有长远的社会效益。

参考文献
[1]张利铨基于S型平面路径的水平定向钻管道回拖过程管道力学研究[J].
水利与建筑工程学报,2022(05)
[2]于洪涛水平定向钻泥浆配制[J].河南水利与南水北调，2015 (12)
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