巖石地層水平定向鉆拖管專項施工方案一、工程概況1.1項目背景本工程為市政供水管道穿越山體段施工項目，需采用水平定向鉆技術(shù)穿越中風化砂巖地層，敷設DN600mm鋼制輸水管道，設計單段穿越長度480m，管道設計工作壓力1.6MPa，穿越段管頂最小埋深22m。工程地質(zhì)勘察顯示，穿越區(qū)域巖性以中風化砂巖為主，局部夾雜石英巖夾層，巖石單軸抗壓強度35-65MPa，地下水位位于管底以下5m。1.2主要工程量項目名稱規(guī)格參數(shù)單位數(shù)量備注導向孔鉆進φ200mmm480含先導孔及擴孔管道回拖DN600×12mmQ235B鋼管m480含防腐層泥漿制備膨潤土基漿m3320含循環(huán)處理巖石擴孔φ300-φ800mm分級擴孔級5從φ300遞增至φ8001.3地質(zhì)條件分析根據(jù)勘察報告，穿越段地質(zhì)剖面分為三層：表層覆蓋層：0-5m為素填土及黏土層，松散結(jié)構(gòu)強風化巖層：5-15m為強風化砂巖，節(jié)理發(fā)育，RQD=35%中風化巖層：15-60m為中風化砂巖，巖體完整，RQD=85%二、施工總體部署2.1施工平面布置2.1.1鉆機作業(yè)區(qū)占地面積：30m×40m布置內(nèi)容：主鉆機平臺（15m×8m）：安裝ZD-3500型水平定向鉆機泥漿循環(huán)系統(tǒng)（10m×6m）：含泥漿池（3個串聯(lián)，總?cè)莘e80m3）、泥漿凈化設備鉆具堆放區(qū)（8m×5m）：劃分巖芯鉆頭區(qū)、擴孔器區(qū)、鉆桿存放區(qū)管材預處理區(qū)（20m×10m）：設置管道焊接工位及防腐檢測平臺2.1.2管道預制區(qū)占地面積：50m×20m功能分區(qū)：鋼管堆放區(qū)：采用200mm高枕木支墊，分層堆放不超過3層焊接作業(yè)區(qū)：配置2套自動焊接設備，設置防風棚防腐處理區(qū)：噴砂除銹設備及3PE防腐層補口平臺探傷檢測區(qū)：配備X射線探傷機及超聲波檢測儀2.2施工流程規(guī)劃graphTDA[施工準備]-->B[測量放線]B-->C[鉆機就位調(diào)試]C-->D[先導孔鉆進]D-->E[地質(zhì)復核]E-->F[分級擴孔]F-->G[管道預制]G-->H[回拖系統(tǒng)安裝]H-->I[管道回拖]I-->J[設備退場]J-->K[竣工測量]2.3施工進度計劃工作階段持續(xù)時間關鍵節(jié)點資源配置施工準備7d設備進場驗收挖掘機2臺，平板車5輛導向孔施工10d先導孔貫通鉆機班組12人，24h作業(yè)擴孔作業(yè)15d最終擴孔完成擴孔班組8人，分兩班管道預制12d管道焊接檢測合格焊工6人，無損檢測3人管道回拖3d管道回拖完成總?cè)藬?shù)25人，連續(xù)作業(yè)收尾工作5d場地恢復雜工8人三、關鍵施工技術(shù)3.1導向孔鉆進工藝3.1.1導向孔軌跡設計設計參數(shù)：入土角：12°出土角：8°造斜段曲率半徑：500m（滿足DN600鋼管彎曲要求）水平段坡度：0.3%（坡向出土端）3.1.2巖石導向鉆進控制鉆具組合：φ200mm牙輪導向鉆頭+φ127mm無磁鉆鋌+φ127mm定向接頭+φ127mm鉆桿鉆進參數(shù)：鉆壓：80-120kN轉(zhuǎn)速：30-50rpm排量：800-1000L/min泵壓：12-18MPa導向控制：采用MWD無線隨鉆測量系統(tǒng)，每3m測量一次參數(shù)巖層鉆進每50m進行軌跡復核，偏差超過300mm時進行糾偏糾偏控制：單節(jié)鉆桿（9m）最大糾偏角度不超過1.5°3.2分級擴孔施工3.2.1擴孔級數(shù)設計采用"五級擴孔法"：一級擴孔：φ300mm牙輪擴孔器，通過強風化巖層二級擴孔：φ450mm滾刀擴孔器，初步修整孔壁三級擴孔：φ550mm巖石擴孔器，中風化巖主力擴孔四級擴孔：φ650mm組合擴孔器，修整孔型五級擴孔：φ800mmreamer擴孔器，最終成型（擴孔直徑為管徑1.33倍）3.2.2擴孔作業(yè)控制鉆具組合：擴孔器+萬向節(jié)+減震器+鉆桿鉆進參數(shù)（以三級擴孔為例）：推拉力：180-220kN扭矩：8-12kN·m轉(zhuǎn)速：20-35rpm排量：1200-1500L/min特殊控制措施：每級擴孔前檢查孔內(nèi)沉渣厚度，超過300mm進行清孔擴孔器每鉆進50m進行磨損檢查，刀盤磨損量超過15mm立即更換石英巖夾層段降低轉(zhuǎn)速至15rpm，增加冷卻泥漿排量3.3巖石地層泥漿工藝3.3.1泥漿配方設計針對巖石地層特性，采用"高黏度、高潤滑、強抑制"型泥漿體系：基漿配方：清水：1000L膨潤土：80kg（鈉基膨潤土）增黏劑：CMC5kg潤滑劑：植物油衍生物15kg降濾失劑：PAC-LV8kgpH調(diào)節(jié)劑：NaOH3kg性能指標：漏斗黏度：45-55s動切力：15-20Pa靜切力：3-5Pa/10-15PaAPI濾失量：<5mL/30min固相含量：<8%3.3.2泥漿循環(huán)處理三級凈化流程：振動篩：分離粒徑>74μm鉆屑除砂器：分離15-74μm固相顆粒離心機：分離2-15μm膠體顆粒循環(huán)參數(shù)：循環(huán)排量：1200L/min凈化效率：>85%（對15μm以上顆粒）泥漿損耗補充：每循環(huán)100m3補充新漿15m33.4管道回拖施工3.4.1回拖系統(tǒng)配置主拖力系統(tǒng)：ZD-3500鉆機主卷揚，最大回拖力3500kN輔助拖管裝置：2臺50t液壓頂推器管道連接系統(tǒng)：回拖頭：特制萬向節(jié)式回拖頭（承受拉力1800kN）管道接口：采用氬電聯(lián)焊，100%射線探傷監(jiān)測系統(tǒng)：回拖力實時監(jiān)測儀（精度±1%）管道應變監(jiān)測：在管道前端30m、100m、200m處布設應變片3.4.2回拖作業(yè)控制回拖參數(shù)控制：最大回拖力：≤2200kN（管道屈服強度的60%）回拖速度：1.5-2.5m/min泥漿排量：1800L/min（保持孔內(nèi)滿漿）關鍵控制點：回拖啟動階段：初始50m控制速度≤1m/min曲線段回拖：降低速度至1m/min，監(jiān)控側(cè)向力變化出土段控制：距出土點30m時啟動輔助頂推四、質(zhì)量控制措施4.1導向孔精度控制測量儀器配置：MWD隨鉆測量系統(tǒng)（精度±0.1°方位角，±0.5°傾角）地面GPS定位系統(tǒng)（靜態(tài)定位精度5mm+1ppm）軌跡偏差控制：水平偏差：≤300mm/100m垂直偏差：≤200mm/100m每50m進行人工復測校核4.2管道焊接質(zhì)量控制焊接工藝參數(shù)：根焊：鎢極氬弧焊，電流120-150A，電壓12-15V填充焊：手工電弧焊，電流180-220A，電壓24-28V蓋面焊：埋弧自動焊，電流550-600A，電壓32-36V檢測要求：100%外觀檢查：咬邊≤0.5mm，余高0-2mm100%射線探傷：Ⅱ級合格（按GB/T3323-2005標準）100%超聲波探傷：Ⅰ級合格4.3巖石擴孔質(zhì)量控制孔壁穩(wěn)定性檢測：采用孔內(nèi)攝像檢測（每擴孔完成后）聲波測井儀檢測孔徑變化（偏差≤5%為合格）擴孔器磨損監(jiān)測：建立擴孔器臺賬，記錄每級擴孔進尺刀盤磨損量超過20mm必須更換擴孔效率突然下降15%時停機檢查五、安全專項措施5.1巖石鉆進安全防護5.1.1防巖屑飛濺措施鉆機操作臺設置3mm厚鋼板防護擋板鉆具拆卸區(qū)設置防飛濺圍欄（高度2m）作業(yè)人員配備防沖擊面罩及皮質(zhì)手套5.1.2孔內(nèi)事故預防防卡鉆措施：保持泥漿循環(huán)系統(tǒng)24h不間斷運行每鉆進30m進行短距離來回劃眼配備隨鉆打撈工具（包括強磁打撈器、套銑筒）坍塌預防：強風化段降低鉆進速度，提高泥漿黏度至60s孔內(nèi)停鉆時間不超過2h，超過時進行活動鉆具5.2特種設備安全管理鉆機安全檢查：班前檢查：液壓系統(tǒng)壓力（正常工作壓力25-30MPa）每周檢查：鉆桿連接螺紋磨損量（≤0.3mm為合格）每月檢查：卷揚機制動系統(tǒng)（制動盤厚度≥12mm）吊裝作業(yè)控制：管道吊裝采用雙吊點（間距12m）吊裝索具安全系數(shù)≥6設置吊裝警戒區(qū)（半徑10m）六、應急預案6.1孔內(nèi)卡鉆處理6.1.1卡鉆類型判斷黏吸卡鉆：特征為鉆具突然無法活動，泵壓正常落物卡鉆：特征為鉆具下放遇阻，上提無懸重縮徑卡鉆：特征為鉆具活動范圍逐漸減小，泵壓升高6.1.2處理流程黏吸卡鉆處理：維持泥漿循環(huán)，調(diào)整泥漿黏度至65s采用"震擊法"：啟動液壓震擊器，設置震擊力80-100kN若2h無效，準備套銑作業(yè)巖石垮塌處理：立即停止鉆進，保持泥漿循環(huán)泵入高黏度泥漿（CMC加量提高至1.2%）采用"倒劃眼"方式緩慢退出（轉(zhuǎn)速5rpm，拉力≤80kN）6.2管道回拖應急措施6.2.1回拖力突增處理立即停止回拖，保持當前拉力30s檢查泥漿循環(huán)系統(tǒng)，確保排量正常實施"脈沖式回拖"：100kN拉力保持5s，再降至50kN保持5s若持續(xù)10min無改善，啟動備用泥漿系統(tǒng)（提高排量至2000L/min）6.2.2管道損傷應急當監(jiān)測到應變值超過0.2%時：立即停止回拖采用管道內(nèi)窺鏡檢查損傷位置小面積損傷：啟用備用修補器進行孔內(nèi)修補嚴重損傷：制定割管重拖方案七、資源投入計劃7.1主要施工設備設備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量功率/能力水平定向鉆機ZD-3500臺13500kN回拖力泥漿泵3NB-350臺21800L/min巖石擴孔器φ300-φ800mm套6硬質(zhì)合金刀頭焊接設備ZX7-500套3500A輸出泥漿凈化系統(tǒng)ZJ30套1三級凈化發(fā)電機組250kW臺1備用電源7.2人力資源配置工種人數(shù)職責范圍持證要求鉆機機長1全面負責鉆進作業(yè)特種設備操作證鉆工8鉆具操作及維護特種作業(yè)操作證泥漿工程師1泥漿體系管理中級以上職稱焊工6管道焊接作業(yè)特種設備焊接證測量工2軌跡測量與控制測量放線工證安全員2現(xiàn)場安全監(jiān)督注冊安全工程師八、驗收標準與流程8.1中間驗收項目導向孔驗收：軌跡偏差：水平≤300mm，垂直≤200mm孔內(nèi)成像：無明顯塌孔、縮徑擴孔驗收：終孔直徑：≥設計值（φ800mm）孔壁摩擦系數(shù)：≤0.358.2竣工驗收內(nèi)容管道位置檢測：采用多頻電磁定位儀檢測管道軸線偏差管頂高程允許偏差±500mm壓力試驗：強度試驗：1.5倍工作壓力（2.4MPa），穩(wěn)壓1h壓降≤