定向钻施工技术在湿陷性黄土地区的应用

2013 年第 02 期 0.引言 湿陷性黄土由于土壤结构以及水分含量等问造成显著地地质 性塌陷。在施工的过程中如果不进行必要的施工处理以及合理的施工 方案进行规避，不仅对施工的质量造成一定的影响与危害，而且在工 程的质量验收以及使用寿命等方面存在一定的问题与安全隐患。 因 此， 在施工的过程中队湿陷性黄土的识别以及处理成为了施工的关 键。我国在针对湿陷性黄土的施工过程中主要采用强夯、化学固定、冲 击碾压等方式进行施工，在实际的使用以及定向钻施工过程中还存在 一定的缺点与问题。本文基于湿陷性黄土地区的特征以及施工过程中 必须注意的施工难点为突破口，结合施工过程中遇到的实际问题分别 从导向控制、 泥浆配比以及成孔保护等方面讨论施工技术的优化措 施，为今后的同类施工以及研究提供理论依据以及实践指导。 1.湿陷性黄土黄土地区特征及其施工难点 所谓湿陷性黄土是指在黄土区域具备湿陷特征的土壤环境，一般 用土壤的湿陷系数进行表征。从地质学角度出发湿陷性黄土产生的原 因主要有两个方面： 一方面来源于湿陷性黄土的土壤组成及其性质， 由于沙粒结构以及粒径量级的分布而造成的土壤流动性的加强。另一 方面是由于当地的气候环境所操作的土壤总体水压过大而造成的。 1.1 湿陷性黄土地区特征 湿陷性黄土地区由于湿陷性黄土的特征而表现出不同的地质特 征，主要可以概括为压缩性、湿陷性、抗剪强度以及透水性。 按照对定 向钻施工的危害程度，本文主要关注湿陷性黄土地区的湿陷性以及透 水性等特征。 黄土湿陷性是湿陷性黄土地区的主要特征之一，同时也是造成工 程危害的主要原因之一。在工程施工的过程中必须针对这一特性进行 事宜的施工方式的选择。所谓的湿陷性是指湿陷性黄土在浸水或者自 身重量的作用下而导致的上层土壤向下挤压沉降的特性。在施工过程 中将黄土的湿陷性按照动力的来源分为自重湿陷以及非自重湿陷。其 主要区别的根据判断土壤湿陷的动力来源于土壤本身的重量还是来 源于土壤的附加压力。 这种湿陷特征对于施工的影响较大。 主要表现 为施工过程中的土壤湿陷容易造成定向钻孔的坍塌以及堵塞。在施工 后期容易由于这种湿陷而造成孔道内部设备的变形与损坏，严重的影 响了施工质量以及使用的寿命。 湿陷性黄土的透水性主要是由于湿陷性土壤孔隙过大而造成的 纵向与横向透水率的增加。在实际的工程施工过程中由于钻孔的空洞 效应以及减压效应等因素，容易造成孔道的积水，并由于土壤水分内 流等缘故带来大量的不可清理泥沙。 一方面影响定向钻施工效率，另 一方面由于水还原等因素降低孔道内部设备的使用寿命。 1.2 湿陷性土壤的施工难点 湿陷性土壤施工的难点主要在于对土壤湿陷性以及透湿性的规 避与预防。 主要采用的方式包括了土壤的预处理以及排水措施。 具体 如下： 为保障工程质量以及施工效果，在针对湿陷性土壤的定向转施工 过程前需要对施工地点进行预处理，具体的预处理方式可以根据定向 钻深度进行灵活的选择， 一般对于管道要求 3-10m 的可以采用强夯 方法对定向钻的预设轨道进行加固处理， 伺候进行定向钻开挖施工， 能够在一定程度上保障了通道的畅通以及施工的质量。对于施工以及 后期使用过程中的深水处理可以通过磨浆护孔作业过程中泥浆比例 的调控以及防水剂的添加使用达到相应的目的。 2.传统定向钻施工缺点 定向钻具有施工周期短、投入少、精度高以及不损伤主体建筑等 特点在穿越施工中被广泛的应用。在湿陷性黄土环境下传统定向钻施 工具有一定的缺点，具体如下： 2.1 定向钻施工前准备不足 此方面问题主要表现为在定向钻施工之前对湿陷性黄土的判断 不足，导致没有进行必要的夯实处理便进行定向钻的工程施工。 这种 问题在施工过程中容易造成扩孔过程中的坑道沉陷变形，影响施工质 量以及后期管线铺设。严重者容易造成穿越孔道的坍塌。此外，在定向 钻施工过程中由于需要开挖施工以及压力管道施工的配合，在施工过 程中由于前期规划的不到位常常造成施工连接错位等问题，造成一定 施工材料与资源的浪费。 2.2 定向钻导向错位 湿陷性黄土湿陷常常表现为垂直层面的位移，进而造成定向钻竖 直方向的错位，以及定向管道的非曲折，对后期扩孔以及管道的 铺设造成一定的影响。在垂直方向错位的影响下容易造成穿越通道的 垂直弯曲，对后期的扩孔操作造成一定的影响，同时这种垂直方向的 位移与穿越距离呈现出一种显著关系。 2.3 泥浆配比无法符合施工要求 在泥浆的配比过程中主要考虑的因素为如下三个：一个为泥浆的 密度，泥浆密度直接决定了泥浆的附着力以及在定向钻扩孔回拉过程 中的回拉力度。一个为泥浆添加剂的使用根据不同地质环境需要在泥 浆配比过程中加入不同添加剂来对泥浆整体性能以及适宜性进行有 效的提高。 在湿陷性黄土土壤上的施工对泥浆的要求较为严格。 与前 面相同由于对土壤类型与质地的预判等因素常常导致泥浆配比与传 统定向钻泥浆配比相同，无法符合特殊地质的施工要求。 2.4 后期成孔保护不利 在定向钻施工的过程中主要采用护筒和泥浆进行成孔保护。而在 水平定向钻的施工过程中则主要通过泥浆来进行保护。泥浆的灌注不 仅仅能通过其填充作用防止钻孔的坍塌， 同时还利用其冲刷作用，带 出大量的泥沙，保障了定向钻施工的顺畅。 在传统的定向钻施工过程 中需要注意成孔保护阶段与导向孔施工阶段的泥浆要求具有很大差 异。 这往往是实际施工过程中所不注意的。 3.施工技术优化措施 3.1 建立完善的施工准备体系 建立完善的施工准备体系主要从两个方面入手。一方加强在施工 前对土壤性质的判断与调查。在充分调查当地土壤类型的宏观资料的 基础之上，对施工路段进行实际的调查，并借助穿越主体的施工条件 作为辅助判断依据。 另一方面，在确定了土壤类型具有湿陷性的基础 之上需要对施工位点进行充分的初期准备。 3.2 采用多元协调的导向控制 定向钻施工技术在湿陷性黄土地区的应用 张与胜 （胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司 山东 东营 257064） 【摘 要】湿陷性黄土在我国北部、东北部地区广泛分布。 随着大型工程二次施工以及穿越施工的普及定向钻技术在湿陷性黄土上被广泛 应用。 湿陷性黄土由于具有湿陷性、渗水性等特性在施工过程中需要区别于传统的定向钻技术。 本文从湿陷性黄土的特性为视角，结合本人在 实际施工过程中的以及存在的问题。 分别从施工准备体系、多元协调的导向控制、优化泥浆配比方案、完善施工后期的成孔保护等四个角 度去讨论其在湿陷性黄土地区的应用，希望为今后的科研与施工提供理论依据。 【关键词】定向钻；湿陷性黄土；存在问题；优化对策 作者简介：张与胜（1973—），男，湖北蕲春人，大学学历，助理工程师，油气储运专业，就职于胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司。 ◇能源科技◇ 308 2013 年第 02 期 ● （上接第 237 页）程，它包括安全组织和安全意识，企业只有综合利用 这些手段，才能取得有效的结果。加强，首先必须建立科学的 安全制度， 而且这些制度要随着施工技术的发展而不断变化，使 之与新的施工技术相配套。 同时企业要加大对安全管理的投入，使之 与生产能力相吻合，使安全生产责任制逐级落实到每个工作岗位和每 个人头上。并经常性地开展和利用形式多样的安全生产法规知识宣传 活动，努力提高建筑职工和广大从业人员的安全素质，切实做到安全 生产，警钟长鸣。 科 【参考文献】 ［1］冼辉新 .分析建筑工程施工发生安全事故的原因及预防措施 [J].科学之友 , 2010(6). ［2］李兴怀 .从 4M1E 因素谈建筑工程施工的安全管理 [J].建筑安全 ,2011 (1). ［3］刘伟雄.建筑工程施工安全管理的探讨[J].中国科技博览,2009(17). ［4］贺宁 ,周杰 .关于建筑工程施工安全管理的几点思考 [J].中国科技博览 ,2009 (24). ● （上接第 186 页）节不稳定，导致转矩震荡现象，科学合理的优化了补 偿参数和限幅，使补偿效果大大改善。 （2）针对通讯网络短时闪烁，导致通讯丢失的问题，适当调整了网 络通讯速率，对系统中状态监控延时时间做适当延长，并对通讯线路 的屏蔽和长度进行优化。 （3）针对主传动功率器件时有烧损的问题，对传动功率柜室的温、 湿度进行严格控制，定期检测更换性能不稳定的晶闸管，对触发脉冲 功放板定期检测，防止因某柜内晶闸管不导通，导致同相其他柜内同 位晶闸管过流。 对关键位置晶闸管进行换型， 更换为进口 ABB 晶闸 管。 科 （上接第 239 页）筋下部兴盛的空隙和水分，提高粘结力和抗强度，并 减少内部裂缝与气孔，提高其抗裂性。 （3）注重养护工艺。 为了严格控 制大体积混凝土的内外温差，确保混凝土质量，减少裂缝，养护是一个 十分重要和关键的工序，必须切实做好。 4.结束语 总之，裂缝是房屋建筑中普遍存在的一种现象。 它的出现不仅会 降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的 锈蚀、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。 房 屋建筑工程中的裂缝问题必须从设计、施工、使用等各个阶段全面综 合的分析,以便针对性地采取预防、修复措施。只要有足够的重视了,方 法得当,裂缝发生的几率、严重性、造成的影响和损失均能降低到理想 的水平。施工单位要保证建筑质量，要采取有效措施预防裂缝出观，以 保证建筑物的构件安全质量，给广大业主和居民营造一个安全、舒适 的居住生活环境。 科 ● 在施工前对施工部分进行垂直定向孔的施工。同时重点关注垂直 方向的湿陷性惟一。 同时改变传统 2D 定位技术仅能够对二维坐标进 行定位的确定，采用更为先进的声波或红外线定位系统对定向钻走向 进行 3 维的定向，以便对湿陷性位移更准确的把握。 3.3 优化泥浆配比方案 增加泥浆粘度的方法来维护钻孔的稳定。 具体为：回扩孔时泥浆 的马氏粘度值必须保证在 45~55 秒之间，泥浆比重应大于 1.03，泥浆 注入土中与粘土混合后产生的泥浆比重应大于 1.10；具体可以分为三 个阶段：首先，钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同 时维持孔壁的稳定； 其基本配方是：7-8%预水化钠基膨润土+0.2- 0.4%增粘剂+0.3%降滤失剂。 其次，预扩孔阶段要求泥浆具有很好的 护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力；其基本配方为：7-8%预 水化钠基膨润土+0.3%-0.5%提粘剂+0.4%降滤失剂。 最后，扩孔回拖 阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力，同时还有很好的润滑能力， 减少阻摩力和扭矩； 其基本配方如下：7-8%预水化钠基膨润土+0.3- 0.5%提粘剂+0.4%降滤失剂+2%-3%的润滑剂。 3.4 完善施工后期的成孔保护 对施工后期的成孔保护泥浆配置进行严格的把关与调配实验。以 导向孔施工泥浆为蓝本降低固液混合比以及钙质的含量，同时增加润 滑作用。 使得定向钻扩孔过程能够顺利的进行。 科 【参考文献】 ［1］李俊.水平定向钻铺管工程潜在安全隐患及对策研究 [D].中国地质大学（北 京）,2011. ［2］张森安,曹程明.大厚度湿陷性黄土场地湿陷性评价与地基处理[J].山西建筑, 2012,08:60-62. ［3］曾九令,云燕,李富强,宋庆杰.浅谈湿陷性黄土冲沟油气管道穿越施工措施[J]. 中国高新技术企业,2010,36:170-171. （上接第 220 页）是由于采用 RS485 双向通讯，由皮带控制分站检测 通讯接收指令，当发现 8 位指令出现中断时将自动执行紧急停运程序 进行自动停机，该种检测方式检测比较准确但存在 8 位指令位中有一 位 CRC 余码检测问题，也存在误动作的问题。 通讯中断检测准确性、 稳定性问题还需要在以后的运行过程中进一步进行考证。 6.结论 大平矿皮带集控系统投入使用后，大大提高了皮带运输系统的运 行效率和安全性， 完善了大平矿矿井机电运输系统综合自动化系统， 提高矿井运行管理的有效的技术手段。 科 （上接第 191 页）从事放射性工作的人员避免确定性效应，严格控制随 机性效应发生的概率在控制范围内。增强放射治疗工作人员安全意识 及完善配备防护设施都能有效减少照射发射事故的发生，加速器拥有 良好的屏蔽设计和多重监控、联锁系统对其正常、安全运行是十分重 要的。 科 【参考文献】 ［1］张秀文,张永寿,郑庆海,汪鹏飞,李岩,宋天一. 医用电子直线加速器基本原理 与职业防护[J].2012,(4). ［2］张晶,王建军,唐绪兴.医用电子直线加速器污染因素、辐射防护及辐射安全管 理[J].2011,(2). ● ● ● ● ● ◇能源科技◇ 309