一、工程概况
工程位于河南省信阳市浉河区,主体铺设φ200自来水管道,斜穿浉河主河道,河面水域宽度约300m,最大高差约6m,相对入土点最大穿越埋深约13m,穿越总长507m,穿越区域平面分布如图-1所示:

图-1浉河穿越工程平面图
工程采用无锡钻通生产的ZT45水平定向钻机,由于工程穿越轴线位于浉河主河道之下,且均为流砂层,卵石层工程建设单位选用锐林牌复合型膨润土配浆,具体配方及性能要求详见下文。工程选用金地600导向仪进行导向孔钻进。
二、工程地质和水文地质条件
依据工程地质勘查报告及现场勘察,穿越地层主要为卵石层和流砂层,卵石层河道中局部因河道清淤及改道等原因存在松散粗砂地层;出土段5m以下为老河床,上部为建筑垃圾回填作为道路路基,地层松散且漏失严重。
施工区域内地下水丰富,地下水位相对入土点埋深约2m;且出土点和入土点两侧地下水体差异较大,入土点一侧地下水为pH在5±0.5弱酸性地下水,河水因受到城市污水及工业污染,也呈酸性。地下水的酸碱度对工程现场配制泥浆用水有影响,需要进行处理后才能使用。
三、技术方案
3.1钻机选型
依据工程主体铺设管道直径200mm、穿越距离507m和穿越地层特性,按照公式-1计算本工程最大回拖力,根据《油气输送管道穿越工程施工规范》(GB 50424-2014)中给出回拖力的计算公式:
(公式-1)
式中:T—铺设管道回拖力(N);
D—管道外径(m),此处取0.2
L—回拖进尺长度(m),此处取507
f—管道与孔壁间摩擦系数,取0.1~0.3,此处取0.2
t—管道壁厚(mm),此处取18.2
K—泥浆与管道间粘滞系数(kN/m2),取0.17~0.34kN/m2,此处取0.2
—泥浆密度(kg/m3),此处取1.05×103
—管材密度,此处塑料管道取0.955×103
带入上述参数计算得到回拖力为5.36吨,依据计算所得最大回拖力、穿越长度和工程地质条件等综合因素考虑,选用ZT45吨钻机是能够满足本工程要求的。
3.2轨迹设计
根据工程现场条件、设计文件、施工选用设备和导向仪器,采用图-2红线轨迹进行穿越。

图-2浉河定向钻穿越轨迹剖面
入土角15%,入土造斜段距离约80m,水平段320m,出土造斜段100m,出土角为20%.
相对入土点最大穿越深度为13m。
3.3施工工艺
A. 导向孔钻进:依据测量放线,在河道两岸拉绳索,以避免人为肉眼观察出现的水平方向误差。泥浆泵设为2档,排量约280L/min;逐根往返洗孔,确保排渣及成孔;逐根钻杆测量深度及角度,并通过岸堤两观测点与河面导向船体测量点对比,及时纠偏,保证水平位置在设计规定的轴线范围内。
B. 扩孔:泥浆泵设为3档,排量约450L/min,拟定φ350mm一级扩孔,逐根钻杆往返洗孔,确保排渣和成孔,单根钻杆扩孔和洗孔时间在8min。
C. 清孔和试拖管:采用直径350mm扩孔器清孔,扩孔器后跟长度约3mφ21mm钢管,一并清孔,实现排渣和修孔;单根钻杆清孔时间约5min。泥浆泵设为3档,排量约450L/min。
D. 拉管:泥浆泵设为4档,排量约550L/min。管道进洞前30m回拖速度放缓,先启动泥浆泵8~10s后开始回拖,前30m单根钻杆回拖时间控制在3min,之后每根钻杆可控制在2min
3.4泥浆配制
根据工程用水的特性以及施工区域地下水类型和特点,制定泥浆.
四、施工过程
工程施工过程包含施工进场布置、导向孔施工、扩孔、清孔和拉管五个阶段,施工过程中钻机回拖力(导向阶段为给进力)、扭矩变化和泥浆压力等技术参数如表-4所示,单位均为钻机液压表显示压力数值表示:
工程施工现场:

图-3 现场动员和技术交底

图-4 尹总做好导向技术把控

图-5 出土过路避开回填层严格控制导向深度和走向

图-6 现场泥浆搅拌配制及清孔

图-7 尹总分析和解决施工过程中多个技术难题

图-8 现场开始管道回拖状况以及管道成功回拖情形

图-9 工程历时五天顺利完成管道回拖

图-10 拉管完成后尹总和大家总结经验