摘要：水平定向钻穿越工程一直是广州地区市区电力管道施工的常见施工工艺，俗称顶管，尤其在市区优势明显，本文通过穿越二沙岛工程实际，着重对小型钻机多管道穿越市区河流工程进行了概述，解决繁华市区钻机摆放，方案选择等问题，以期对广大工程技术人员以参考。
关键词：水平定向钻，穿越河流，市区施工
本次穿越地位于广州市越秀区，二沙岛珠江航道处。为二沙变电站出线电缆走廊工程——穿越珠江段，出入钻工作井分别位于广州市越秀区江月路明月二街路口及晴澜路灵洲街路口，垂直于珠江航道穿越。此处非珠江主航道，航道两侧为公路，穿越处水面宽约130m，水深约4m，水面距地面约2m，出钻井场地较为狭小。
定向钻穿越为280米，为12孔高强度HDPEΦ160mm电力护套管，为减少对当地居民的影响，穿越入土点设在灵洲街东侧人行道绿化带内入土斜度约-26%，出土点位于明月二街东侧行车道，出土斜度约30%。
本工程施工工期为：40天。
1 施工总体方案
为保证工程顺利进行，便于与各方沟通。针对本工程特点，我们精心挑选我司施工经验丰富、具有专业特长的业务骨干，组建精干的项目团队，各主要管理岗位全部由我公司相关部门班组的主要负责人担任，按照“安全第一、预防为主，综合治理”的总方针，对工程进行统筹管理，确保实现本工程的预期目标。
在施工队伍配备上，根据工程的特点，我公司将配备两个穿越机组和一个管线焊接机组，以及一个交通疏解队伍。
在现场通讯保障上，各主要施工点，利用手机、对讲机保证通讯畅通。
2 工程关键
二沙变电站出线电缆走廊工程—穿越珠江段关键在于导向孔施工、扩孔作业、泥浆控制、管道回拖。
3 钻机场地施工程序
3.1设备进场便道：穿越出土点位于明月二街内，道路狭小，车辆较多，需交通疏解。附《交通疏导方案》。
3.2接桩测量放线：根据设计交底（桩）与施工图纸测量施工场地及施工作业带放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。
3.3钻机场地平整：针对本工程中方案一和方案二，使用挖掘机或人工平整钻机场地，入土点场地6m×20m+30m×3.5m，。钻机场地推平压实。示意如图所示。针对方案三中的两次穿越出需延后以保证两个导向孔的安全距离，示意如图所示。
入土点钻机场地布置图
3.4钻机的固定和调试：钻机安装在入土点，与出土点大致在同一轴线上（预留第二孔位置），钻机入土坡度-26%。钻机就位前入钻坑后4米处开挖锚坑（长0.8米*宽3米*深1.5米），放入枕木一条（长3米*宽0.3米*厚0.3米），用Φ30钢丝绳在枕木两端固定并开挖引出地面，然后回填土方，压实，便于与钻机锚固压板连接固定，将钻机主机就位，并将钢丝绳与锚固压板连接好。泥浆系统、钻机、辅助工具等就位，并连接泥浆管线等。全部组装完毕，仔细检查确认后，设备进行试运转，认真观察各表盘指示是否正常，各操作手柄是否回位，调试泥浆系统。
钻机固定示意图（三视图）
3.5 泥浆用料准备及配制：开钻前膨润土和水准备好，提前对不同地层进行分析，并结合地层配出符合要求的泥浆。
3.6测量控向参数：用全站仪标定好穿越中心线点，需在两岸设立标杆，利于导向孔施工。
3.7导向孔施工（见附图）：按设计图纸钻导向孔，控向对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地层情况，确定控向方案，泥浆工与司钻重视每一个工序的操作环节，控向、泥浆、司钻三个岗位互相配合，钻出符合设计要求的导向孔，在钻进过程中，及时查看仪表参数分析孔内情况，达到出土准确，成孔良好。拟采用CASE6060水平定向钻机进行本次穿越工程的导向施工。
导向孔施工示意图
该工程导向施工可分为三个阶段（AD、DC、CB）。施工前，在现场用全站仪将设计轨迹重要控制点标示（路面上用喷漆喷示/绿化带钉小木桩标示）出来，在C、D两点立杆并绑牢于河堤两岸护栏上。在摆放钻机过程中，用全站仪放出钻机摆放位置，使钻机与AB连线处于同一直线上。由于DC段为珠江流域，导向施工前需做一艘竹筏（竹筏尺寸见附图）。导向施工前，将竹筏吊进珠江，竹筏四角各用一条麻绳绑住，四条麻绳的另一端由竹筏上辅助人员将麻绳运送至河堤牵拉人员牵拉。河堤D、C两点附近分别安放三把竹梯，竹梯底部插入河底，上部用铁丝固定在河堤护栏上。
为了提高导向质量，在导向施工之前，还应做好管线复测、干扰值测定及辅助工器具购置等。
3.8导向孔施工过程控制（见附图）：导向首先采用无线控向系统，如遇信号不稳定则采用有线控向系统，导向过程中，所有辅助导向人员均应与导向人员相互配合，按操作指令操作；测量员将全站仪安放在C点岸堤旁（并与AB处于同一直线上），在地面上钉上钉子做固定标记，随时观测钻头体位置与AB的水平偏移量，并做好记录。
AD段：导向过程中尽量沿着控制点方向施工，穿越管线及重要控制点时应预留足够的安全距离，导向轨迹应平滑，每条钻杆钻完后，应将钻头体位置在现场标示（路面上用喷漆喷示/绿化带钉小木桩标示）出来，测量员应协助导向员测量钻头体位置与AB连线的水平偏移量，并做好记录。
DC段：导向施工人员应有序的从预先放好的竹梯下到竹筏上，竹筏上所有人员均须穿上救生衣，导向人员、测量员及岸边四名牵拉麻绳人员均须配置一部对讲机，所有持对讲机人员均应按照导向人员操作指令操作。在寻找前、后点时，竹筏上四名辅助人员用竹竿插入河底，将竹筏固定，使其安全平稳后，导向人员方能进行导向工作。每条钻杆钻完后，测量员应协助导向员测量钻头体位置与AB连线的水平偏移量，并做好记录。导向穿越轨迹经过C点后，导向施工人员应有序的从预先安放好的竹梯上上岸。
CB段：导向过程中尽量沿着控制点方向施工，穿越管线及重要控制点时应预留足够的安全距离，导向轨迹应平滑，每条钻杆钻完后，应将钻头体位置在现场用喷漆标示出来，测量员应协助导向员测量钻头体位置与AB连线的水平偏移量，并做好记录。
3.9第二导向孔施工：根据导向孔及泥浆返浆的具体情况若采用两个导向孔施工，则将钻机移位至第二导向孔穿越入土点，出土点较第一孔出土点延长4米，在完成第一个导向孔后进行第二导向孔控向。
3.10扩孔：导向孔完成，钻头出土后及时拆卸，装上检查合格的相应规格和尺寸的扩孔器进行扩孔。具体扩孔组合如下：
双导向孔（两个孔回扩级数相同）（填管法）（先扩一次再打第二次）
第一次扩孔：350mm流道式扩孔器
第二次扩孔：450mm流道式扩孔器
第三次扩孔：550mm流道式扩孔器
第四次扩孔：650mm流道式扩孔器
洗孔： 650mm清孔器
图3-5 扩孔示意图
3.11管道回拖：
管道回拖示意图
地层含沙量较大，成孔较差采用双导向孔进行回拖，孔径达到管线回拖要求的条件，即进行回拖作业。将检验合格的穿越段管线排列好并检查无误后进行回拖。检查拖拉头、旋转接头、扩孔器的连接，确认连接牢固、水咀通畅、泥浆压力合适后方可回拖，回拖中两岸要加强联系，并时刻注意预制好的管线不能被磨损、刮蹭，各个岗位协调配合将管线敷设到预定位置。每个导向孔进行6条管线的回拖，每孔连接方式如下：
桶式扩孔器+回拖万向节+穿越主管线（携带CASE6032钻杆），每个孔回拖结束后拆除CASE6032钻杆
回拖过程中也需大钻机及300挖机后备施工准备，以备钻机不够力时使用，如遇钻机不够力则采用挖机助力钻机动力头的方式进行回拖，如再不足则换大钻机进行托管，必要时挖机配合大钻机使用，施工需提前做好两台钻机的钻杆转换装置，减少等待时间。
3.12泥浆控制：泥浆是定向穿越中的关键因素。特别是针对本次穿越如遇河底沙层，泥浆的控制应用尤为重要，为保证工程万无一失，需聘请外单位泥浆专家进行现场指导。
3.12.1配浆用水为外委提供的饮用水，通过泥浆泵进行搅拌配比。
3.12.2按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。
3.12.3使用的泥浆添加剂有：膨润土和化学泥浆。采用环保型添加剂，确保符合环保要求，不会造成对地层或周边环境的影响。
3.12.4剩余泥浆的处理：施工剩余泥浆托运到当地环保部门指定的地方。
3.12.5泥浆在各个阶段所起的作用如下：（1）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥砂携带出孔外，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻力，降低钻头的温度；（2）扩孔阶段要求泥浆具有很好的携带能力，护壁效果，防止地层坍塌；（3）回拖阶段要求泥浆具有很好的润滑、护壁、携砂能力，减少摩阻和扭矩。
3.13 现场恢复：施工场地地貌恢复、剩余泥浆处理和设备转场。
4 出土点场地施工程序
4.1出土点场地平整：出土点场地需占地面积为2m×230m，用于摆放钻杆、发电机室、泥浆回收车，此外还需挖掘一个规格为2m×4m×1.5m（双导向孔需延长出钻工作井约4米）的出钻坑，用于出土点泥浆的储存，此泥浆池的泥浆经回收后，拉运到当地环保部门指定的地方排放。
出土点场地布置图（导向阶段）
出土点场地布置图（拉管阶段）
4.2扩孔的钻杆倒运及钻具连接：按穿越长度及扩孔次数倒运钻杆，并按照施工程序进行不同规格钻具的连接。
4.3管材的焊接：
本工程HDPE管采用热熔塑料对接机进行对接。
HDPE管焊接时操作步骤：
1、加热板电源必须是220V的交流电、液压系统的电源必须是380V的交流电。
2、焊管系统在使用前必须检查能否正常使用（如插头、电源线、液压管有无破损）。
3、按照管材口径安装相应的卡具，并安装牢固。
4、连接液压管，液压开关必须处于关闭状态，液压泵和加热板接通电源，液压系统的电源必须是380V的交流电，加热板电源必须是220V的交流电，按要求调节加热板温度，启动液压泵并按要求调节压力，试行运行是否正常。
5、加热板上装有两指示灯（绿色与红色），绿灯用于指示通电状态，红灯用于指示温度状态，红灯不亮表明设定温度未到，红灯亮或闪烁表明加热板处于保温状态。
6、加热板由通电到保温状态，大约需要20分钟，达到设定温度后，应等10分钟后再进行焊接，以使加热板的整个面温度更加均匀。
7、将管材放上机架，合上卡具锁死，打开切割刀开关移动管材进行切割至管口平滑，移开管材关闭切割刀，取出铣刀，清理机架上的管屑，移动管材调节对平管头，放置显绿色灯状态的加热板合上机架进行管材加热，按照规定进行控制加热时间和冷却时间，松开卡具，取出管材。
8、吸热过程中，拖动压力是使管材端面与加热板表面保持接触所需的最小压力。焊接压力近似等于拖动压力。
注意：焊接过程中，要保持管材端面与加热板的表面的清洁。铣削后管材端面不能用手触摸。只有保证了管材端面的清洁和加热板表面的洁净，熔接后才能得到合格的焊口。闭合夹具，使管材保持接触，但不要让管材发生撞击或是错位。
4.4回拖前检查：确认回拖轨道无杂物，附近无人员靠近，确保安全。
4.5回拖准备：管线检查合格后，将准备好的回拖管头焊接到管线上，并进行加强，保证拖管头焊接牢固；然后将回拖管头段放进出钻坑中准备回拖，管线入沟时注意保护好防腐层，避免划伤；检查清孔器内各通道及各泥浆喷嘴是否畅通，确认合格后方可连接。
4.6回拖：扩孔工作完成后，将钻杆与清孔器、旋转接头、卸扣、准备好的回拖管段相连，分两段焊接，需焊管机就位。
结语
采用以上方案，工程顺利完工，事实证明，小型钻机只要方案得当一样能够完成较大工程项目的穿越任务，更高的为电力系统服务。
论文作者:骆晓兰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/1
标签：钻机论文; 导向论文; 泥浆论文; 钻杆论文; 管材论文; 场地论文; 管线论文; 《基层建设》2019年第10期论文;