摘要：天然氣管道回拖是天然氣管道定向鉆穿越施工的最后一道工序，也是最為關(guān)鍵的一步。為減少回拖布管場地的面積，定向鉆回拖往往需要采用“多接一”回托法， 該回拖法對施工的過程控制提出了很高的要求。本文通過楊家相定向鉆Ø813mm管徑天然氣管道 “四接一”回拖作業(yè)的成功實踐，分析歸納了“四接一”定向鉆回拖的施工方法、施工過程控制要點及難點，為今后類似的穿越工程提供參考。

　　關(guān)鍵詞：山東工業(yè)技術(shù)雜志投稿,定向鉆回拖,四接一大管徑天然氣管道

　　引言：天然氣管道回拖是天然氣管道水平定向鉆穿越施工的最后一道工序，也是最為關(guān)鍵的一步。定向鉆回拖需要在出土點一側(cè)留有足夠的場地用以布管，一般情況下，用于回拖的布管場地要具有預(yù)制整條穿越管段的長度，但在實際工程中，受施工場地及地形限制，這一條件往往得不到滿足。此時，需要根據(jù)現(xiàn)場條件將預(yù)制管道分兩根或多根并列布置，在回拖時，先將第一根管道拖入導(dǎo)向孔內(nèi)，然后將第二根管道與第一根管道連接，完成連接后，再將第二根管道一并拖入，即所謂“二接一”作業(yè)(“多接一”回拖方式類似)。“二接一”或“多接一”回拖方案可大大縮短布管的長度，但由于管道在導(dǎo)向孔內(nèi)的回托過程不連續(xù)，也增加了鉆孔塌方與抱管(導(dǎo)向孔四周土壤在土應(yīng)力作用下將管道牢牢抱住)的風(fēng)險。“二接一”或“多接一”回拖方案需根據(jù)回拖管道材料質(zhì)量、場地、焊接檢測、穿越段地層、鉆孔巖芯的完整程度等多種因素確定。以往，“二接一”或“多接一”回拖方案多用于小管徑天然氣管道(一般管徑小于360mm)的回拖，而大管徑天然氣管道由于相對風(fēng)險大，較少應(yīng)用。2014年5月，在浙江省天然氣管網(wǎng)建設(shè)的楊家相定向鉆工程中，首次在國內(nèi)Ø813mm大管徑上采用“四接一”回拖作業(yè)，即回拖管線共組焊4段管道，回拖過程中需要組對焊接3次，在項目建設(shè)單位的周密策劃與指揮下，該定向鉆回拖工程最終順利完成

　　1工程概況

　　楊家相定向鉆穿越工程為浙江省天然氣管網(wǎng)金華-衢州配套輸氣管道工程的一部分，穿越所用輸氣管規(guī)格為Ø813mm×14.3mm三層PE加強級外防腐 L450 LSAW直縫埋弧焊鋼管，設(shè)計壓力為6.3 MPa，導(dǎo)向孔長度780米，導(dǎo)向孔深度為27米。 楊家相定向鉆穿越回拖采用“四接一”方式，由于組對焊接和焊口檢測的時間較長，容易導(dǎo)致鉆孔塌方與抱管，從而造成回拖托失敗，因而“四接一”回拖方式對回拖作業(yè)的過程控制有很高的要求。

　　2 地層適宜性

　　根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查與測繪，楊家相定向鉆場區(qū)地形相對較平坦，穿越區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂、滑坡、塌陷、泥石流等不良地質(zhì)作用，場地穩(wěn)定性較好。擬建場地勘察深度內(nèi)揭露地層巖性有素填土、粉質(zhì)粘土、卵石、強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。揭露地層工程地質(zhì)評價如下(定向鉆穿越段某一勘測點的地層剖面圖見圖1)。

　　① 素填土(Q4ml)：松散，以粉質(zhì)粘土及泥質(zhì)粉砂巖為主，含有少量碎石，埋深較小，對定向鉆穿越施工影響不大。該層厚度為0.40-9.70m。

　　② 粉質(zhì)粘土：可塑，為定向鉆穿越有利地層，分布不穩(wěn)定，在丘間平地內(nèi)有分布，該層厚度為1.10-3.40m，厚度不大。

　　③ 卵石：中密-密實，飽和，粒徑一般為20-60mm，含量為50-55%左右，最大可見80mm以上，呈亞圓形-圓形，母巖成分以石英砂巖、砂巖為主，其他以粘性土及中粗砂填充，該層不利于定向鉆穿越施工，分布不穩(wěn)定，埋深不大，厚度為2.90-4.00m。

　　④1 強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：巖石風(fēng)化強烈，裂隙很發(fā)育，巖石破碎，呈碎塊狀、塊狀，浸水易軟化。該層不利于定向鉆穿越施工，出入土位置會穿越該層，厚度為0.60-2.10m。

　　④2 中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：場地內(nèi)穩(wěn)定基巖，巖芯多呈塊狀-短柱狀，節(jié)長一般為8-15cm，最長可見45cm，屬軟巖~較軟巖，RQD=10-95%。可作為定向鉆穿越主要層位，勘察未揭穿該層，最大揭露厚度39.60m。

　　根據(jù)擬建場地內(nèi)鉆探揭露地層分布情況，將④2中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖作為定向鉆穿越的主要層位。該層為軟巖~較軟巖，遇水易軟化，因此施工時需防止縮孔現(xiàn)象，及時擴孔、及時回拖。④1強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層為定向鉆穿越不利地層，處理不當(dāng)易塌孔、卡鉆，施工時需根據(jù)地層變化采取合理的泥漿配比和注漿壓力對孔壁進(jìn)行加固。

　　圖1 楊家相定向鉆勘測點的地層剖面圖

　　3 擴孔洗孔施工過程

　　由于本次回拖管線為“四接一”形式，管道回拖存在一定風(fēng)險，為減少風(fēng)險，特別增大一級擴孔孔徑，使最大擴孔孔徑達(dá)到50英寸(1270mm)為 Ø813mm回拖管道的1.56倍。由于管道回拖不是連續(xù)施工，管道回拖一段后需在孔內(nèi)停留，同時進(jìn)行管道組對連接，擴大孔徑能減少回拖管道因在孔內(nèi)停留時間過長而導(dǎo)致的“抱管”風(fēng)險以及“再次起步難”的風(fēng)險;當(dāng)50英寸擴孔施工結(jié)束后進(jìn)行洗孔作業(yè)，洗孔作業(yè)時做好洗孔參數(shù)記錄，洗孔結(jié)束后進(jìn)行參數(shù)比對，如參數(shù)比對后發(fā)現(xiàn)扭矩較大則再次進(jìn)行洗孔，直到洗孔參數(shù)扭矩穩(wěn)定且壓力表無突變時再進(jìn)行管道回拖作業(yè)。具體擴孔洗孔作業(yè)如下：

　　1、導(dǎo)向孔施工采用9寸半巖石鉆頭+泥漿馬達(dá)進(jìn)行施工;

　　2、第一級18英寸擴孔施工采用牙輪巖石擴孔器，出土側(cè)200米內(nèi)擴孔容易，入土側(cè)100米內(nèi)擴孔容易，中間段擴孔慢，個別單根鉆桿(9.5米長)擴孔使用時間在250分鐘以上(巖石硬，擴孔速度慢);

　　3、第二級26英寸擴孔采用滾刀式巖石擴孔器，擴孔完成510米，后在反向推桿過程中，擴孔器在距離出土點40米位置時發(fā)生卡鉆，后經(jīng)滑輪組助力成功解卡將擴孔器退出孔內(nèi)，此時分析孔內(nèi)有塌孔點，故發(fā)生卡鉆現(xiàn)象;根據(jù)穿越場地周圍山體裸露巖石層分析得出卡鉆是由于距離出土點較近的巖石層掉落巖石，導(dǎo)致在距離出土點40米位置發(fā)生卡鉆;

　　4、擴孔器解卡后在入土側(cè)采用26英寸擴孔器進(jìn)行正擴法施工，并完成剩余270米26英寸擴孔施工，即26英寸孔全部貫通;

　　5、入土側(cè)采用550mm桶式擴孔器進(jìn)行正擴法洗孔作業(yè)，洗孔作業(yè)時泥漿粘度控制在80秒以上，泥漿流量在1.3立方米/分鐘;在距離出土點150米時開始降低洗孔速度，使此段碎屑隨泥漿流出孔外;

　　6、后幾級擴孔施工時為保證出土側(cè)不發(fā)生卡鉆，適當(dāng)降低擴孔速度，防止發(fā)生卡鉆;并根據(jù)鉆機顯示數(shù)據(jù)參數(shù)，合理安排洗孔作業(yè);

　　7、由于采用“四接一”回拖法，為了避免因組對焊接和焊口檢測時間過長導(dǎo)致回拖管道在孔內(nèi)發(fā)生抱管，決定擴孔孔徑達(dá)到50英寸(1270mm)，降低管道回拖風(fēng)險;

　　4 回托施工過程

　　(1) 回拖鉆機選型及鉆具組合

　　根據(jù)楊家相定向鉆穿越勘測資料和定向鉆穿越長度，初步計算確定規(guī)格為Ø813mm×14.3mm的輸氣管在正常施工情況下的最大回拖力為139噸。由于楊家相定向鉆回拖采用“四接一”方式，按2.5倍安全系數(shù)計算最大回拖力為347.5噸，為保證穿越施工順利進(jìn)行，考慮還要有足夠安全系數(shù)，即保證設(shè)備有一定的儲備能力。因此，楊家相定向鉆回拖決定采用GD4000-L水平定向鉆機，最大回拖力為400噸，符合施工作業(yè)需求。楊家相定向鉆管道回拖主要設(shè)備參數(shù)見表1。

　　表1 楊家相定向鉆管道回拖主要設(shè)備參數(shù)表

　　楊家相定向鉆回拖所用鉆具組合如下：

　　5寸半雙臺肩鉆桿+900mm桶式擴孔器+500T分動器+500T U型環(huán)+780mØ813×14.3回拖管道(四段管道累計780m)。圖2為回拖所用鉆具組合示意圖。

　　鉆桿、鉆具在使用前均有專人進(jìn)行逐根檢查，主要檢查扣型、絲扣磨損、鉆桿、鉆具是否有裂紋，各連接部位是否牢固。

　　圖2楊家相定向鉆回拖所用鉆具組合示意圖

　　(2) 回托管道發(fā)送方式與控制

　　楊家相定向鉆回拖場地受地形限制，采用組合式發(fā)送管道，具體如下：

　　① 出土點后挖60米發(fā)送溝并注水，發(fā)送溝深不小于1米，寬不小于1米;

　　② 90米長斜坡打土堆：首先用挖機把鋼管分段吊起，每隔鋼管長度距離15米處搭一個土堆，用挖機把土堆壓實。拖管時在管道上采用澆水方式，使土堆泥土松軟，同時土堆上用人工放置膨潤土，利用膨潤土的潤滑性減小管道與土堆的摩擦。在拖管的過程中安排專人在拖管的場地內(nèi)來回巡視檢查鋼管，以防鋼管從土堆滑落。如出現(xiàn)滑落應(yīng)及時通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人暫停回拖，重新做好后再進(jìn)行管道回拖;

　　③ 100米長坡頂?shù)跹b：坡頂平面處回拖管道每15米使用1臺挖掘機吊裝發(fā)送管道，坡上與坡頂之間的拐點處每10米使用一臺挖掘機，管道吊裝高于地面20公分以上，管道吊裝時吊帶禁止安放在管道連接焊口處。吊裝發(fā)送時出入土兩側(cè)使用對講機進(jìn)行有效溝通，當(dāng)坡頂管道全部吊離地面后入土側(cè)在現(xiàn)場總指揮的命令下進(jìn)行回拖作業(yè)，保證防腐層不因摩擦拖拽導(dǎo)致?lián)p壞。

　　楊家相定向鉆管線回拖地形剖面示意圖見圖3，回拖現(xiàn)場照片見圖4。

　　圖3楊家相定向鉆管線回拖地形剖面示意圖

　　圖4楊家相定向鉆管線回拖現(xiàn)場施工照片

　　由于回拖管道為“四接一”方式，故管道組對焊接時孔內(nèi)泥漿處于靜態(tài)，為防止泥漿靜態(tài)時間過長，入土側(cè)泥漿泵每30分鐘向孔內(nèi)注入泥漿讓孔內(nèi)泥漿循環(huán)(泥漿粘度控制在50秒附近)，每次注漿時間不少于15分鐘，防止因等待時間過長導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿中鉆屑沉淀，引起管道回拖阻力增大及二次回拖鉆機起步困難。

　　5回托作業(yè)時間控制

　　楊家相定向鉆回托作業(yè)時間是回拖成敗的關(guān)鍵因素，回托作業(yè)時間越長，導(dǎo)向孔內(nèi)發(fā)生鉆孔塌方與抱管的幾率就越大，因此，如何有效合理控制回托作業(yè)時間成為回拖施工管理的重點。楊家相定向鉆回托作業(yè)時間計劃見表2。

　　表2 楊家相定向鉆回托作業(yè)時間計劃表

　　實際回拖施工過程中，第一段回托管組前的擴孔器入土至出土?xí)r間為24小時，比計劃提前3個小時完成回拖作業(yè)。

　　針對楊家相定向鉆“四接一”的回拖方式，項目建設(shè)單位為控制回拖施工時間而采取的措施如下：

　　① 鉆機及相關(guān)設(shè)備回拖前做好全面檢修及保養(yǎng)，不因設(shè)備維護(hù)導(dǎo)致管道時間加長;

　　② 管道組對、焊接選擇經(jīng)驗豐富的管工和焊工，以保證焊接質(zhì)量，確保焊接一次性合格;

　　③ 焊口檢測單位選擇距離施工地點較近地點設(shè)一暗室(評片專用)，進(jìn)行洗片作業(yè)，減少因路程遙遠(yuǎn)而耗費時間，當(dāng)焊口檢測評定合格時立刻電話通知現(xiàn)場，然后進(jìn)行管道回拖;

　　④ 管道回拖時出入土兩端使用對講機有效溝通，當(dāng)回拖到管道最佳焊口組對位置立刻停止回拖，然后進(jìn)行管道組對、焊接;采用兩人對焊，手工下向焊打底，半自動填充蓋面的方式，2人完成根焊，2人填充蓋面焊。根焊采用下向焊、填充蓋面采用手工半自動焊。

　　⑤ 管道組對吊裝提前預(yù)備4臺以上小松360挖掘機，以利于管道的組對，每個挖掘機手配一臺對講機，以便各挖掘機在吊裝組對時協(xié)同操作，提高組對吊裝的效率;

　　⑥ 焊接發(fā)電機及電焊機均準(zhǔn)備兩套，以防設(shè)備出現(xiàn)異常情況延誤時間。

　　6 總結(jié)

　　楊家相定向鉆穿越工程由于在Ø813mm大管徑上采用“四接一”回拖方式，對回拖作業(yè)的過程控制提出了很高的要求。為防止回拖過程中可能出現(xiàn)的鉆孔塌方與抱管，施工工藝作了相應(yīng)的調(diào)整，最大擴孔孔徑擴大至回拖管道管徑的1.56倍，并采取有效措施控制回拖作業(yè)的施工時間，為成功回拖管線打下了堅實的基礎(chǔ)。這是定向鉆穿越領(lǐng)域內(nèi)一個有益的探索與實踐，為今后類似的穿越工程積累了經(jīng)驗。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 馬保松. 非開挖工程學(xué)[M]. 人民交通出版社，2008.11.