卵石地层定向钻穿越技术的应用

【摘 要】本文将结合卵石地层的地质特征，以某定向钻穿越施工工程为例，对于卵石地层定向钻穿越施工技术及其在该工程施工中的具体应用进行分析论述，以促进卵石地层定向钻穿越技术在工程施工中的推广应用。

【关键词】卵石地层；定向钻穿越；施工；水平；困难；优化改进；应用；分析

定向钻穿越施工是工程施工中比较常见的一种施工技术和方式。由于卵石地层穿越施工中，需要穿越的卵石粒径以及厚度比较大，因此，卵石地层一直是定向钻穿越施工的技术难点与应用，在实际施工建设中的应用实现相对比较少，成为定向钻穿越施工中研究和关注的重点。尤其是在应用常规定向钻穿越技术进行施工过程中，由于卵石地层中泥浆不能够对于施工进行支持，导致其施工应用困难性更为突出。针对这种情况，下文将以某定向钻穿越施工工程为例，对于卵石地层定向钻穿越施工应用进行分析。

1 工程概况

1.1 定向钻穿越施工工程概况分析

某定向钻穿越施工工程位于我国北部地区，施工地区属于典型的冲洪积倾斜平原，并且整个定向钻穿越施工地段的东端呈现较高且陡的地势特征，而西端地势则相对比较平缓，整个穿越施工地段的地面高差变化比较小，穿越施工长度达到500多米。

1.2 定向钻穿越施工的地质特征分析

在对于该定向钻穿越施工工程的地质情况进行勘测分析后显示，该工程的定向钻穿越施工段以卵石和砂层岩性地质为主，整个定向钻穿越施工段的地质岩层按照地质时代以及岩性特征、力学分布等的不同，可以分为卵石层、粉细砂层、砾砂层以及粉质粘土层四个结构地层。其中，卵石层主要以卵石分布为主，呈现不连续性特征，并且相对比较密实，卵石层的层底埋深约为2.4到13.6米，卵石层厚度约为5米，定向钻穿越施工中的野外标准贯入实验锤击数达到35至49击；其次，定向钻穿越施工段的粉细砂层的湿度相对比较大，并且呈现中等密度分布，向下部逐渐变粗，以连续分布为主，整个粉细砂层的层顶埋深约为7.6至13.6米，厚度约为3米，定向钻穿越施工中野外标准贯入实验的锤击数量达到15至25击；再次，该施工地段的砾砂层以砾砂分布为主，呈现连续分布状态，并且中间夹杂有卵石和中细砂等，湿度相对比较大，分布密集，整个砾砂层的层底埋深达到22至25米，厚度约为8米，贯入锤击数量达到22至23击；最后，粉质粘土层的湿度也相对比较大，并且具有较强的可塑性，呈现连续性的分布，整个土层的层顶埋深达到22至25米，厚度约为2米，贯入实验中锤击数达到24至27击。

2 定向钻穿越施工技术要点与穿越施工设计分析

2.1 定向钻穿越施工的技术要点分析

结合上述对于某定向钻穿越施工工程及其地质特征的分析，在进行该工程施工中需要穿越施工的长度约为500米，入土点深度约为25米，穿越入土以及出土角度分别为12度，此外，穿越的出入土曲率半径分别为425米和485米，穿越经过细砂以及粗砂、砾砂三个结构地层。

根据这一定向钻穿越施工要求，在实际穿越施工中，结合现有的地质条件以及结构特征，整个穿越施工需要在入土侧通过卵石层以完成穿越。结合现有的卵石层定向钻穿越施工情况，比较常用的卵石地层定向钻穿越施工方法主要有大开挖以及夯管锤夯入两种方式，但是，这两种定向钻穿越施工技术在实际施工应用中都具有较大的局限性，再加上该工程穿越施工的卵石地层位于河道附近，不能够使用大开挖进行穿越施工，因此，为了满足上述工程的定向钻穿越施工条件，在该工程施工中定向钻的穿越施工主要采用了顶管机与定向钻机联合应用的方式，通过边顶管边进行管内岩土取出，以进行该工程定向钻穿越施工。

2.2 定向钻穿越施工路线的设计

结合该定向钻穿越施工的主要技术方法，在进行穿越施工中，由于穿越施工需要经过卵石地层，专门通过安装套管的方式对于穿越的卵石地层结构进行支护实现，并且在卵石地层的穿越施工中尽量不进行穿越曲线倾角以及方位角的调整，以直线穿越方式对于套管顶进穿越施工进行简化，以减少施工难度。因此，在进行上述工程的定向钻穿越施工中，穿越入土角设置为12度，入土点深度约为25米，以圆砾层中部作为穿越施工的入土点，整个穿越施工的水平长度约达到520米，顶进管长度约为525米。最后，在穿越施工的入土段进行直线安装长度约为60米的套管，套管安装深度约为13米，其中卵石地层中的套管长度在40米以上。

3 定向钻穿越施工的具体方案分析

结合上述对于定向钻穿越施工条件以及技术要点、穿越路线的设计分析，在实际穿越施工中，按照定向钻穿越施工的具体情况，主要分为定向钻穿越施工入土段卵石层的施工处理以及导向钻进施工、管道穿越预扩孔施工、管道回拖施工四个施工过程和环节，并且每个施工环节的具体施工方式之间也存在着一定的差别。

3.1 定向钻穿越施工入土段卵石地层的处理

在进行定向钻穿越入土段卵石地层的处理施工中，结合上述定向钻穿越施工的技术要点，主要是进行定向钻套管钻机的制作以及安装调试应用，以做好定向钻穿越施工的基础准备工作。由于在进行上述工程的定向钻穿越施工中，穿越施工的地质条件比较复杂，并且卵石地层的穿越施工一直定向钻穿越施工中的技术难点，因此，为了避免卵石层穿越施工中出现塌孔等问题情况，需要采用顶进套管的方式完成卵石地层的定向钻穿越施工，以保证整个工程的后期定向钻穿越施工中钻导向孔以及扩孔、回拖等施工的顺利开展。

结合上述穿越施工路线的设计，套管钻进施工中套管顶进长度需要达到60多米，并且采用套管钻机完成套管的穿越顶进。因此，套管钻机是整个卵石层套管顶进穿越施工的重点，所以，在进行套管钻机制作以及安装调试应用中，需要按照定向钻穿越施工的入土点位置，就能进行套管钻机的钢管桩基础以及靠背墙等钻进设施的制作安装实现，以保证套管钻机在钻进工作中具有最大的顶推力以及钻进基础稳定。其次，在相应位置安装好套管钻机后，注意进行套管钻机工作角度的调整，并在调整合适后，在穿越入土段将套管钻进顶入卵石地层，然后使用钻机与顶管机进行联合的钻进穿越施工。需要注意在钻进穿越施工中，首先使用顶管机将第一节套管按照设计好的角度钻进顶入地层中，并在顶进一段行程距离后，缩回油缸在顶管机进行管节安装继续进行顶进穿越施工，通过依次的顶进穿越，完成整个工程的定向钻穿越施工。最后，需要注意在套管顶进施工中，顶进套管之间采用焊接方式进行连接实现，在套管顶进钻入的同时，使用钻机对于套管内部的粘土以及卵石等进行取出，以完成整个工程的定向钻穿越施工。如下图1所示，为卵石地层套管钻进施工中钻机与顶管机的工作示意图。