浅谈岩溶地区水平定向钻施工技术

摘要：近年来水平定向钻技术进展很快，它具备了适用性广、实施速度快、钻进精度高、经济成本低的特性。在复杂的岩溶地层中定向穿越是普遍的技术难点，湘西地区喀斯特地貌十分发育，鉴于吉首市大庭水库输水平洞定向穿越施工过程中出现的问题，结合实际情况总结出了一些切实可行的预防措施及解决问题的经验。

关键词：水平定向钻；岩溶地层；选线；施工工艺

前言

湘西州境内岩溶地貌十分普遍，岩溶发育程度较高，特殊的地质构造极大的阻碍了水平定向钻施工技术在我州的推广发展。岩溶强发育使得地层构造变得复杂多变，水平定向钻施工时需面临各种难题：岩体溶蚀程度差异过大会造成钻进时方向频繁跑偏，甚至出现卡钻或钻具损伤；溶洞跨度过大则会出现掉钻现象；溶蚀裂隙使得泥浆泄漏，极大阻碍了岩石碎屑的排出。过度避让溶蚀裂隙则会让管道变得曲折，对于扩孔和管道回拖都极其不利等。在岩溶地区进行水平定向钻施工时，路线选择尤为关键，要充分考虑上部地层整体结构稳定性及穿越管线可能造成的影响，更要确保施工作业面范围内地质勘察资料及地下管线设施资料齐全，保证一次性成孔。

1工程概况

大庭水库位于吉首市乾州街道大庭村境内。水库没有明显坝体及泄洪通道，工程计划在库外施工水平定向钻涵洞320m，作为泄洪通道。该管穿北侧公路经消防站引入万溶江，输水管采用DN315PE，拖管完成后对进出口进行C30砼封堵。

2选线勘察

2.1线路初选

定向穿越线路选择以测绘、调查、搜集资料分析为主，采用路线法及追索法，对穿越区域范围内进行了地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、不良地质作用等调查，基本查明工作区的区域环境和工程地质条件。根据调查结果确定两条较优穿越路线，两条线路长度分别为302m和320m，穿越地层为寒武系上统比条组灰岩，为可溶性碳酸盐岩。

2.2物探

对初选的穿越路线进行物探勘察，物探采用高密度电阻率法，高密度电阻率法探测岩溶空洞的原理：虽然溶洞构造情况各异，但总体上分为有充填物和无充填物两种，两种情况所测出的电阻率和溶洞周边岩体比较起来都有明显不同。若溶洞内部只有空气充填，其电阻率会异常增高，溶洞中若填充有水、流-软塑状黏性土等低阻物体，其电阻率则会异常降低。故采用高密度电阻率法探测穿越路线的基岩电阻率，分析电阻率的高低异常规律，对于溶洞的发育位置、充填情况及形态大小的判断就能游刃有余[1]。在较短路线探测中发现多段电阻率异常增高，经分析确定电阻率异常段多为无充填溶洞、溶蚀裂隙等，长度多在0.2m-2m，最大长度达9m，该溶洞跨度大于单根钻杆长度，直接穿越会导致卡钻或钻具掉落，选择绕行则会导致线路过于曲折，严重影响扩孔及管道回拖，风险大，故弃选。在较长路线探测中也有电阻率异常线段，但数量少、规模小，长度在0.2m-0.8m，对定向钻的影响较小，在可控范围内，最终选定较长路线为最佳穿越路线。

3施工工艺技术

水平定向钻施工技术的施工工艺流程包括施工准备、系统安装、调试、磁方位测量、试钻、钻导向孔、孔位回扩、管道焊接、回拖、撤场等。

3.1施工准备

（1）开挖施工是基坑施工的核心环节，需要按照施工方案进行有序操作。基坑开挖时根据入土点高程、入土角度、钻机大小、单根钻杆长度和地质情况，确定基坑开挖深度、宽度及坡度。基坑开挖时先放出定向钻穿越中心线，并用白石灰标记，然后以穿越中心线为中心向两边放出开挖区域[2]。本次施工在水库西北角设置基坑。基坑底部标高236.4m，基坑底部尺寸12米x15米，基坑顶部标高247.5m，基坑顶部尺寸36米x39米，入土点高程240.5m，岩性为灰岩。

（2）施工用电由施工公司自行向行政划分区域电力部门开户申报，备用电源为自带发电机发电；施工用水直接从水库抽取；生活用水、用电依靠租用民房。

3.2系统安装、调试

当定向钻设备进入施工现场后，由专业技术人员进行器械的安装。机械设备安装完成后，对钻机的相关仪器仪表、维护情况进行仔细检查，通过后对系统进行调试。同时，在正式开钻施工前细心检查各种钻具、零配件的质量情况，保证工程施工顺利进行。

3.3磁方位测量

精确测量磁方位角，确保定位复测工作的准确性。磁方位角是定向钻穿越工程极其重要的导向参数，是决定导向孔曲线圆滑的关键所在。所以，在导向孔钻进前，务必做好穿越中心线的磁方位角测量工作，为整个钻进工作的实施提供精准可靠的控向数据。

3.4试钻

当所有准备工作就绪后，对定向钻进设备实行单机运行测试，着重对控向和泥浆两大系统进行检测调试。接着根据需要穿越的地层情况调配好泥浆量，实施喷射，并从入土点精准钻进，钻机试钻进三根钻杆深度，实时监测钻机整体的运转情况，发现异常立即处理。

3.5钻导向孔

地面控向人员通过接收器实时接收钻杆内部安装的发射器所发出的信号，精确定位钻进位置和钻进方向。岩溶地层极易导致钻进方向发生偏斜，需适时修正钻头朝向，确保钻进的准确性。导向孔钻进采用的钻具主要有：直径114mm潜孔钻钻杆、356mm三牙轮镶齿碳化钨潜孔钻钻头；控向设备为比利时REDUCT非开挖市政管道施工三维管道陀螺仪定位系统。根据规划的入土点，钻头必须以事先设置的角度开孔钻进，借助喷射式的泥浆，让钻孔不断深入。在执行特定导向孔钻进过程中，严格控制泥浆的相关技术参数，对于钻进过程的顺利与否起着极其重要的作用[3]。

3.6孔位回扩

完成导向孔工作后，需对其实际曲线进行详尽分析，确保其符合标准规定以及扩孔、回拖操作的需求。然后，应立即移除钻头等工具，并安装扩孔设备以便进行扩孔操作。采用Φ500回扩头回扩，回扩时严格把握回拖速率，根据计划的扩孔参数，平缓有序的进行扩孔，施工人员要时刻关注各系统仪表参数的细微变化，不得憋泵、憋钻、强行回扩，回扩头从入土点露出则扩孔完成[4]。在完成扩孔程序后，开始执行钻孔清理工作。尽量将孔内钻渣清除干净，保证孔底沉淀土层厚度满足要求，确保管道顺利回拖。

3.7管道焊接及回拖

焊接时应参考相关的操作说明和规范，在焊接过程中，需控制温度、时间、压力等参数，以确保焊接质量和连接的牢固性。焊接完成后，仔细检查扩孔器的通道和泥浆喷嘴是否堵塞，保证其通畅，然后将钻具及管道连接并进行回拖。管道在回拖时尽量一次性连续回拖，并避免管道划伤，减小施工风险。

3.8设备撤场

完成所有工作后，工作人员记录好撤场设备名称、数量及退场时间等信息，机械设备有序撤离施工现场。待设备全部撤离后，处理好泥浆，并将施工场地尽量恢复至原貌。

4结语

结合本次实际施工情况，可以看出地下岩溶对水平定向钻工程施工的影响极大，穿越路线的选择极为重要，很大程度上决定了工程的成败与否，选线勘察工作一定要严谨细致。水平定向钻施工技术在面对复杂的岩溶地层时，施工难度较大，施工人员需要根据实际情况采取针对性的解决措施，在确保工程顺利高效完成的同时，推进水平定向钻施工技术在岩溶地区的进一步发展。

5参考文献：

[1]潘旋，王小双，李世波.浅谈水平定向钻穿越岩溶区域时溶洞的探测与处理[J].非开挖技术，2019（6）.

[2]贾西濮.特殊地层水平定向钻穿越施工技术研究[J].工程学研究与实用，2023（7）.

[3]王峰.复杂地层下水平定向钻施工技术[J].工程技术与管理，2019（8）.

[4]刘玉久，马文博，马平.浅谈水平定向钻施工技术[J].工程技术研究，2021（10）.

作者简介：韩丞湘 （1989—11）男 工程师 本科 汉 主要从事：建筑，边坡，道路岩土工程勘察工作。