第４期 ２０１２年８月 非开挖技术 Ｃｈｉｎａ Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２０１２ 注浆稳管工艺在水平定向钻施工中的应用 马点飞 刘彬 （中国石油天然气管道局穿越分公司，河北廊坊０６５００１） 摘要：本文介绍了一种水平定向钻穿越施工的辅助工艺——注浆稳管，并结合中俄原道黑龙江 穿越工程说明了注浆稳管工艺的实际效果。 关键词：水平定向钻、辅助工艺、注浆稳管 随着水平定向钻施工工艺的不断成熟，采用该 ２注浆稳管的工艺原理 注浆稳管工艺主要分为三个步骤： 工艺穿越的管线的管径愈来愈大，因此在预扩孔阶 段形成的最终孔径也愈来愈大，这不仅增大了定向 钻自身的施工难度，同时也为管道安装成功后管道 的运行和管道轴线上地面附着物的安全带来隐患。 （１）配制满足现场使用要求的水泥砂浆。管线 回拖成功后，环形空间内充满着泥浆，稳管用的砂 浆需要在全泥浆的环境中迅速凝固且能保持一定 的强度，另外每个施工点的水质不同导致定向钻施 １注浆稳管的意义 采用水平定向钻工艺将管线成功回拖以后，在 穿越两端的入、出土段的环形空问内注入水泥砂浆 将管线固定在孔洞内具有以下三点现实意义： （１）定向钻扩孔形成的最终孔径一般是成品管 工时采用的泥浆体系不同，因此稳管用的水泥砂浆 不具有普遍性。为此，在实施注浆稳管之前，施工单 位要在定向钻施工现场结合现场使用的水源、膨润 土以及泥浆体系做大量的砂浆配制试验，确保配制 出的水泥砂浆与孔洞内的泥浆具有兼容性。 线管径的１．２—１．５倍，如果在管线人、出土段不进行 注浆稳管的话，在管线清管以及运行阶段管内清管 器的运作以及输送介质的运动都会使得穿越段管 线产生波动或移位，这种波动或移位在穿越两端表 现的尤为突出。因此，注浆稳管可以更好地固定穿 越段管线，保障管线运行的安全。 （２）穿越两端距离地面较近，较大的环形空间 （２）确定稳管长度、计算底端灌浆的位置与灌 容易引起地面塌陷，对地面的交通、当地居民的生 产生活带来一定的安全隐患。采用注浆稳管措施以 后，有效防止了穿越两端地面的塌陷，最大程度上 减小对周边环境的影响。 （３）在穿越两端形成封堵，避免地下水位过高 在穿越两端形成管涌。 图１底部砂浆柱塞形成示意 作者简介：马点飞（１９８１一），工程师，２００４年毕业于中国石油大学（华东）工业设计专业，现担任中石道局穿越公司广 州一南宁西气东输二线支干线项目经理，从事水平定向钻穿越施工工作。 第４期 马点飞刘彬：注浆稳管工艺在水平定向钻施工中的应用 浆量并实施底端灌浆。稳管长度根据实际钻进曲线 和管径大小计算得出，而稳管长度确定以后，底端 灌浆点的位置也能随之确定，根据所使用砂浆的比 （１）泡沫法。在进行注浆时，每隔５ｍ送人最大 径长不超过０．３ｍ的泡沫。 （２）预埋钢管（筋）法。注浆前插入钢管（筋），长 度与需要灌注砂浆的距离相当。等水泥砂浆有一定 固结强度时，拔出钢管（筋）。 重和灌注段孔壁倾斜角度可计算得出砂浆在泥浆 环境下的流动速度，结合砂浆凝固速度可计算出底 端灌注点位置。 如图１所示，注浆管前端喷浆口所在位置即为 （３）发泡法。配制水泥砂浆时加入０．１％左右的 十二烷基苯磺酸钠。 （４）外加剂法。配制水泥土砂浆时加人体积稳 定剂，例如高钙粉煤灰，推荐加量为水泥加量的 ４Ｏ％。 底部灌注点位置，砂浆从注浆管前端喷嘴喷出后由 于重力作用会顺着孔壁向下滑动，砂浆在滑落至稳 管段底部边界位置的过程中会因其中掺人速凝剂 的作用而迅速凝固并在底部边界位置处停止流动， 砂浆在环空中的稳管段底部边界处愈积愈多并最 通过上述措施的实施，可以有效降低注浆稳管 工艺中水泥砂浆的胀缩性问题，可以确保该方法在 终封闭环空形成一个环形柱塞，为上部环空的封堵 提供底部支撑。 环形柱塞的长度的计算主要依据上部稳管段 的长度，根据上部稳管段长度可计算出环形柱塞所 需承受的压力大小，从而确定环形柱塞的长度和最 稳管和避免地面沉降的同时不会因水泥的胀缩对 成品管线造成损伤。 ４工程应用 注浆稳管工艺曾成功应用于中俄原道黑 龙江穿越工程。黑龙江穿越工程是中俄原道关 键性工程，采用水平定向钻进行穿越，该工程平行 安装两条管径为①８２０ｍｍ、长度为１ １００ｍ的管道 终的固结强度。由于此部分计算均较为简单，本文 不作为重点来阐述。 （３）分段实施灌注砂浆直到灌注长度满足设计 要求。待底部环形柱塞凝固并具有一定强度后，开 始实施上部环空的灌注。上部环空的灌注需分段进 行，段数视稳管段长度而定，分段灌注主要考虑砂 浆的胀缩性问题。 （Ａ管和Ｂ管）。穿越地质主要为中长石砂岩，穿越 两端沿钻进曲线分布长约６０—９０米的卵砾石地层， 为了辅助定向钻施工，穿越两端夯入①１６００ｍｍ钢 套管隔离卵砾石层。 管线回拖成功以后，为了将 ８２０ｒａｍ管线更 ３胀缩性问题解决方法 注浆稳管工艺中的水泥砂浆是在钻井泥浆的 环境下使用，其在这种低温潮湿的条件下容易产生 体积收缩，而钻井用膨润土具有遇水膨胀的特性， 好第固定在 １６００ｍｍ钢套管中，本工程采用了注 浆稳管工艺。Ａ管和Ｂ管穿越两端均采用注浆稳 管，具体工程量如表１。 针对黑龙江穿越施工的实际情况，对于注浆稳 因此向水泥砂浆中加人钻井用膨润土粉，可以抵消 水泥砂浆体积收缩的问题。 除此之外，针对水泥砂浆的胀缩性问题，可以 在现场施工时采用以下措施来弥补： 管所采用的水泥砂浆以及实际操作有如下要求： （１）水泥砂浆可泵性好，泵注期间表观黏度 （ＡＶ） １００ｍ￣・ｓ； （２）水泥砂浆凝固后抗压强度３—８ＭＰａ，抗剪强 表１黑龙江穿越工程注浆稳管工程量 稳管点 Ａ管人土段 Ａ管出土段 位置 俄罗斯境内 中国境内 安装的钢套管长度 ８２．５米 ６６米 注浆长度 ４９米 ４７米 说明 平分四段注浆 平分四段注浆 Ｂ管人土段 Ｂ管出土段 俄罗斯境内 中国境内 ８１．８米 ７８．６米 ４６米 ６Ｏ米 平分四段注浆 平分四段注浆 ２４ 非开挖技术 Ｃｈｉｎａ Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１２年８月 度１—３ＭＰａ； （３）凝胶时间可。原则上要求双液注浆时 凝胶时间为３￣６ ｍｉｎ，但注意要与现场施工工艺相 ／ ■－－‘ Ｉ■■■ｉ／ ，一／一 ／，ｉ ｉ ，／／×／，／ ， ，／ ， ， ／／一，一／匹配，以降低现场作业风险； （４）兼容性好，水泥砂浆的配方材料性能要能 适应套管中已存在的泥浆； （５）施工方便，施工后设备和工具便于清洗； （６）不污染环境，不含国家规定的违禁成份； （７）水泥砂浆注入前，确保 ８２０ｍｍ悬浮 不与套管内壁接触。 苎＝墼壁茎 壁，／ 屡 曼塑 篓壁奎／ （８）水泥砂浆从套管底端以上ｌｍ处开始灌注， 确保水泥砂浆不流人岩石孔洞内； （９）每段注浆之间的时间间隔要确保前段水泥 砂浆的凝固强度满足设计要求。 该工程注浆稳管历时１６天，完工后对出露端 图２注浆稳管示意 次成功应用于黑龙江穿越工程，其操作工艺和稳管 效果受到了业主的好评。 注浆稳管工艺在大口径定向钻穿越施工中对 稳定成品管道、防止地面塌陷、防止穿越两端地下水 水位过高时形成的管涌等都起到了很好的作用，该 进行取样试验，试验数据表明其抗压强度和抗剪强 度能够满足预期要求，完工后的稳管效果如图２所 示。 工艺在以后国内大口径穿越施工中值得推广应用。 参考文献： ［１】李国民，刘宝林，方雪松．松散砂砾石层非开挖水 ５结论 注浆稳管施工过程中只需两台注浆泵和注浆 管，其他设备如储浆管、排污泵均可采用定向钻工 平导向钻进成孔方法的探讨．非开挖技术，２００９． 地现场设备，因此注浆稳管工艺具有所需设备少、 施工周期短、稳管效果好等特点，该工艺在国内首 ［２］李山．水平定向钻进地层适应性的评价方法ｆＪ１． 非开挖技术，２００８（１）：３９—４４． 武汉将投百亿改善城市排水系统 武汉市针对近日频繁发生的城市积水现象，武汉市水务局相关人士表示，武汉有能力有信心治理好积水 问题，告别暴雨后在城市“看海”的现象。武汉市今年暴雨城市积水点已从去年的８８个锐减到２４个，武汉治 理积水工作已见成效。 武汉市“十二五”期间，市排水建设拟投入资金１２４．７亿元，实施生态水网构建、区域性排水系统建设、骨 干排水泵站（立交涵洞泵站）新改扩建及改造、排水干管配套建设、明渠综合整治、大型排水设施疏浚维护与 应急设备添置等六大工程。新增抽排能力２９１．１立方米／秒，新改建骨干管网２２５．３公里，改造社区排水管涵 １００公里，整治箱涵港渠５２．９７公里。六大排水工程建成后，排水系统综合能力将达到现阶段规划设计标准， 基本可以解决严重渍水问题
