给水污水管道穿越南水北调中线干线工程施工组织设计

XXX给水、污水管道

穿越南水北调中线干线XXX段工程

施工方案

编制单位：

编制日期：

目录

第一章编制依据............................................................1

第二章工程项目概况.......................................................3

第三章工程施工方案.......................................................5

第四章施工准备工作......................................................22

第五章质量保证措施和创优计划...........................................23

第六章施工总进度计划及保证措施.........................................25

第七章施工安全措施计划..................................................29

第八章文明施工措施计划..................................................33

第九章施工环保措施计划..................................................34

第十章施工现场总平面布置................................................36

第十一章施工总体部署....................................................36

第十二章应急预案........................................................40

第一章编制依据

1、设计文件、地勘资料

1）、XXX给水、污水管道穿越南水北调中线干线XXX段工程专题设计报告

2）、xxx给水、污水管道穿越南水北调中线干线xxx段工程相关地勘资料。

2、施工、验收标准

1）《给排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008

2）《橡胶密封件给、排水管及污水管道用接口密封圈材料规范》HG/T3091

3）《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》GB/T23257-2009

4）《定向钻穿越管道外涂层技术规范》Q/SY1477-2012

5）《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》CECS382-2014

6）《钢制管道焊接及验收规范》SY/T4103-2006

3、安全、环境标准规范

1）《安全生产法》

2）《建设工程安全生产管理条例》

3）《劳动法》

4）《消防法》

5）《职业病防治法》

6）《环境保护法》

7）《道路交通安全法》

8）《安全生产许可证条例》

9）《特种设备安全监察条例》

10）《危险化学品安全管理条例》

11）《生产安全事故报告和调查处理条例》（国务院493号令）

12）《生产经营单位安全培训规定》（国监局3号令）

13）《特种作业人员安全技术考核管理规则》（GB5306-85）

14）《施工现场安全防护用具及机械设备使用监督管理规定》（建19981164号）

15）《建设项目（工程）劳动安全卫生监察规定》劳动部1996年第3号令

16）《环境空气质量标准》（GB30957996）

17）《地表水环境质量标准》（GHZB1-1999）

18）《地下水质量标准》（GB3838-2002）

19）城市区域环境噪声标准势（GB3096-93）

20）《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-90）

21）《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）

22）《水土保持综合治理》（GB/T16453-1996）

23）《重大危险源辨识》（GB18218—2000）

24）《建设工程施工现场供用电安仝规范》（GB50194-1993）

25）《用电安全导则》（GB/T13869-92）

26）《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）

27）《职业健康安全管理体系指南》（GB/T28002-2D02）

28）《职业健康安全管理体系规范》GB/T28001-2001

29）《环境管理体系规范及使用指南》（GB/T24001-004）

30）管道沿线各市、县地方政府有关健康卫生、安全、环境法律法规、当地方标准高

于国家标准时，应执行地方标准。

4其它

1）现场踏勘，以及对当地自然环境、水文气候条件、社会依托等的了解。

2）我公司质量、环境、职业安全健康管理体系文件、管理制度、施工项目管理的有

关规定。

3）我公司对本工程施工现场的调查及我公司同类工程的施工经验。

第二章工程项目概况

1、工程概况

XXX项目远离主城区，现状没有市政配套管网，因此小区的给排水管道只能穿越南水

北调中线总干渠与东侧市攻管线接通才能保证项目的正常运营。

根据设计文件显示，穿越位置位于百泉大道南侧27m,两道穿越管中心距为20m,管

道中心距总干渠渠底12.Sim.

xxx给水管道穿越点位于总干渠桩号103+604.202（定向钻入土点坐标X=4100100.060,

Y=537530.350,出土点坐标X=4100104.520,Y=537987.2100）,与总干渠中心线交角为

89.68°,泄洪渠交角为73.64°。入土点距离西侧南水北调一级水源保护区范围线109.83m,

出土点距离东侧南水北调•级水源保护区范围线58.34m：出土点分别位于于防护拦网外

110.27m,90.29m.

给水管采用Dn700,6=16螺旋焊接钢管作为外套管，内穿De500X36.8给水PE管，

PE管工作压力1.25Mpao

螺旋焊接钢管入土角为9.5°,出土角为7.5°,管道曲率半径R=1200m>1500D,入

土点之后地下18.5m为直线段。

xxx污水管道穿越点位于总干渠桩号103+624.277（定向钻入土点坐标X=4100120.220,

Y=537546.750；出土点坐标X=4100124.500,Y=537985.010）,与总干渠中心线交角为89.68°,

泄洪渠交角为81.29。。入土点距离西侧南水北调一级水源保护区范围线100.60m,出土点

距离东侧南水北调一级水源保护区范围线19.04m：出入土点分别位于防护拦网外135.61m,

50.54mo

污水管采用Dn480,6=14螺旋焊接钢管作为外套管，内穿De280X206给水PE管，

PE管工作压力1.25Mpao

螺旋焊接钢管入土角为10°，出土角为7°,管道曲率半径R=1000m>1500D,入土点

之后地下18.5m为直线段，

根据水平定性钻法管道穿越工程技术规定，对地面始钻时，入土角出土角应分别在

4°〜18°之间，本设计穿越线定向钻入土角a1分别为9.5°、10°,出土角a2为7.5°、

7°o

2、穿越位置

新建管道选择穿越南水北调总干渠平面位置见下图

图1管道穿越穿越南水北调中线总干渠位置示意图

3、地质条件

根据《XXX给水、污水管道穿越南水北调中线干线xxx段工程专题设计报告》，现将场

地地质概况描述如下：

七里河段总干渠位于太行山东麓山前冲洪积扇倾斜平原的上缘地带。建筑物区在勘探

深度20.0m深度范围内地层以第四系冲积层为主，根据其岩性及物理力学性质，自上而下主

要分为4层，分述如下：

杂填土(Q42+ml)杂色；以砂为主，含砾石、卵石以及建筑垃圾。层厚约1.0〜6.5m。

粗砂(Q42+al+pl)灰白色；湿，中密一密实，级配等级一股，以石英、长石为主，含

砾石、卵石.局部不均匀.夹粉十薄层八层厚约0.3〜2.0m,标准贯入试验锤击数平均值20.7

击。

粉土(Q41+al+pl)褐黄色；稍湿，中密一密实，无光泽反映，摇震反应迅速，干强度

及韧性等级低，土质均力、含云母。层厚约2.0~7.0m,标准贯入试验锤击数平均值12.7

击。

粉质粘土(Q41+al+pl)：黄褐色；可塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性等级

中等，土质均匀，含少量姜石。标准贯入试验锤击数平均值12.1击。该层未揭穿，最大揭

穿厚度为10.5m(附图3T地质柱状图)。

表3-1地基土承载力特征值

承载力特征值(fak)压缩模量Esl-2

地层编号岩土名称

(KPa)(MPa)

①杂填土80—

②粗砂15012

③粉土1207.5

④粉质粘土1106.2

4、工程地质评价

拟建场地及周围未发现影响工程稳定的不良地质作用，场地稳定，适宜管线建设。

5、主要工程量

序号主要项目单位工程量

―*污水管道

1DN480定向钻n439.49

2螺旋焊接钢管n415.32

二给水管道

1DN700定向钻n458.98

2螺旋焊接钢管n420.67

6、主要设备和特殊材料需用情况

1）钻机选择

定向钻钻机能力应满足穿越管段回拖时的最大回推力要求，回扭力计算公式如下。

+11DLK

其中:

F一计算回拖力

L一穿越长度459m

D一管道外径（包括防腐层厚度，防腐层厚度取3.2mm）,0.508m

Ds—钢管外径，0.508m

Ds—钢管内径0.4874m

8—钢管壁厚，0.0103m

Ys一钢管容重，7.85X104N/m3

Y1—泥浆重度，取12KN/m3

f—摩擦系数，一般在（）.1〜0,3之间，取0.2

k—粘着系数，一般在0.1〜（）.3之间，取0.2.

经计算回拖力卜'=452.38KX。

根据国内、外的经验，一般最大回拖力为计算回拖力的1.5倍，本工程管道直径较大，

穿越距离较长，因此取2倍的安全系数。最大回推力取值为不小于904.76KN的钻机即可进

行本次穿越。

拟投入GD-1600型定向钻机进行本次施工、GD-1600型定向钻机最大回拖力16G0KN,

完全满足本次施工需要。

2）穿越用特殊材料

焊材、配制泥浆用膨润十和各种泥浆添加剂，控向用信号线和地面信标线、信号线接

头用热收缩套等管线回拖用何拖头，选用16mm厚壁管封头及厚壁钢板、经加工后焊接制作，

保证其强度。

本工程需投入的主要设备见（附表一、二）。

第三章工程施工方案

1、方案概述

根据定向钻穿越施工工艺流程，设计文件、施工技术相关规范、标准制定本项穿越施

工技术

本项穿越施工方案分为四个单体施工方案

•土建施工技术方案

•管线施工技术方案

•穿越施工技术方案

三个技术方案包括六个单体施工技术方案

■线路交接桩、测量放线施工措施

■进场道路修筑、作业带清理扫线措施

■作业场地平整、泥浆池开挖技术措施

■发送道施工技术措施

■冬季施工技术措施

■雨季施工技术措施

2、河流穿越施工整体工艺流程

3.3.2作业带清理平整

1）入土侧作业带清理平整

入土侧需清理平整钻机作业场地70X60m（长X宽）％

作业带清理采用推土机将表层土推到作业场地的四周，然后用推土机来回碾压三遍以

增加场地的承载力，然后在规划好的钻机场地内需要放置设备的地方和场内通道上铺垫一层

枕木到或钢管排，以保证设备的进场运行和钻机等的就位安装。

场地平整完后再在作业场地四周（除进场道路外）采用围栏进行围护处理围栏用①30

左右的镀锌管和彩条布制作。每根镀锌管长度为3m,彩条布宽度为2.0m。镀锌管沿着作业

场地四周每隔3m布置一根，彩条布采用绑扎铁丝绑扎在镀锌管上。

2）出土倒作业带清理平整

出土侧需要操作场地为30X60m.

管线焊接设备通道兴用挖掘机进行来回行走碾压三遍，以提高作业带地基土的承载力,

保证焊接设各和运管设各的通行。在地下水较浅且地基较软的地段用钢板进行铺垫。

3.1地貌恢狂

3.4.1在工程验收前，应对照工程开工扫线前记录的地形地貌，将作业带内设备、车

辆行走的公共通道、水渠中的所有施工材料和杂物清理干净。

3.4.2将施工过程中产生的焊条头、砂轮片、补口补切片边角料、油漆桶等所有废弃

物收集起来并从作业带上清理走，不得将其掩埋在管沟内。

3.4.3对施工中损坏的围栏进行修复。

3.4.4对施工中开挖的道路路面进行恢复。

3.4.b及时拆除施工中搭建的各种临时设施。

3.4.6对于清出的淤泥应运送到当地政府指定的地点集中堆放处理。

3.4.7应及时将施工占用的耕土复耕。

3.4.8地貌恢复工作过程中应用照相机、录像机等拍摄地貌恢复后的情况。

3.4.9地貌恢复工作应与当地地方政府结合共同完成。

4、管道施工方案

工艺流程：防腐管的交接一管道运输一布管一管口清理一坡口加工一组装焊接一焊缝

质量检查与返修一防腐管补口、补伤一管道吹扫试压一管道下沟一管道连接一发送沟注水一

管道回拖一连接段施工一通球测径一管口封堵

5、管道穿越施工方案

本次主管道定向钻施工大体可分为3个阶段：钻导向孔；扩孔、洗孔、测孔，修孔:

管道回拖。

工艺流程见下图

5.1钻导向孔

钻导向孔时，由丁大钻杆刚度大，适合长距离穿越，但是他的钻进阻力和旋转扭矩也

较大，小钻杆虽然刚度小，钻进距离短，但在满足刚度要求的前提下钻进阻力小，旋转扭矩

也小，所以采用钢性较强的钻杆钻进。

综合以上分析本工程选用宝钢生产S135级5支钻杆作为本工程施工用钻具。

钻具的连接方式如k

入土侧：GDI600钻机一钻杆一泥浆分流器一无磁钻铤一无磁短节一泥浆马达一牙轮钻

头

导向孔钻进示意为

5.1.2泥浆马达选用5LZ172型螺旋钻具,性能参数见下表

马达流最范马达压降额定扭最大扭矩

钻具型号钻压(KN)功率(KW)

围(L/min)(MPa)矩(N*m)(N*m)

5LZ172C94〜18944.052007345100126

开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各

项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成

孔情况，达到出土准确，成孔良好。

5.1.3导向孔穿越精度保证措施

使用DX-I型导向系统和GPS钻头跟踪测量仪(磁靶定位结合GPS自动测量)来进行精

确控向。

根据设计和地勤依据本工程管道坐标轨迹

本工程穿越南水北调干渠管道坐标轨迹如下

给水管道定向钻：

入土点坐标（X=4100100.060,Y=537530.350）；

出土点坐标（X=410（）104.520,Y=537987.210）；

污水管道定向钻:

入土点坐标（X=4100120.220,Y=537546.750）；

出土点坐标（X=4100124.500,Y=537985.010））

5.1.4导向系统主要原理

DX-1型导向系统探测器安装有三轴微磁强计和三种重力加速度计，地面计算机通过这

些传感器的数据计算出钻头的方位角和倾角，然后根据每一根钻杆的数据累计计算出钻进长

度、钻头深度以及左右和上下的偏差。

导向系统是依靠地磁场进行导向的，由于地磁场容易受到地面磁性物质(如河流上通

过的船舶、高压线等)的干扰，导致控向出现偏差，针末这一问题的解决方法是采用在地面

布设一个强磁场线圈或使用磁靶对钻头进行辅助定位，确保导向精度。

GPS钻头跟踪测量仪最大测量深度6(),可置于水中，深度测量精度0.5m,GPS定位精

度V2m。

GPS钻头跟踪测量仪工作原理:

仪发射磁信号，钻头探测器接收到信号后，由计算机计算出钻头相对穿3测量仪工置。

控向系统的原理是，在无磁钻挺内探头中的加速度计和磁力计，对影响它的磁场的磁

通量、磁场强度进行采集、分析，从而计算出探头的位置。一般的控向系统操作，是把地球

磁场作为采集、分析的对象.由于地球磁场的微弱性、不稳定性和易干扰性，导致了加速度

计、磁力计采集的数据有一定的波动和误差。因此，增加磁场强度和磁通量，可以明显地改

善加速度计、磁力计采集数据的准确性，从而提高控向H勺精度。

据此原理，卖公司将在本工程定向钻穿越施工中，全面采用地面信标系统

(Tru-Truckersystem),即人工磁场，来改善和提高影响加速度计、磁力计的磁场强度和磁

通最，从而使采集到的数据更准确。

5.2安装导向孔套管

5.2.1主要施工设冬、机具

序号名称规格数量

1半自动焊机PE21-4002

2外对口器DK-2731

3套管钻头3001

4自锁式套管卡头1套

5焊接施工平台1组

6外对口器DK-14001

7顶管机DG-8001套

钻管套头示意图

套管臼锁卡头示意图

5.2.2主要施工工艺

本项工程的导向孔套管的施工采用套钻套管的方案，首先钻导向孔至水平段，然后更

换钻具，安装套管钻头，套进导向孔的钻杆，沿钻杆方向套钻套管，当一根套管钻到位置后，

套管自锁卡头随钻机退回，再装卡套管到焊接平台上，由外对口器固定后开始焊接，两台半

自动焊机同时工作，焊接时间约25〜35分钟，焊接结束后，重复上次工序，继续套钻钻进，

直到套钻到设计长度，然后卸下套管卡头，恢复导向孔的正常钻进工序。

5.2.3顶进DK-1219套管

钻机顶管机联合施工示意图

主顶油缸的活塞杆完全缩回缸筒，推力箱处于起始位置，将套管放置在滑轨中间的马

鞍架上，螺旋钻杆和钻头预先放置在套管中，操纵液压阀驱动主顶油缸，推力箱缓缓推动套

管向下运动，插入土中，钻头和螺旋钻杆正转切削岩土并将它们从套管中排出，套管随之顶

进，活塞杆完全伸出后，操纵液压阀使其缩回，在推力箱和套管之间安装顶管过度节，第一

过度节长度略小于主顶油缸的一个行程，然后顶管机推动第一过度节，通过第一过度节推动

套管向下运动，然后依次安装第二过度节、第三过度节、第四过度节，过度节长度依次为主

顶油缸行程的1〜4倍—100mm的长度。通过安装过度节顶进，使推力箱与第一套管II之间

的距离能够容纳第一根套管后，开始安装第一根套管、第二根套管与第一根套管焊接，顶入

过程与第一根相同。

安装第一节套管非常重要，它的精度直接影响到后续套管的顶入精度，亡的入土角经

测量无误后准备顶入第二根套管。

5.2.4夯管锤设备及技术参数

直径600mm—670mm

长度3645mm

重量4800Kg

耗气量50立方米

冲击次数180次/分

适用管径380mm—4000mm

2000吨/次

方击力

如果最大压力达到8bar时瞬间可产生2500吨/次的夯击力

5.3扩孔

钻具连接：

GDT600钻机一吊”钻杆一加重钻杆一扩孔器一5s钻杆

根据穿越工程的实际情况，在穿越距离超长的特定条件下，减小扩孔器的级差，增多

扩孔次数，加快预扩孔速度：

扩孔级数扩孔直径级差扩孔器形式

1400100岩石扩孔器

2500100岩石扩孔器

3600100岩石扩孔器

4700100岩石扩孔器

5800100岩石扩孔器

根据为,孔情况，每一次力,孔后部进行一次洗孔，如果在•力,孔过程中发现有抱钻杆情况,

适当增加洗孔次数。

5.4测孔、修孔

扩孔完成后或在扩孔、洗孔过程中，在钻杆之间安装测孔器，可随时在孔洞进行测量。

若孔的参数有不满足规范及回拖管线的角度要求，针对有问题的部位进行修孔，做到有的放

矢。

无磁钻铤

测孔器钻杆数据处理、存储组邨介段对孔

进行测量，探测如七I

的参数叫倾角序与TF克机进行mrr板机分析测

孔数据

由于地层软硬不均，扩孔过程中，扩孔器在软地层量大，华硬地层下切量小,容

易现台阶，当孔径扩至600mm后，进行测孔作业，如果测藕"］现象，采取修孔措施，

保证回拖前孔的平滑。

修孔器示意图如下

修孔时，由一端的钻机驱动修孔切削头，另一端的钻机驱动管道扶正段，管道扶正段

内安装有探测器，根据孔内的实际情况有针对性的进行修孔，并将修正后的孔型的参数传至

地面计算机,如果一次修正不能达到要求，可将切削头退至修正的起始位置,再次进行修孔，

直到达到要求为止。

5.5管道回拖

5.5.1管道回拖

一切准备就绪后，开始正式回拖，回拖时应尽显减少管线在孔内完全静止的时间。

回拖时钻具连接方式：

GD-1600型钻机一卷”钻杆一加重钻杆一中700回拖扩孔器一旋转接头一U形环一工作

管线。

5.5.2回拖管的支撑和发送

管线回拖前，根据管线挠度和转角计算公式并结合具体施工经验确定入洞前管线支撑

的高度和位置，使管头的位置和角度与出土点和出土角度一致。将推管机安装在管道入洞前

的支撑点上，助力回拖。其余管线放入发送沟内发送，管道出发送沟后以慢坡小角度爬上土

堆，土堆高度随地形变化而适当调整，另由于该土堆将近全部的管道均要通过，故此招在土

堆上铺垫土装以增加承载力。土堆上部铺4-5层土工布，保证管道防腐层不被破坏。

1）在回拖作业时，增加泥浆润滑剂，使高润滑泥浆像薄膜一样附着于防腐层表面，

减少了拖阻力。

2)回拖前后，准备好补口、补伤扫和器具及电火花检漏仪，安排专人巡视管线。

5.5.3确保管线回拖顺利的措施

(1)确保导向孔平滑、顺畅、满足设计曲率半径的要求，并避免出现S弯。

(2)最后一次清孔前对钻机等主要设备进行一次全面检查和维护保养，托管前再进行

系统检查，确保【可拖过程中设备不出现问题。

(3)管线回拖采用发送沟的方式进行。发送沟采用挖掘机作业加入工修整，其尺寸为

上口宽1.5m、下口宽1.2m、深1.2m在挖发送沟时，发送沟轴线必须与穿越轴线在同一条直

线上，并计算好管线进入孔洞的这一段发送沟的坡度，确保发送沟与穿越孔洞的圆滑平缓。

(4)及早做好拖管的各项准备工作，在各项工作准备好后，再进行最后一次扩孔清孔，

尽量压缩扩孔完成后和回拖前的停工时间，减少风险、若停工时间超过24小时、需要再进

行一次清孔后再回拖。

(5)调整好管道的入孔角度，与出土角保持一致，避免因管线弯曲造成应力过大而使

回拖困难，根据施工实际恃况，可将洞II沿轴线方向前挖20米左右，以达到降低支撑高度、

管道入洞容易的目的。

(6)通过调整泥浆性能，提高泥浆悬浮、携带、涧滑、固孔、堵漏等功效。适当增加

聚合物含显，提高泥浆的悬浮和固孔能力加入泥浆流变剂，使泥浆在较高的粘度下保持良好

的次动性，提高携带能力，降低粘滞力；加入润滑剂减小摩阻，对上部砂层起到良好的封闭

作用。

(7)在回拖时进行连续作业，避免因停工造成卡钻。回拖前仔细查检查旋转接头、

连接头、扩孔器的连接，确定连接牢固方可回拖，回拖时两岸要加强联系，协调配台招管线

敷设到预定位置。

5.6管线回拖防腐层保护措施

5.6.1由防腐作业人员配合管线回拖作业，在管道回拖前对管道防腐层做全面的电火

花检查，对破损进行及时补伤。在回拖过程中，随时检查管道防腐层与防腐套是否有破损。

一旦发现防腐层遭到破坏、立.即对破损处进行处理，并找处防腐层破损的原因，及时排除危

害。

5.6.2本工程采用管道发送沟回拖。开挖发送沟时要控制发送沟中心线与管道穿越轴

线相重合，发送沟沟底断面曲线与管道自由弹性曲线半径一致。发送沟开挖完成后，要仔细

检查发送沟内是否有塌方，沟底是否平整，发送沟内不得有石块、树根和其他坚硬物。

5.6.3在管道回拖之前，再次采用扩孔器对孔道进行回拖清理，目的是将孔内孔底沉

积物清出孔内，同时对扩好的孔壁再次进行护壁加固润滑处理，保证管道的顺利回拖。

5.6.4使用多台吊管机将管道放入发送沟，管线下沟时，注意不要让施工设备刮碰到

防腐层，并设专人指挥。下沟时吊点距离要符合设计要求，管道下沟采用大吨位尼龙吊带，

防止与管道发生硬接触，损伤防腐层。

5.6.5管道下沟后，向管沟内注入清水，使管线浮起，检查测量发送沟内水的深度，

以确保管道底部与沟底接触摩擦而划伤防腐层。

5.6.6大口径管道的刚性较大，开挖的入孔槽深度和长度要满足管道入洞时的曲直半

径要求，入孔槽深度不小于4m,以保证管线顺利进入扩好的空洞中，并能防止划伤防腐层。

5.6.7在出土点一-侧，管道入孔前与地表面接触部分，表层土内不能夹有石块、硬物

等，避免管道入孔时划伤防腐层。

回拖过程中，使用的泥浆必须符合规定的要求，并与穿越段地质条件相匹配，保证孔

内的光滑性使用的泥浆量必须保证充满整个孔洞，尽量在回拖时使管道在孔洞内处于漂浮状

态，减少管道在孔洞内与孔洞壁间的磨擦，防止在孔洞内管道防腐层被损伤。

5.7回拖时防抱管措施

在回拖过程中出现阻力大的时候，采取以下措施

1）采用推管机在回拖管洞口的30米处助力向前推，最大推力300t；

2）使用钻机拉滑轮组进行拔管，滑轮组最大拉力5001；

3）使用钻机结合夯管锤进行拔管，夯管锤最大敲击力100（）to

5.8定向钻穿越泥浆方案及泥浆处理措施

S.8.1泥浆系统

泥浆系统由泥浆搅拌罐、泥浆泵、泥浆反循环渣浆泵、泥浆沉砂池、泥浆回收处理系

统几部分组成。泥浆工作循环示意图如下

各部分详细参数描述如F

5.8.2泥浆搅拌罐

泥浆搅拌罐由罐体、搅拌电机、减速机、搅拌器和管道泵组成。

技术参数

罐体容积20m3

搅拌电机功率2X4.5KW

管道泵功率5.5KW

数量：入土点场地配置1台

5.8,3泥浆泵

选用型号的泥浆泵MP2500型1台，最大泥浆排量2500L/min。

MP-1500型泥浆泵由拖撬、柴油机、变速箱、卧式三缸单作用柱塞泵、控制、海滑系

统及高低压管线等主要部件构成。

技术参数发动机功密：198KW,最高泥浆压力5MP<u

柴油机转速（转/分））1500

传动箱档位I档II档III档

传动比23.6112.938

柱塞行程（mm）200

柱塞直径（mm）160

活塞冲次（次/分）63.5116187.5

泥浆流量（方/分）0.8L42.3

5.9泥浆配制方案

5.9.1泥浆工艺设计

泥浆配置的水取自一口自己打的水井。

泥浆室内试验主要为解决穿越过程中，井水配浆，钻屑携带，钻屑悬浮，保护孔壁，

防止漏、塌、卡、润滑等问题。选择最佳泥浆体系，确保穿越工程安全顺利进行，选择最佳

处理方案的试验方法：

1）选择配浆土的合适容量及有效水化时间

2）选择增粘剂，防塌固壁剂的使用限量

3）选择润滑剂的使用效果及限量

本次穿越工程地质主要为夹粉质黏土层、粉砂、黏土

针对砂层，其主要特点是结构松散、泥浆漏失大、不可压缩；不稳定、易塌方，不成

型。此时泥浆配制主要是通过增加泥浆粘度，封堵孔壁，减小水和泥浆的漏失，孔壁可以得

到保护，成孔得到保障，另外，以高分子聚合物作骨架，低分子聚合物作交联，形成网架结

构，以获得高质量的泥饼而稳定砂土层结构；液体无机王电胶的重要流变性特点是具有固/

液双重性，即体系静止时：呈固体性能，外力作用下有弹性；但一经受到剪切扰动，体系即

可在瞬间转化为流体，因而表现出其流变参数特点为：低剪切粘度高，高剪切粘度低，动切

力大，三转、六转值大而相接近，初终切相接近，剪切稀释指数I川值高，动型L匕值大而水

眼粘度低等流变参数特征，显然，这样的流变学性质对泥水体系来讲是十分可贵的。这种流

变性一是不会大幅降低水马力，二是可以充分携带泥砂，即使泥浆处于静止状态，泥砂也能

悬浮于泥浆之中。

针对夹粉质黏土层和粘土层，泥浆配方主要考虑通过束缚和阻止粘土吸水后的过分膨

胀、遏制膨胀系数高的粘土肆意侵占孔道的体积，抱死钻具，防止缩径对回拖管道产生很大

的握紧力

5.9.2导向孔阶段泥浆方案

在导向孔阶段，泥浆的主要作用是护壁、排屑、防止钻屑床的产生。

另外，为了提高泥浆马达的效率，泥浆的配置方案还需考虑泥浆在钻头喷嘴处的粘度，

提高钻进效率。

在钻导向孔阶段，泥浆粘度控制在40〜50s,现场通过马氏漏斗粘度计进行检测。

在泥浆中加入高分子聚合物，水解后可桥连更多的膨润土小板分子，形成良好的泥浆

骨架体系，

迅速提升泥浆粘度。使膨润土泥浆的胶体结构更为稳定。同时，在高分子长链的作用

下，泥浆的润滑性能也得到提升，可有效降低在沙层钻进过程中的扭矩。

泥浆配制：泥浆粘度要求40〜50s

配方：水+5-7%膨润土+适量润滑剂

这一过程中泥浆用量主要是依据泥浆马达使用需求，使马达产生足够的动力，单端泥

浆流量预计在1000L/min,压力约0.5~0.8MPa°

5.9.3扩孔阶段泥浆方案

扩孔时，泥浆的主要作用是护壁和排屑，合理控制泵的排量，根据地层土的参数在泥

浆中加入防塌剂。提高泥浆的防塌性能。

在砂层中钻进、扩孔，成孔的难度大。这类地层称为机械松散性地层。由于颗粒间缺

乏胶结，钻进时孔壁很容易坍塌。

解决思路：增加井壁颗粒闻的胶结力，粘性较大的泥浆适当渗入井壁地层中，可以明

显增强砂砾之间的胶结力，以此使井壁的稳定性增强。

提高泥浆粘度，主要通过使用高分散性泥浆（细分数性）、增加泥浆中的粘土含量，加

入有机或无机增粘剂等措施来实现。在这种地层中钻进所采用系分散性泥浆配方，

要求泥浆粘度浓度较高，能乳化沙，悬浮砂，泥浆能使沙流动，携带沙出孔口。泥浆

在孔壁形成一层薄泥皮，砧附在孔壁上，防止泥浆漏失，泥浆填满孔道停留孔内，泥浆对孔

壁产生压力，稳定孔壁，历止坍孔。要求泥浆能消除沙质地层沉淀吸附力。泥浆性能稳定，

不被砾砂和地下水稀释，防止埋钻、卡钻、埋管事故发生。

合理控制泥浆的比重。严格控制泥浆的失水量。

加入钻孔稳定剂，泥浆漏失控制剂。可显著抑制泥浆在渗透性地层中的漏失，稳定剂

与膨润土相互作用形成致密坚韧的泥饼，护壁，降低由于泥浆漏失而对钻孔周围地层的找动，

防止钻孔坍塌，稳定钻孔。其护壁机理为：聚合物分子在孔壁表面的吸附胶结作用，由聚合

物和膨润上颗粒共同构成的泥饼对孔壁的胶结作用。由亍采用了钠基膨润土，其水化后的膨

胀倍数为钙基膨润土的1。倍以上，膨润土的小板结构充分打开。膨润土的小板与高分子聚

合物之间的桥接作用，可存孔壁形成又薄又韧、致密的泥饼c大大降低了泥浆的滤失，使泥

浆的失水量减少，从而降低了对周边地层含水量的扰动，使孔壁周边的地层尽量保持原状，

防塌性能增强。

泥浆配制：泥浆粘度要求50〜60s

配方：水+8T0%膨润土+防塌剂+烧碱、纯碱适量（1：1）

这一过程中泥浆用量主要是给洞中及时补给泥浆，预计泥浆排量约为900〜1200L/min,

压力约0.5〜0.8MPa.

5.9.4洗孔、回拖时的泥浆方案

回拖时，在成孔良好的情况卜，管道回拖力的构成主要有两部分，一部分是由于重力

和浮力作用引起的摩擦力，另一部分是由于泥浆结构粘度引起的粘滞阻力。通过改变这两个

参数可以降低回拖力，有效降低施工风险。

针对这两个参数，回拖时的泥浆除满足护壁、防塌孔的功能外，在泥浆中适当加入无

毒害的植物润滑剂可以降低管壁的摩阻系数，减小回拖力。

另外，提高泥浆的触变性能，在管道静止时，切力能较快增大到某个适当的数值，有

利于钻屑悬浮，开始回拖时，可有效降低泥浆对管壁的粘滞阻力。

泥浆配制泥浆粘度要求70-90«

配方水+770%膨润土+护壁剂+泥浆润滑剂

这一过程中泥浆用量主要是给洞中及时补给泥浆，预计泥浆排量约为1500〜

2000L/min,压力约0.5〜0.8MPa.

5.9.5除了根据施工的不同阶段配制泥浆外，还需根据地质情况，适时调正泥浆配制

方案，在施工过程中根据不同的地层断面及时平稳调整泥浆性能。粘土和淤泥层中可适当降

低泥浆粘度，砾砂层中应适当提高泥浆粘度。

5.9.6泥浆回收处理再利用方案

穿越过程中，对返回的泥浆实施回收处理再利用，处理步骤如下：

1）泥浆池沉淀

2）振动筛分离

3）旋流分离器分离（除砂、除泥）

4）密度、粘度等泥浆参数进行检测

5）根据检测参数重新配置符合使用要求的泥浆，在配置前做好小型实验，防止药品

不配伍造成药品浪费，或者达不到预期目的。

6）泥架重新进入循环

5.10泥浆处理措施

在定向钻穿越施工口，泥浆是定向钻穿越的关键因素，它既可以润滑钻头钻具，又可

携砂、护壁，防止卡钻、塌孔。但是在定向钻施工过程中，由于穿越点地质条件的不同、泥

浆配比的不同以及钻进技术参数选用的不同，常常发生混浆的跑、冒、漏的现象，即污染了

环境，增大了施工成本，也影响了定向钻技术的应用和施工的顺利进行，因此必须重视对泥

浆跑、冒、漏现象的控制，本次定向钻管道穿越的施工，我们将采取以下几方面的措施

I）本次定向钻穿越施工用的泥浆采用环保无污染的泥浆。

2）每天有专人负责查看泥浆，密切注意泥浆的压力变化情况，合理控制钻机扭矩、

推力、泥浆压力等参数，及时根据穿越地层地质状况的变化情况调整并控制好泥浆的压力，

防止压力过大产生冒浆、漏浆。当发现施工过程中发生跑、漏、冒浆现象时，采取以下措施：

采取起钻（回拉）的方式，边起钻边小排量注浆，一方面保证孔壁的完好，另一方面

通过起钻使孔壁更加通畅，保证孔内向外反浆良好，从再减小孔内的压力，达到防止冒浆的

效果。

根据冒浆机理和冒浆的临界状态，向泥浆中添加环保型添加剂（如增粘剂）和堵漏剂，

改变泥浆的流变性，使泥浆的流变参数达到防【I：冒浆和有效携带钻屑的需要。在不同的钻进

阶段，采用不同的泥浆排量和采取不同的钻进施工技术，避免钻进过程中出现跑、漏、冒浆

现象。

3）定期收取水样，送有关部门检测。

4）努力加快工期。

5）作业过程中尽量少用泥浆。

6）施工中泥浆的控制措施

a、入土端倾斜段

泥浆排量的控制在入土端倾斜段，随着钻头的钻进，穿越地层由浅到深，在这一阶段，

泥浆的排量尽可能选择大的泥浆挡位，泥浆排量不小于O.SnTVniiri。之所以采用较大的泥浆

排量主要是利用泥浆的快速返回携带出钻碎的土屑，防止土屑堆积在孔内造成孔内淤积堵塞,

使钻进后的孔路畅通，保证孔内泥浆有返回到地面的通路。另一方面，大的泥浆排最可以使

泥浆产生较大的冲击力，从而对地层起到一定的切削作用，扩大导向孔的内径尺寸，增大泥

浆返回通道的流通空间，减少了穿越段内部泥浆压力，相应减少了穿越段沿线地面跑、冒泥

浆的可能。

司钻、控向的技术控制：由于入土端倾斜段是穿越轨迹的造斜阶段，钻杆需要在不旋

转的情况下直接推进造斜，因此钻杆推进阶段形成的环形内孔比旋转钻杆形成的环形内孔直

径要小，这就造成内孔时大时小，产生“瓶颈”现象，减小了泥浆返回地面的容流空间。为

此控向工要与司钻密切配合，在倾斜段造斜的过程中，每根钻杆钻进完成后调整的倾斜角度

比预定要求的大，持钻杆钻进到底后，将该根钻杆全部抽出，通过旋转钻进的方法使得倾斜

角下降到要求的角度、这样通过增加了一道旋转工序使得每根钻杆的环形空间都加大了，增

加了导向孔内径尺寸，增大了泥浆地面返回通到、也就减少了穿越段地面泥浆压力，相应减

少了穿越段沿线地面跑、增泥浆的可能。

I）、水平段

泥浆排量的控制：刀钻头钻进到水平段时，也就是穿越河流阶段，一般情况下河床底

部标高小于穿越处水平地面标高，因此河流穿越段埋深会变浅，地层承受泥浆压力能力下降

另一方面，随着穿越距离的增加，泥浆从导向孔内返回地面需要的泥浆动力增加，当此动力

超过河底地层的承受压力时，泥浆将不再向孔内返回到入土点地面，而是从河底冒出。由于

地质结构的复杂性很难将两个压力进行精确计算进行平衡掌握，因此，根据我们以往河流穿

越的经验，我们一般要求控制泥浆的排量。这样在钻进的过程中，由于泥浆的压力降低，相

应减少了跑、冒泥浆的可能。

司钻、控向的技术控制：由于在水平段一般不需要对穿越曲线倾斜角进行调整，因此

钻杆是旋转钻进的，在此过程中要求司钻将钻机的旋转速度尽量提高，靠钻头的重力及旋转

的搅动能力使导向孔内径尺寸加大，以增加泥浆的容留能力，减小地层压力。

C、出土端倾斜段

泥浆排量的控制导向孔钻进到出土端倾斜阶段后，随着钻杆的钻进，钻头的埋深逐渐

变浅，地层承受压力的能力越来越小，因此要求泥的排量与水平段相同，通过减小排量达到

控制泥浆压力以缓解地层压力。

司钻、控向的技术控制出土点倾斜阶段需要每根缶杆进行倾斜角的调整，因此出现与

入十端倾斜段相同的情况，即钻杆推进段导向孔内径小7旋转段，为了克服这一缺点还是采

取倾斜角先调整到比要求达到的角度大，然后整根钻杆【可抽后再旋转钻进，利用钻杆及钻头

自身的重力及钻头的旋转搅拌能力扩大导向孔内径，增加孔内对泥浆的容留能力，从而分解

泥浆对地层的压力，达到控制穿越沿线图泥浆的目的，

5.11完工后泥浆处理的措施

1）利用泥浆固相控制工艺实现泥浆回收处理再利用，减少泥浆的使用量。

泥浆固相控制工艺就是对泥浆中的固体颗粒进行控制的原理和技术。其应用方法主:要

有三种：稀释、沉淀和机械清除。

A、稀释：将穿越返出的泥浆回收到泥浆罐中，然后加入水、钠土和添加剂调配到穿

越所需的泥浆性能，达到驿低泥浆固含的目的。

B、沉淀在穿越出、入土点各挖一个或更多泥浆池，将返浆导入池内，经过一段时间

沉降后，抽取I：层液想进入泥浆循环，抛去底层的固相。

C、机械消除就是采用固相控制系统分离固相的方法。所谓固控系统，是指振动筛、

除砂器、除泥器、微型除泥器以及除砂清洁器、离心机和循环大罐等，即根据固相控制的要

求，组成的一套系统。

本次施工我们将采用沉淀和机械清除相结合的方法实现泥浆的回收再利用。泥浆池开

挖要铺设防渗透材料，避免泥浆渗透污染环境。

2）采取泥浆外运处理剩余泥浆。

对无法回收利用的剩余泥浆我们将采用外运方法进行处理.，采用解车运出场地的办法,

就是将场内的废弃泥浆经过处理后，由有关监管部门指定的倾倒地点，不随意丢弃。最后场

地清理干净，恢复地貌。运到垃圾场由垃圾场集中处理、弃置无人地带自然分化、挖坑深埒。

如果施工现场位于污染区域，泥浆还需经过污染测试，并按政府的要求方式进行处理，对于

施工现场应优先考虑采用泥浆回收系统，重复利用泥浆又满足施工的需要，从而降低泥浆材

料消耗，减少泥浆外运处理的费用。

图为拉运泥浆的真空吸污车

定向钻穿越对地貌破坏较小。穿越过程中，泥浆池采取防-多透措施，穿越完成后对

采用的泥浆按要求统一装车外运到指定地点处理。对于穿越遇到的紧急情况，及时采取应急

措施，减少对江河的污染，

3）套管内注浆工艺

采用注浆加固法的优越性

固化剂（浆液）沿穿越管道孔内部位渗透充填、压密固结、劈裂置换、胶结固化，消

除地质缺陷，改善受力性状，提高承载力，减少不均匀沉陷。

1）根本消除主管不均匀变形，阻止地表水的渗漏。

2）工期短、污染小、施工文明。

3）技术先进、工法成熟、效果可靠。

三、加固施工

1、加固原理

加固的FI的是要形成复合地板，通过土体强度的改良，利用注浆时的压力排除穿越管

道内的泥浆，以提高地基承载力，主要是减少主管与套管之间的空隙。压力注浆是通过钻杆

喷射，并利用注浆设备均匀地将浆液注入穿越管道内土体中，以充填、渗透和挤密的方式，

排除主管与套管之间的水分和空气，并占据其空间，使孔隙比减少，防止地表面水的渗漏。

2、加固范围

1）注浆范围

出入点二端套管内，注浆长度：入土点105米、出土点55米

2）注浆处理深度

注浆孔深度随穿越套管的深度而变化。

3）施工设备

序号设备名称型号数量备注

1钻机200型转盘式1台

2定向钻机GD310-L型1台

3灰浆搅拌机200L2台

4注浆泵HBW50/1.52台

5洒水车8m31辆

6发电机组2台

4、注浆主要材料

水泥采用巴032.5硅酸盐袋装水泥。根据检验评定标准，对进场水泥进行材料检测,

现场做好水泥的储存于使川工作，防止水泥受潮结块失效。水泥浆液水灰比为1：lo注浆

压力为0.2MPa

2)施工工艺流程

5)各主要工序施工方法

(1)钻机、注浆设备就位

根据套管的角度，就位钻机，钻机安放平稳，并调整角度与钻机水平。同时制浆机、

注浆机配套放置，注浆管线固定，管线不宜过长，控制在50〜80m,以防压力损失。现场备

好拌合用水及袋装水泥等材料

(2)浆液配制

按事先选定水泥浆配比(1:1)进行水泥浆的制拌。根据制浆机容量称取定量水，注入

制浆机内，然后根据水灰比称取对应重量的水泥，开启制浆机，边搅拌边加入水泥。搅拌时

间大于3分钟，浆液无明显的沉淀即可，完后将水泥浆倒入储浆桶。浆液在储浆桶内要不停

的机械搅拌，防止装液沉淀离析。水泥浆制浆原料：合格的水：P032.5水泥。应先加水后

加水泥及外加剂，拌和1。〜20min,将浆液流入过滤筛进行两次过滤，存放浆液池。

(3)注入压力

由于注浆压力与土的重度，强度，初始应力，孔深，位置及注浆次序等因素有关，而

这些因素乂难以准确确定，因而本工程注浆压力通过试验和地区经验确定，设计注入压力为

0.3MP。

(4)注浆标准

在规定压力下，注浆量小于IL/min时，稳压2〜3分钟，若压力不下降或压力下降不

超过5%,则可正常注浆。

(5)注浆结束封孔移机

注浆结束后，拔出套管，用细石子碎封孔。清洗注浆泵、制浆机、储浆灌，移机至下

一孔位继续施工。

(6)注浆效果检查

①注浆前后，物探成果资料对比，检查注浆效果。

②注浆前后，钻孔注水试验的单位长度吸水量对比，检杳注浆效果。注浆后单位长度

吸水量应小于注浆前吸水量的3〜5%,且不存在明显漏水现象。

③钻孔检查，检查孔数为3%,根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。

5.12施工应急控制预案

5.12.1扩孔过程中出现台阶的消除预案

修孔

由于地层软硬不均，扩孔过程中，扩孔器在软地层下切量大，在硬地层下切量小，容

易出现台阶，当孔径扩至600mm后，进行测孔作业，如果存在台阶孔的现象，采取修孔措施,

保证回拖前孔的平滑。

修孔时，由一端的钻机驱动修孔切削头，另一端的钻机驱动管道扶正段，管道扶正段

内安装有探测器，根据实际情况有针对性的进行修孔，并将修正后的参数传至地面计算机，

如果一次修正不能达到要求，可将切削头退至修正的起始位置，再次进行修孔，直到达到要

求为止。

5.12.2抱钻杆解决方案

施工过程中，如果已现不可预测的停工时间过长等情况，万一出现这种情况，采用钻

杆套洗工艺来解决。钻杆套洗即使钻头沿着被抱住的钻杆向前钻进，钻进过程中不断给孔内

补充新鲜泥浆，使被抱住的钻杆在钻机驱动下能够活动。为了使钻头能够沿着被抱住的钻杆

前进，使用了一个套筒套在被抱住的钻杆上为钻头导向，所以称这一工艺为套洗。

5.12.3冒浆应急预案

采取起钻的方式、边起钻小排量注浆，一方面保证孔壁的完好，另一方面通过起钻使

孔壁更加通畅，保证孔内向外反差良好，从而减小孔内的压力，达到防止冒浆的效果。

根据冒浆机理和冒浆的临界状态，向泥浆中添加环保型添加剂（如增粘剂）和堵漏剂，

改变泥浆的流变性，使泥浆的流变参数达到防止冒浆和有效携带钻屑的需要。

在不同的钻进阶段，采用不同的泥浆排量和采取不同的钻进施工技术，避免钻进过程

中出现跑、漏、冒浆现象，

（1）入土端倾侧段

I）泥浆排量的控制

在入土端倾斜段，随着钻头的钻进，穿越地层由浅到深，在这一阶段，泥浆的排量尽

可能选择大的泥浆挡位、泥浆排量不小于OTm'/min。之所以采用较大的泥浆排量主要是利

用泥浆的快速返回携带出钻碎的土屑，防止土屑堆积在孔内造成孔内淤积堵塞，使钻进后的

孔路畅通，保证孔内泥浆有返回到地面的通路。另一方面，大的泥浆排量可以使泥浆产生较

大的冲击力，从而对地层起到一定的切削作用，扩大导向孔的内径尺寸，增大泥浆返回通道

的流通空间，减少了穿越段内部泥浆压力，相应减少了穿越段沿线地面跑、冒泥浆的可能。

2）司钻、控向的技术控制

由于入土端倾刻段是穿越轨迹的造斜阶段，钻杆需要在不旋转的情况卜.直接推进造斜,

因此钻杆推进阶段形成的环形内孔比旋转钻杆形成的环形内孔直径要小，这就造成内孔时大

时小，产生〃瓶颈〃现象，减小了泥浆返问地面的容流空间。为此控向工要与司钻密切配合，

在倾斜段造斜的过程中，每根钻杆钻进完成后调整的倾斜角度比预定要求的大，待钻进到底

后，将该根钻杆全部抽出，通过旋转钻进的方法使得倾斜角下降到要求的角度。这样通过增

加了一道旋转工序使得每根钻杆的环形空间都加大了，增加了导向孔内径尺、匕增大了泥浆

地面返回通道，也就减少了穿越段地面泥浆压力，相应减少了穿越段沿线地面跑、冒泥浆的

可能。

（2）水平段

1）泥浆排量的控制

当钻头钻进到水平段时，也就是穿越河流阶段，一般情况下河床底部标高小于穿越处

水平地面标高，因此河流穿越段埋深会变浅，地层承受泥浆压力能力下降另一方面，随着穿

越距离的增加，泥浆从导向孔内返回地面需要的泥浆动力增加，当此动力超过河底地层的承

受压力列，泥浆耨不再从导向孔内返回到入土点地面，而是从河底冒出。山于地质结构的复

杂性很难对两个压力进行精确计算进行平衡掌握，因此，根据我们以往河流穿越的经验，找

们一般要求泥浆的排量小于0.2n?/niin。这样在钻进的过程中，由于泥浆的压力降低，相应

减少了跑、冒泥浆的可能，

2）司钻、控向的技术控制

由于在水平段二般不需要对穿越曲线倾斜角进行调整，因此钻杆是旋转钻进的，在此

过程中要求司钻将钻机的旋转速度尽量提高，靠钻头的重力及旋转的搅动能力使曾向孔内径

尺寸加大，以增加泥浆的容留能力，减小底层压力。