水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法

摘要

一种水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法，属于管道非开挖水平定向钻穿越施工技术领域，本发明根据下伏基岩的物理力学性能，用人造岩石隔离砂卵砾石地层的方法，设计了一种先设置一道物理力学性能与下伏基岩的物理力学性能相同的人造岩石，然后在人造岩体中实施定向钻进的施工方法，解决了现有技术只适用于5m深度以内的浅层砂卵砾石地层的穿越施工的问题；可消除施工过程中因为岩体硬度不一致可能形成的折角，能有效地实施水平定向钻穿越砂卵砾石地层，具有施工成本低，适应性强的特点。

权利要求

1.一种水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法，其特征在于：第一步在需要穿越的断面进行下伏基岩钻探取芯；

第二步将钻取的岩芯进行物理力学试验，获取下伏基岩的试验数据；

第三步根据获得的下伏基岩物理力学试验数据，设定人造岩体的制作配方；

第四步按照管道穿越的设计，在设定河岸上剥离开挖砂卵砾石地层，并取出砂卵砾石；

第五步根据获得的岩芯物理力学数据，在挖好的坑中浇筑人造岩体，并对人造岩体进行养护；

第六步在人造岩体内进行水平定向钻进施工；

所述人造岩体的物理力学性能与下伏基岩的物理力学性能相同率不低于70％；

所述人造岩体为长方体，断面为矩形，人造岩体断面面积与穿越管道断面面积之比大于30∶1。

2.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法，其特征在于：所述下伏基岩钻探取芯的深度从下伏基岩上表面向下不少于5m。

3.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法，其特征在于：所2

述第四步开挖的深度与下伏基岩埋深相同，开挖基坑底部面积大于50m。

说明书

水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法

技术领域：

[0001] 一种水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法，用于管道铺设中非开挖水平定向钻穿越砂卵砾石地层时在钻进导向孔、扩孔和管道回拖施工过程中的成孔施工，属于管道非开挖水平定向钻穿越施工技术领域。背景技术：

[0002] 目前，在管道铺设过程中，常常会遇到需要穿越江河的问题，为了将管道从河床下面穿越过去，就需要先使用钻机采用定向钻的方法，在河岸的一边向着对岸钻过去，然后再实施管道穿越的工作，在遇到一般的地层时，现有技术的施工方法是可行的，但是，目前使用的水平定向钻穿越施工技术在穿越砂卵砾石地层时就会遇到问题，目前在穿越砂卵砾石地层时通常采用的做法是：钢套管隔离法、粘土置换法、大开挖的方式；根据现场施工的经验，目前的这些施工方式只适用于5m深度以内的浅层砂卵砾石地层的穿越施工，对于超深、超长距离砂卵砾石地层，这三种施工方法都不适用，到目前为止砂卵砾石地层，特别是超深、超长砂卵砾石地层被非开挖定向钻穿越施工行业视为施工禁区；现有技术中，钢套管隔离法是利用气动夯锤将一定直径的钢管沿着穿越设计曲线夯入砂卵砾石地层，并夯至下伏基岩位置，然后利用人工将钢套管内的砂卵砾石取出，然后再进行导向孔的钻进、扩孔等施工作业，这种施工方法的缺点是：套管在夯击过程中容易出现卷口，为扩孔埋下隐患，管道夯击距离较短，夯击的力度较小，工作效率慢，另外，夯管结束后套管内的砂卵砾石排出困难；粘土置换法是先将地下的砂卵砾石挖出来，再对挖出的位置用粘土回填并夯实，然后再钻进导向孔和扩孔等施工作业，这种方法的缺点是：粘土置换量较大，采用粘土置换时不能采用纯粘土，必须使用灰土进行回填，在回填过程中必须采用机械方式分层夯实，夯实过程中要严格控制灰土的含水量，且回填的粘土抗压强度达不到下伏基岩的强度，在扩孔过程中容易出现较大折角，为管道回拖埋下隐患；大开挖施工法不适用于非开挖穿越施工。发明内容：

[0003] 本发明是针对现有技术的缺点，根据下伏基岩的物理力学性能，使用人造岩石隔离砂卵砾石地层的方法，设计了一种在人造岩体中实施定向钻进导向孔、扩孔等施工作业的水平定向钻穿越砂卵砾石地层的施工方法。

[0004] 本发明是这样实现的：根据水平定向钻穿越施工技术的应用原理，在实施导向孔钻进，或者实施扩孔施工时，如果在进入下伏基岩之前需要先穿过砂卵砾石地层，由于地层中砂卵砾石的不稳定性，导向孔就很容易因为砂卵砾石的滚动和物理性能的不一样而出现方向的偏移，严重的还会出现折角，为了防止钻进过程中出现折角，就需要不同强度地层之间的强度变异值越小越好，为了解决这个问题，本发明的方案是：在下伏基岩之上先设置一道物理力学性能与下伏基岩的物理力学性能相同的人造岩石，以便隔离处于下伏基岩之上的砂卵砾石地层；人造岩体浇筑在水平定向钻穿越断面上，人造岩体的断面形状为矩形，人造岩体断面面积大于穿越管道断面面积；其特征是：

[0005] 第一步在需要穿越的断面进行下伏基岩钻探取芯；

[0006] 第二步将钻取的岩芯进行物理力学试验，获取下伏基岩的试验数据；

[0007] 第三步根据获得的下伏基岩物理力学试验数据，设定人造岩体的制作配方；

[0008] 第四步按照管道穿越的设计，在设定河岸上剥离开挖砂卵砾石地层，并取出砂卵砾石；

[0009] 第五步根据获得的岩芯物理力学数据，在挖好的坑中浇筑人造岩体，并对人造岩体进行养护；

[0010] 第六步在人造岩体内进行水平定向钻进施工。

[0011] 所述下伏基岩钻探取芯的深度从下伏基岩上表面向下不少于5m；

[0012] 所述第四步开挖的深度与下伏基岩埋深相同，开挖基坑底面积大于50m2；

[0013] 所述人造岩体的物理力学性能与下伏基岩的物理力学性能相同率不低于70％；

[0014] 人造岩体为长方体，断面为矩形，人造岩体断面面积与穿越管道断面面积之比应大于30∶1；

[0015] 本发明的优点和有益效果是：由于该发明采用在下伏基岩之上设置人造岩体来隔离砂卵砾石地层，而且，其物理力学性能与下伏基岩的物理力学性能相同，就能有效的消除钻孔或者扩孔施工过程中人造岩体与下伏基岩交界面之间因为硬度不一致可能形成的折角，能有效的解决水平定向钻穿越砂卵砾石地层钻进成孔问题，由于该发明是将下伏基岩的物理力学性能通过人造岩体连接到地面，避开了原来地面表层粘土下面的砂卵砾石，保证了岩体性能的一致性，为水平定向钻穿越砂卵砾石地层奠定了坚实的基础，具有施工成本低，适应性强的特点。附图说明：

[0016] 图1为本发明的施工示意图。

[0017] 具体实施方法：下面结合附图给出本发明的实施例：

[0018] 为了了解下伏基岩4的物理力学性能，以便以后的定向钻孔不出现偏移或者折向，首先需要在穿越的断面进行下伏基岩4钻探取芯，钻探的深度应达到下伏基岩4表面以下不少于5m的深度，然后将钻取的岩芯进行物理力学试验，获取下伏基岩4的试验数据；然后根据获得的下伏基岩4物理力学试验数据，设定人造岩体2的制作配方，使下伏基岩4和人造岩体2的物理力学性能的符合率不小于70％；然后根据穿越管道设计的入土角、出土角的大小和下伏基岩4的埋深，在设定的河岸上开挖表层土壤1和砂卵砾石地层5，将下伏基岩4之上覆盖的表层土壤1和砂卵砾石地层5剥离开挖，并取出砂卵砾石，开挖的深度要2
到达下伏基岩4的表面，开挖基坑底部面积大于50m ；然后在挖好的坑中浇筑人造岩体2，人造岩体2从下伏基岩4的岩面开始向上浇筑成一个长方体的形状，并对人造岩体进行养护，人造岩体2的断面为矩形，人造岩体的长度根据设计入土角或出土角和下伏基岩4埋深深度计算而得出，人造岩体2在制作时，应根据下伏基岩4岩体的物理力学性能来调整人造岩体的制作配方；等到人造岩体2养护完成后就可以在人造岩体2内进行水平定向钻进的施工了，在人造岩体2中实施定向钻施工时的轴线3与设计管道穿越的中心线相重合，根据上述作业程序就可顺利的完成水平定向钻穿越砂卵砾石地层。