定向钻施工中的地质岩土学应用

摘 要：笔者结合多年的工作经验，对定向钻施工中的地质岩土学应用进行初步的分析论述，重点阐释了定向钻的具体特点以及地质学和岩土学的重要作用，得出一些自身的观点与改进建议。

关键词：定向钻 地质 岩土 应用

近些年来，我国市政工程取得了飞跃式的发展，相关的施工技术在到了较大的提升。但是，在对城市中一些繁华地段或是隐蔽工程进行排水管道以及管线安装施工时，为了防止开挖施工对其造成损坏，就必须采用有效的非开挖施工技术。而定向钻作为非开挖施工中重要的组成部分，能够在不影响交通运行的前提下，对工程项目进行施工，并不会对周围生态环境造成影响，受到了国内外的高度关注。因此针对定向钻施工中的地质岩土学应用进行研究探讨，具体介绍了定向钻施工的主要特点，总结出以下相关结论，以供参考。

1、定向钻穿越工程

在实际的定向钻穿越工程中，由于水平定向钻穿越设计需要涉及很多层面的专业知识，这就要求设计人员在进行定向钻穿越工程设计时，充分做好实地考察工作，并根据实际现场施工情况，制定出完善的定向钻穿越工程的施工方案。这种定向钻施工方法主要的工作原理是通过利用高压泥浆来完成整个工程项目的施工，其能够适应于不同的地质岩土条件，施工工序简便，还可以降低对周围自然环境的污染程度，极大减少了不必要的人力、物力、资金的投入，进一步提高了工程项目整体的施工效率与质量。

由于非开挖工程本身具有一定的风险性，一旦没有做好地质勘察工作，无法全面掌握穿越部分的地质特征，很容易在实际施工过程中，引发更加严重的事故，造成现场施工人员的伤亡。因此，施工单位必须加强做好施工前期的防护性工作，采取更多有效的应对措施，尽可能避免风险的发生。其次，还可以采用物理探测的方法，将收集到的信息数据，进行统一的归纳和分析，从而不断加强和优化管道结构设计，以此来提高管道的使用品质。

2、定向钻施工

2. 1穿越导向孔设计与施工中的工程地质学和岩土力学

（1）在对施工现场的地质条件及水文分布情况进行全面的掌握分析以后，可以采取多重减震的施工技术，以此来保证空中的导向仪器正常运行。并且，即使孔底处于恶劣的施工环境内，受到外力的影响，产生了剧烈的震动，但并不会对导向仪器造成较大的影响，仍然可以继续正常使用。与此同时，施工人员还要在钻孔过程中，向钻具中注入适量的冷水，这样可以防止孔底仪器温度过高，造成更严重的磨损，大大延长了孔底仪器的使用寿命。

（2）高硬度岩石扩孔工艺

岩层水平定向钻进空气潜孔锤导向孔施工工艺。在实际导向孔施工中，提高钻进时效，高出孔底螺杆马达和双层钻具系统的钻进时效，对提高岩层水平定向钻进铺管的施工效率、降低施工成本有着非常重要的意义。高强度岩石扩孔极易出现岩屑卡钻和钻具损坏，从而导致定向钻失败的现象。

（3）在一些管道定向钻穿越工程中，由于岩石的硬度较强，常常使得施工工序无法顺利开展，这一问题也是当前定向钻穿越工程中无法攻克的难题。在相关技术人员坚持不懈的研究分析下，可以得知，如果在实际施工中，通过拓张钻孔的孔径，加强对扩孔泥浆工艺的完善，就可以对高强度的岩石进行扩孔，促使工程项目施工的顺利开展。

3、泥浆配比与控制

3.1孔的成功与否关键在于成孔

如何保证形成弧顶，防比塌方的问题，解决孔内清土除渣，故此在钻导向孔时，按照地质构造的不同详细制定出合理的泥浆配比方案，在不同的地质情况下选用不同的泥浆配方，再考虑到穿越距离，为防止融土包裹钻具，所以在化学聚合物中，按比例配制专用的防糊钻液，可进一步降低孔道中的阻力。虽然表而地质通常为杂填土、薪土，但在下部有微风化碎裂状石英岩，为此现场还应预备高效膨润土以及配合使用其它辅助添加剂为土质变化准备应急措施。

3.2泥浆控制

按照事先确定好的泥浆配比用一级钠基膨润土加上泥浆添加剂，配出符合要求的泥浆。使用的泥浆添加有：降失水剂、固壁剂、薪土分散剂等。为确保泥浆的性能，保证膨润土有足够的水化时间，一般采取两套加料配浆系统，延民泥浆循环周期。水源的采用一般是自来水，抽入水罐内加碱软化，降低Ca， Mg离子含量，改善水质，同时提高水的pH值，水的pH值为9-10时最适合膨润土的水化。

4、复杂地层管道穿越施工

4.1复杂地层管道穿越工程力学分析

基于定向钻施工中的材料力学、弹性力学、可靠性理论及有限元方法，分别研究穿越管道施工过程现场得岩土载荷与施工穿越、管道运行过程的应力状态、沉降规律、稳定性、管土相互作用以及管道局部减薄的可靠性分析。对于施工环境的影响和治理有很大的意义。

4.2穿越管道工程安全风险综合评价

（1）穿越管道施工引起的稳定性改变

基于管土间动力相互作用，穿越管道的地质地层载荷稳定性能的改变与抗震可靠性进行数值模拟分析，对于道路和建筑作用下穿越管道施工后地层应力以及土和管道参数对穿越管道抗震性能及其地而构筑物的影响，确定穿越管道在地震作用下的强度安全。由于施工工艺的原因造成施工区域的地质地层载荷稳定性能的改变，形成极大的安全隐患。

（2）边坡稳定性分析

在边坡范围内工程地质、水文地质调查研究的基础上，通过试验与理论相结合的方法确定出边坡的典型岩石和弱而的物理力学参数，并选取合理的计算参数，针对具体的岩体赋存条件，采用弹塑性极限平衡法和有限元法对研究范围内的边坡稳定性进行分析。尤其是河堤区域的施工。

（3）地质岩土学在穿越管道工程中的应用

一般情况下，大部分的管道穿越工程都是处于比较恶劣的施工环境中，再加之其地质条件不佳，需要穿越长距离的岩石段，施工工序非常复杂，还存在一定潜在的施工风险，使得现场施工人员的生命安全得到有效的保障。但是，随着同工程建设的不断增多，人们逐渐将地质岩土学知识应用于实际施工中，并取得了非常理想的施工效果，大大降低了安全事故的发生，还从一定程度上减少重复施工的现象，避免大量资源的过度浪费。

5、结束语

综上所述，可以得知，地质岩土学对于定向钻施工质量有着重要的影响，在不同工程项目的定向钻施工过程中，都需要运用大量地质岩土学理论，以此确保定向钻的施工质量。因此，施工单位要高度重视地质岩土学问题，加大对地质岩土学的推广和应用，充分发挥地质岩土学的重要作用，只有在实际施工工程中，灵活的应用地质岩土学，才能建立更加完善的理论体系，有利于提高定向钻施工的效率，从而进一步提升我国定向钻施工技术水平，促进地质岩土学在定向钻施工中的可持续发展。■

参考文献

[1] 陈志成. 水平导向钻进非开挖铺管技术应用[J]. 市政技术. 2005（01）

[2] 高大钊，袁聚云.土质学与上力学.第3版北京：人民交通出版社.2001.3

[3] 孔宪立，石振明.工程地质学[M].第1版.北京：中国建筑工业出版社.2001

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