屠言輝，張興洲，馬點(diǎn)飛，尚飛

1.中國(guó)石油天然氣管道局東南亞項(xiàng)目經(jīng)理部，河北廊坊065000

2.中國(guó)石油天然氣管道局穿越分公司，河北廊坊065000

水平定向鉆回拖施工中注水平衡法的改進(jìn)

屠言輝1，張興洲2，馬點(diǎn)飛2，尚飛1

1.中國(guó)石油天然氣管道局東南亞項(xiàng)目經(jīng)理部，河北廊坊065000

2.中國(guó)石油天然氣管道局穿越分公司，河北廊坊065000

在大口徑管道水平定向鉆回拖施工中，通常采用在管道內(nèi)安裝一條PE管，并通過(guò)邊回拖邊往PE管內(nèi)注水的方法來(lái)平衡管道浮力，從而達(dá)到減小管道回拖阻力的目的。該方法的缺點(diǎn)是PE管安裝時(shí)易造成PE管焊口斷裂，PE管上水時(shí)上水泵、上水管易發(fā)生故障，該方法不利于采用夯擊鋼管方法以輔助回拖等。將上述傳統(tǒng)的采用單根直徑較大的PE管改成采用兩根直徑相對(duì)較小的PE管，注水方式由PE管內(nèi)注水改為PE管外注水，以此平衡管道浮力可較好地克服以上的缺點(diǎn)。結(jié)合哈薩克斯坦伊犁河定向鉆穿越工程管道的回拖實(shí)例，介紹了采用上述新回拖工藝后成功實(shí)施回拖的過(guò)程。工程實(shí)踐表明，回拖過(guò)程中回拖拉力平穩(wěn)，均≤3 000 kN，一次回拖成功，且均未使用夯管錘輔助回拖措施。

水平定向鉆；回拖阻力；管道浮力；注水平衡

隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道突飛猛進(jìn)的發(fā)展，管道的直徑也越來(lái)越大，尤其是正在建設(shè)的西氣東輸三線項(xiàng)目，管道直徑達(dá)到1 219 mm。在這種大口徑管道的水平定向鉆施工過(guò)程中，大口徑問(wèn)題給定向鉆擴(kuò)孔工藝、泥漿技術(shù)以及管道回拖措施等都帶來(lái)了挑戰(zhàn)。其中管道回拖是水平定向鉆施工的最后一步，也是最為關(guān)鍵的一步，管道回拖措施不當(dāng)將直接導(dǎo)致工程的失敗[1]。

1 注水平衡法的由來(lái)

在水平定向鉆大口徑管道回拖工序中，隨著回拖的進(jìn)行，管道回拖力的大小決定著回拖的成功與否?；赝狭Φ拇笮∨c地下孔洞的穩(wěn)定性和地下管道受孔洞中泥漿的浮力作用有關(guān)。假設(shè)地下孔洞是個(gè)規(guī)則的圓形，且管道在回拖時(shí)處在圓形孔洞的中間，那么管道對(duì)已成型的孔壁就產(chǎn)生較小的摩擦，孔壁可以維持較好的穩(wěn)定性而不至于塌孔，管道也可以很容易地從孔洞中回拖。

但事實(shí)并非如此簡(jiǎn)單，在大口徑管道水平定向鉆施工中，導(dǎo)向孔完成后往往要經(jīng)過(guò)3～5遍的擴(kuò)孔，甚至采取更多的其他擴(kuò)孔工序才能達(dá)到最終回拖管道的要求。在擴(kuò)孔工序中，由于擴(kuò)孔器自身的重量導(dǎo)致孔洞的中心軸線向下移動(dòng)，因此最后一遍擴(kuò)孔后所形成的地下孔洞斷面往往是一個(gè)近似梨狀，見(jiàn)圖1。由于梨狀孔洞內(nèi)充滿著泥漿，回拖過(guò)程中管道受到泥漿的浮力作用而向上浮起，尤其是大口徑管道的回拖，這種浮力很大，很可能導(dǎo)致管道被楔死在梨狀孔洞上部的狹窄空間內(nèi)，從而導(dǎo)致管道回拖力劇增甚至回拖失敗。

圖1 梨狀孔洞

為了避免上述楔死現(xiàn)象，對(duì)于直徑1 016 mm以上的管道，在回拖過(guò)程中通常采用向管道內(nèi)注水的方法以平衡管道外部泥漿的浮力。應(yīng)用注水平衡法時(shí)，如果注水過(guò)少，則達(dá)不到降浮的效果；如果注水過(guò)多則會(huì)使整條管道緊貼孔洞下壁滑動(dòng)，從而造成回拖力的增大。因此有必要對(duì)注水平衡法進(jìn)行深入研究，以尋求最佳注水參數(shù)。

2 傳統(tǒng)注水平衡法的缺陷

水平定向鉆所形成的孔洞軌跡為兩邊高中間低，為了讓清水在管道內(nèi)盡量均勻分布，一般采用在管道內(nèi)安裝一條PE管的方法，在回拖過(guò)程中通過(guò)邊回拖邊往PE管內(nèi)注水的方式來(lái)達(dá)到平衡管道浮力的目的，見(jiàn)圖2。

圖2 國(guó)內(nèi)常用注水平衡法PE管安裝示意

采用傳統(tǒng)注水平衡法主要有以下缺陷。

（1）需安裝直徑較大的PE管。在鋼管道內(nèi)安裝PE管采用直接拖拽的方式，由于安裝時(shí)難以控制拖拽力，因而易造成PE管焊口斷裂，導(dǎo)致回拖的失敗。如對(duì)于直徑為1 016 mm以上的鋼管道，若要達(dá)到注水平衡浮力的目的，需要采用直徑800 mm以上的PE管。

（2）在邊回拖邊注水的過(guò)程中，上水泵、上水管易發(fā)生故障，現(xiàn)場(chǎng)操作人員易發(fā)生失誤等，從而導(dǎo)致上水速度跟不上管道回拖速度，降低了降浮效果。

（3）當(dāng)鋼管回拖受阻時(shí)，一般的補(bǔ)救方法是在管尾安裝夯管錘，而后通過(guò)夯擊鋼管以輔助回拖。在這種補(bǔ)救措施中，不僅PE管的注水需要停止，而且在每一次夯擊時(shí)，由于鋼管受PE管的靜止慣性作用，從而降低了夯管錘的向前夯擊效果。

在西氣東輸二線項(xiàng)目渭河主河槽、灘地穿越工程以及中亞（哈）氣管道AB線項(xiàng)目伊犁河穿越工程中，穿越地層均為細(xì)砂層，安裝管道的直徑分別為1 219 mm和1 016 mm，管道均采用邊回拖邊向單根PE管內(nèi)注水降浮的方式進(jìn)行回拖。這兩個(gè)穿越工程的注水抗浮均以失敗或效果不佳告終，且均在回拖途中被迫中斷注水而采用夯管錘輔助回拖。實(shí)踐證明采用單根PE管注水降浮，效果不是很好。

3 改進(jìn)創(chuàng)新

通過(guò)總結(jié)以往工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)上述PE管注水平衡法進(jìn)行了改進(jìn)，具體改進(jìn)措施如下。

（1）將傳統(tǒng)的采用單根直徑較大的PE管改成采用兩根直徑相對(duì)較小的PE管，見(jiàn)圖3。圖3中單根PE管的截面積較小，但兩根PE管的截面積之和卻大于圖2中單根PE管的截面積。

圖3 改進(jìn)后注水平衡法PE管的安裝示意

（2）注水方式由PE管內(nèi)注水改為PE管外注水，即在PE管和鋼管之間的空間中注水。該方法的注水量比在PE管內(nèi)注水要大，這避免了安裝較大直徑的PE管，而且易于控制注水量，從而使鋼管道在泥漿中處于近似懸浮的狀態(tài)。

（3）管道回拖前一次注水到位，而不采用邊回拖邊注水的方式。這樣可以有效避免因注水泵故障、注水管破裂以及指揮協(xié)調(diào)不當(dāng)?shù)榷斐苫赝鲜　?/p>

（4）鋼管尾部用厚盲板封堵，但預(yù)留1～2 m的管尾以便在發(fā)生回拖受阻時(shí)采取夯管措施。此時(shí)鋼管道內(nèi)的PE管、清水、管尾預(yù)留部分因采用后盲板隔離而互不干擾，見(jiàn)圖4。

圖4 注水完畢后管尾封堵情況示意

4 工程實(shí)例

哈薩克斯坦伊犁河定向鉆穿越工程是中亞（哈）氣管道C線項(xiàng)目（連接國(guó)內(nèi)西氣東輸三線）的控制性工程。伊犁河穿越點(diǎn)位于哈薩克斯坦國(guó)扎爾肯特市南阿拉木圖至霍爾果斯公路伊犁河橋東6.3 km處，與中亞（哈）氣管道AB線項(xiàng)目伊犁河穿越點(diǎn)相距50 m，主要穿越地層為棕灰色、密實(shí)的細(xì)砂層。伊犁河穿越管道規(guī)格D1 219 mm×27 mm，共包括兩條平行穿越管道（主管和備用管），間距50 m。穿越入土角10°，出土角5°，水平段埋深約為25 m，主管穿越水平長(zhǎng)度1 014 m，備用管穿越水平長(zhǎng)度976 m。主管和備用管均采用導(dǎo)向孔和5級(jí)擴(kuò)孔工藝，最終的孔徑為D 1 575 mm，從開(kāi)鉆至主管、備用管回拖完畢共歷時(shí)18 d。

該管道回拖時(shí)采用的抗浮措施是在D 1 219 mm鋼管內(nèi)安裝兩根D 500 mm的PE管，兩根PE管同時(shí)邊焊接邊被拖拽至鋼管道內(nèi)，PE管安裝完畢后兩端封堵，并向鋼管道內(nèi)注水。經(jīng)計(jì)算，向PE管和鋼管之間的空間中注入占空間體積70%的清水，鋼管在地下孔洞的泥漿中就可近似處于懸浮狀態(tài)。

主管和備用管均按此方法注水以平衡浮力，在回拖過(guò)程中回拖拉力平穩(wěn)且均不超過(guò)3 000 kN，一次回拖成功且均未使用夯管錘輔助回拖。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水平定向鉆穿越施工大口徑管道時(shí)，回拖采用注水平衡浮力的措施進(jìn)行改進(jìn)，有效地避免了以往工程中出現(xiàn)的平衡浮力效果不佳現(xiàn)象和回拖中途采用夯管錘輔助回拖的問(wèn)題，大大降低了工程施工失敗的風(fēng)險(xiǎn)，使得注水平衡措施更加合理和更具可操作性。本文所闡述的改進(jìn)措施可為今后大口徑管道水平定向鉆施工提供借鑒。

[1]王海，樓岱瑩，屠言輝.復(fù)雜地質(zhì)條件下穿越施工典型問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施[J].非開(kāi)挖技術(shù)，2013（6）：13-16.

Improvement of Water Filling Balance Method for Pipeline Pullback Operation ofHHDProject

TU Yanhui1，ZHANG Xingzhou2，MADianfei2，SHANG Fei1
1.SoutheastAsiaProjectManagementDepartment，ChinaPetroleum pipeline Bureau，Langfang065000，China
2.Crossing Company，China Petroleum Pipeline Bureau，Langfang 065000，China

In large diameter steel pipeline pullback operation of HHD construction，the common method to decrease pullback resistance is to install a PE pipeline into the steel pipeline and fill water into the PE pipeline to balance the steel pipeline floating force.But while using that method，the PE pipeline welds are apt to break，water pump and water filling pipe have troubles easily as filling the PE pipeline，and that method has disadvantage in assistant pullback by tamping the steel pipeline.In the improved method，the single PE pipeline with larger diameter is substituted by the two PE pipelines with smaller diameter，and water filling into the single PE pipeline is changed by water filling to outside of the PE pipelines.In the HHD project of pipeline crossing Yili River in Kazakhstan，the successful application of the improvement method proves that the pullback force is steady and less than 3 000 kN，and assistant pullback measure of tamping does not be taken.

HDD；pullback resistance；pipeline floating force；balance by water filling

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.014

屠言輝（1982-），男，安徽宿州人，工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)，碩士，現(xiàn)從事石油天然氣管道建設(shè)工作。

2015-05-24