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坚硬岩石与松软土层交接地质非开挖穿越施工

作者: 发布时间:2018-11-02 浏览次数:282
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1、工程概述

本次软硬交接地层水平定向穿越技术应用于浙江沪昆铁路穿越工程,本工程设计管道规格D610×11.9mm直缝双面埋弧焊钢管,设计压力为4.OMPa,原设计穿越长度为570m,穿越曲线中间段经过约140m长的溶结凝灰岩,溶结凝灰岩两侧曲线各经过200m左右的淤泥质粉质粘土,其中粉质黏土、淤泥质粉质黏土,土质较均匀,标贯基数很低,局部呈流塑状态;熔结凝灰岩,呈厚层状,节理裂隙发育,岩芯破碎,岩质极硬,硬度***高达156MPa,整个穿越地层呈现出中间坚硬,两端相对非常松软这样软硬软交接的格局,而且穿越软硬交接地层上方正好是沪昆铁路通过点,根据业主要求穿越段所经过的铁路沿线绝对不允许出现冒浆,这种特殊地质和特殊要求的穿越工程目前国内还未有现成的经验可以借鉴,国内多家非开挖施工队伍都因此望而却步。
此项非开挖工程
主要存在如下技术难点:
(1)由于地层呈现软硬软结构,按照常规施工工艺,导向孔施工需要分别采用两套不同的钻具组合,岩石钻具组合为泥浆马达+9 1/2钻头穿越岩石地层;软土层钻具组合为5”钻杆+7”无磁钻铤+BHA+钻头的钻具组合。在施工中根据地层频繁更换钻具组合,很可能因为软硬交接地层地质不均造成钻具在退出更换后无法进入原孔。
(2)同样,扩孔时,两种地层也要分别采用适应两种不同地质施工的钻具进行施工由于岩石地层坚硬,需要选用岩石钻具施工,且施工时间长;软土层采用适合土层的扩孔器扩孔。施工过程中,软地
层扩好的孔洞容易缩颈塌方,所以要求施工时间应短。两种地层同时存在,岩石地层施工时很容易导致软土层塌方,造成抱钻、卡钻等事故,施工风险大大增加。
(3)预扩孔阶段软硬地层接合处在频繁更换钻具的过程中很可能会形成台阶状结构,无法保证成孔曲线满足设计要求,在回拖管线阶段极易造成卡钻。
(4)软硬交接地层上方正好是沪昆铁路经过处,施工中,一旦发生泥浆泄露将会直接影响铁路的正常运行,会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
2技术方案
争得设计单位同意,将入土点向出土侧方向前移lOOm左右,这样就减小了入土侧软土层穿越长度,并利用套管技术夯人岩石截面,解决入土段的软硬交接所带来的不利影响。
2.1导向孔阶段
采用5”钻杆+7”无磁钻铤+泥浆马达+9 1/2钻头的岩石钻具组合,在钻头突破坚硬岩石地层后,及时调整钻进工艺,采用高速推进,减小泥浆排量的措施,尽量减弱钻具下沉的趋势,保证了穿越曲线的平滑,避免了频繁更换钻具带来的不响,一次性穿越软硬交接地层。
2.2扩孔阶段
导向孔出土后将钻机倒运至出土侧进行扩孔采用22”、30”、36”岩石扩孔器分级一次性扩孔这种扩孔工艺避免了扩孔器从软土层进入岩石层所造成的成孔出现台阶及入洞难的问题;并在扩孔器突破岩石层后及时加快扩孔速度、减小旋转速度,并减小泥浆排量,使扩孔器迅速通过过渡地层,保证了成孔的圆滑程度,确保回拖工序的顺利完成。
争得设计同意,将设计埋深增加4m,使穿曲线岩石层加长,确保铁路下方的穿越曲线在岩石层内,***大可能的减少铁路上方冒浆现象的发生,并在施工中严格执行预定的泥浆方案,在经过岩石层进入土层后,减小泥浆排量,快速通过交接地段,有效地防止了冒浆现象的发生。
岩石钻具:牙轮钻头、牙轮扩孔器、牙轮掌片、泥浆马达电话15131758158李蒙 
3、综合比较及技术创新点
(1)套管隔离技术***应用于软硬软地层穿越,有效隔离入土段软地层,使其直接与硬质岩石地层相接,避免了钻具从软地层向坚硬岩石地层通过带来的施工风险。
(2)导向孔和扩孔阶段均采用岩石钻具一次性穿越软硬交接地层的施工方法,避免了频繁更换钻具所造成的重新入洞困难和成孔质量差等多种不利因素,降低了施工风险。
(3)导向孔和扩孔过程采用岩石钻具一次性完成,减少了更换钻具的多道工序,大大缩短了工期。节省了更换钻具过程所产生的各种成本。
(4)一次性通过软硬地层的施工保证了孔道通畅,避免了冒浆现象的发生,整个施工过程没有给沪昆铁路正常运行带来任何不利影响,受到了铁路部门和业主的好评,取得了良好的经济和社会效益。
(5)整个施工过程由于成孔质量好,孔道通畅,泥浆全部由出、入土点返出,有利于泥浆的回收处理,并结合泥


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