摘要：西气东输二线举水定向钻穿越工程中， 采用原定向钻单穿设计方案施工时， 管道拖至覆盖层与岩层交界面处时受阻致使回拖失败。按照顺气流方向向右平移10 m后重新进行穿越， 实施对穿方案， 并在原设计方案的出土端采用开挖、 夯套管及注浆加固处理松软覆盖层的方法， 最终成功穿越。分析首次穿越失败原因：未加固覆盖层、 穿越管径过大以及扩孔器较重等因素共同作用导致扩孔时出土端覆盖层下沉， 覆盖层与岩石交界面处形成台阶， 使管道回拖卡阻。总结施工经验， 在大管径定向钻穿越软硬交错复杂地层的设计与施工中， 务必加固上部覆盖层， 且扩孔、 修孔、 洗孔、 回拖过程应连续进行， 在特殊情况下， 停止回拖时间不宜超过 4 h。“十一五” 期间， 我国油气储运行业蓬勃发展。石油、 天然气管道逐渐向大口径方向发展， 与世界先进水平接轨， 其中西气东输二线管道工程是典型的大口径管道。该管道西起新疆霍尔果斯， 经西安、 南昌， 南下广州， 东至上海， 由1条干线和8条支干线组成。管道连续穿越新疆内陆湖、 长江、黄河、 珠江四大流域， 干线管道管径 1 219 mm， 支干线管道管径 1 016 mm。在众多穿越工程中， 定向钻非开挖技术在西气东输二线工程中得到广泛应用， 举水定向钻穿越为穿越软硬交错地层的典型工程。西气东输二线干线在湖北省武汉市新洲区境内穿越举水， 穿越处东岸为辛冲镇胡仁村， 西岸为刘集乡占桥村。穿越处管道设计压力 10 MPa， 管径 1 219 mm，穿越实长 957.5 m， 为大型穿越工程， 穿越管道分别由φ1 219×22 输气管道和φ114×6.4 硅管套管构成。穿越场区上部覆盖层主要为粉细砂、 粉质粘土、 圆砾以及卵石， 下部基岩为泥质粉砂岩。圆砾粒径通常以 1～20 mm 为主， 粒径大于2 mm的颗粒含量约占70％， 卵石一般粒径为 10～60 mm， 泥质粉砂岩RQD值为 85～95。综合考虑穿越处的地质条件及定向钻穿越的入土角、 出土角、 曲率半径等因素， 穿越水平段管底标高选在－9.0 m处， 使管道可以避开覆盖层中的圆砾和卵石层， 基本在泥质砂岩中通过。河床下管顶最小埋深为25 m， 位于冲刷线以下20 m。穿越处西岸场地开阔，交通便利， 便于管道组焊， 故将入土点设在东岸， 入土角为9°30′ （图 1） ， 出土点设在西岸， 出土角为6°30′（图 2） ， 弹性敷设曲率半径为 1828.5 m。
举水穿越工程第一次施工时， 完成导向孔后经7级扩孔， 最终一级扩孔尺寸为1 524 mm， 满足相关规范要求：当管径大于 610 mm 时， 最小扩孔直径为管径＋300 mm[1]。扩孔完成后进行修孔， 4根管可以自由进出岩石洞口。连续5次洗孔后， 开始回拖， 回拖至第4根钻杆时， 钻杆发生断裂， 调整管道入洞角度后重新回拖， 管道回拖至普通地层与岩石地层交界处时， 回拖速度突然减缓， 经多次尝试回拖未果。尔后按照专家意见， 采取洗孔、 1 371.6 mm 岩石扩孔器回拖， 在φ1 219管道前端连接3根φ610管道等措施再次回拖， 但回拖至普通地层与岩石地层交界处时再次受阻， 采用滑轮组将回拖管道拖出， 至此按原设计方案回拖失败。首次回拖失败后， 穿越公司决定按照顺气流方向向右平移10 m后重新穿越， 入土角和出土角分别为9°30′和8°。在穿越出土侧 （管段预制场地） 实施夯管作业， 沿穿越轴线开挖5～6 m， 夯进φ2 000×32 钢管至岩石层约 100 m， 采用对穿方式进行导向孔施工。在对出土端进行开挖、 降水和夯管作业过程中， 当夯管至 36 m 时， 基本无法继续夯进， 故决定对剩余的细砂层进行注水泥浆固结处理， 处理范围为：宽6 m，长 25 m， 加固深度10 m。高压旋喷桩处理完毕后， 开始进行导向孔作业， 随后连续进行7次扩孔作业， 此后主管道顺利回拖。举水穿越工程从扩孔到修孔， 中间时间间隔长达34 d， 造成回拖中断， 孔壁泥浆失水量增大， 泥饼丧失原有强度， 孔壁因强度不足而坍塌， 孔洞形状改变。虽然进行3次1 422.4 mm 洗孔， 但效果并不明显。第一次回拖时， 依照原设计方案未对两岸覆盖层进行夯套管处理和加固硬化处理， 且因穿越管径过大， 扩孔直径需达到 1 524～1 575 mm。另外， 1 524 mm 岩石扩孔器重达6.15 t， 扩孔时， 出土端的覆盖层受压下沉， 覆盖层与岩石交界面处形成台阶， 孔洞覆盖层中掉落的碎屑堆积在台阶处， 致使管道回拖卡阻， 穿越失败。西气东输二线管道工程中的南昌－上海支干线，在江西省南昌县广福镇江家村 （西岸） 及黄马乡林头村（东岸） 穿越抚河， 该处地质与举水穿越地质类型相似。穿越处管道设计压力10 MPa， 管径 1 016 mm。穿越场区上部为覆盖层， 下部为基岩， 主要地层由上而下依次为粉质粘土、 中砂、 砾砂及粉砂岩， 其中砾砂的碎石矿物组成以花岗岩为主， 石英砂岩次之， 局部粗砂富集， 偶含卵石和砾石， 最大粒径达 60 mm。初期设计认为， 砾砂层粒径较小， 且含量较低， 定向钻穿越可以通过此地层和导向孔， 扩孔不易出现问题。因此， 在满足设计规范埋深要求的条件下， 管道在下部基岩中穿越， 未对上部覆盖层采取任何措施。为避免发生类似举水穿越失败事故， 将原穿越方案调整为两端开挖结合夯套管处理覆盖层， 定向钻对穿的方案。调整方案为：西岸 （主钻机侧） 入土角为8°， 首先开挖5 m， 而后夯进长 126 m、 φ1 524×26 的 L415MB 螺旋缝埋弧焊钢管 （图 3） ；东岸 （辅助钻机侧） 入土角为7°， 首先开挖7.4 m， 而后夯进长141 m、 φ1 524×26的L415MB 螺旋缝埋弧焊钢管 （图 4） 。
（1） 在大口径定向钻穿越设计中， 对于上部为覆盖层， 下部为基岩的地质， 若定向钻穿越轨迹通过基岩交界面， 无论覆盖层是否存在圆砾和卵石， 都必须考虑对上部覆盖层进行处理， 并设计为对穿方案。（2） 以夯套管方式防止在覆盖层与交界面处形成台阶状而阻碍扩孔和回拖。若套管夯击距离较长， 可以采用在地下水位线以上先开挖基坑， 然后再夯击套管的方式， 以便有效减短套管长度；或采用举水穿越方案， 当套管夯进较困难时， 可以采用注浆加固的方法处理松软覆盖层。除此之外， 在地质条件允许的情况下，埋深满足设计规范要求时， 应直接穿越覆盖层。（3） 穿越软硬交错地层时， 应首先穿越硅管套管，为主管对穿做准备。同时， 可以在硅管套管内预留电缆， 为主管对接提供人工磁场。在夯击套管处理覆盖层时， 套管前端宜采用喇叭口形式， 防止发生卷边以及回拖过程中套管口卡住回拖管。若套管夯进较困难，可以采用套管壁注浆、 涂工业蜡减阻等方法， 也可以同时使用两台大吨位的夯管锤增加夯击力。（4） 在大口径管道定向钻穿越施工过程中， 扩孔、修孔、 洗孔、 回拖应连续进行， 间断时间不宜过长， 在特殊情况下， 停止回拖时间不宜超过 4 h[1]。
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