1、工程概述

本次軟硬交接地層水平定向穿越技術(shù)應(yīng)用于浙江滬昆鐵路穿越工程，本工程設(shè)計管道規(guī)格D610×11.9mm直縫雙面埋弧焊鋼管，設(shè)計壓力為4.OMPa，原設(shè)計穿越長度為570m，穿越曲線中間段經(jīng)過約140m長的溶結(jié)凝灰?guī)r，溶結(jié)凝灰?guī)r兩側(cè)曲線各經(jīng)過200m左右的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其中粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土質(zhì)較均勻，標(biāo)貫基數(shù)很低，局部呈流塑狀態(tài)；熔結(jié)凝灰?guī)r，呈厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，巖質(zhì)極硬，硬度***高達(dá)156MPa，整個穿越地層呈現(xiàn)出中間堅硬，兩端相對非常松軟這樣軟硬軟交接的格局，而且穿越軟硬交接地層上方正好是滬昆鐵路通過點(diǎn)，根據(jù)業(yè)主要求穿越段所經(jīng)過的鐵路沿線***不允許出現(xiàn)冒漿，這種特殊地質(zhì)和特殊要求的穿越工程目前國內(nèi)還未有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，國內(nèi)多家非開挖施工隊伍都因此望而卻步。

此項(xiàng)非開挖工程主要存在如下技術(shù)難點(diǎn)：

(1)由于地層呈現(xiàn)軟硬軟結(jié)構(gòu)，按照常規(guī)施工工藝，導(dǎo)向孔施工需要分別采用兩套不同的鉆具組合，巖石鉆具組合為泥漿馬達(dá)+9 1/2鉆頭穿越巖石地層；軟土層鉆具組合為5”鉆桿+7”無磁鉆鋌+BHA+鉆頭的鉆具組合。在施工中根據(jù)地層頻繁更換鉆具組合，很可能因?yàn)檐浻步唤拥貙拥刭|(zhì)不均造成鉆具在退出更換后無法進(jìn)入原孔。

(2)同樣，擴(kuò)孔時，兩種地層也要分別采用適應(yīng)兩種不同地質(zhì)施工的鉆具進(jìn)行施工由于巖石地層堅硬，需要選用巖石鉆具施工，且施工時間長；軟土層采用適合土層的擴(kuò)孔器擴(kuò)孔。施工過程中，軟地

層擴(kuò)好的孔洞容易縮頸塌方，所以要求施工時間應(yīng)短。兩種地層同時存在，巖石地層施工時很容易導(dǎo)致軟土層塌方，造成抱鉆、卡鉆等事故，施工風(fēng)險大大增加。

(3)預(yù)擴(kuò)孔階段軟硬地層接合處在頻繁更換鉆具的過程中很可能會形成臺階狀結(jié)構(gòu)，無法保證成孔曲線滿足設(shè)計要求，在回拖管線階段極易造成卡鉆。

(4)軟硬交接地層上方正好是滬昆鐵路經(jīng)過處，施工中，一旦發(fā)生泥漿泄露將會直接影響鐵路的正常運(yùn)行，會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會影響。

2、技術(shù)方案

爭得設(shè)計單位同意，將入土點(diǎn)向出土側(cè)方向前移lOOm左右，這樣就減小了入土側(cè)軟土層穿越長度，并利用套管技術(shù)夯人巖石截面，解決入土段的軟硬交接所帶來的不利影響。

2.1導(dǎo)向孔階段

采用5”鉆桿+7”無磁鉆鋌+泥漿馬達(dá)+9 1/2鉆頭的巖石鉆具組合，在鉆頭突破堅硬巖石地層后，及時調(diào)整鉆進(jìn)工藝，采用高速推進(jìn)，減小泥漿排量的措施，盡量減弱鉆具下沉的趨勢，保證了穿越曲線的平滑，避免了頻繁更換鉆具帶來的不響，一次性穿越軟硬交接地層。

2.2擴(kuò)孔階段

導(dǎo)向孔出土后將鉆機(jī)倒運(yùn)至出土側(cè)進(jìn)行擴(kuò)孔采用22”、30”、36”巖石擴(kuò)孔器分級一次性擴(kuò)孔這種擴(kuò)孔工藝避免了擴(kuò)孔器從軟土層進(jìn)入巖石層所造成的成孔出現(xiàn)臺階及入洞難的問題；并在擴(kuò)孔器突破巖石層后及時加快擴(kuò)孔速度、減小旋轉(zhuǎn)速度，并減小泥漿排量，使擴(kuò)孔器迅速通過過渡地層，保證了成孔的圓滑程度，確保回拖工序的順利完成。

爭得設(shè)計同意，將設(shè)計埋深增加4m，使穿曲線巖石層加長，確保鐵路下方的穿越曲線在巖石層內(nèi)，***大可能的減少鐵路上方冒漿現(xiàn)象的發(fā)生，并在施工中嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)定的泥漿方案，在經(jīng)過巖石層進(jìn)入土層后，減小泥漿排量，快速通過交接地段，有效地防止了冒漿現(xiàn)象的發(fā)生。

3、綜合比較及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)套管隔離技術(shù)***應(yīng)用于軟硬軟地層穿越，有效隔離入土段軟地層，使其直接與硬質(zhì)巖石地層相接，避免了鉆具從軟地層向堅硬巖石地層通過帶來的施工風(fēng)險。

(2)導(dǎo)向孔和擴(kuò)孔階段均采用巖石鉆具一次性穿越軟硬交接地層的施工方法，避免了頻繁更換鉆具所造成的重新入洞困難和成孔質(zhì)量差等多種不利因素，降低了施工風(fēng)險。

(3)導(dǎo)向孔和擴(kuò)孔過程采用巖石鉆具一次性完成，減少了更換鉆具的多道工序，大大縮短了工期。節(jié)省了更換鉆具過程所產(chǎn)生的各種成本。

(4)一次性通過軟硬地層的施工保證了孔道通暢，避免了冒漿現(xiàn)象的發(fā)生，整個施工過程沒有給滬昆鐵路正常運(yùn)行帶來任何不利影響，受到了鐵路部門和業(yè)主的好評，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

(5)整個施工過程由于成孔質(zhì)量好，孔道通暢，泥漿全部由出、入土點(diǎn)返出，有利于泥漿的回收處理，并結(jié)合泥漿對注技術(shù)，大大減少了膨潤土的消耗，降低了施工成本。