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(jì)管道規(guī)格D610×11.9mm直縫雙面埋弧焊鋼管，設(shè)計(jì)壓力為4.OMPa，原設(shè)計(jì)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(gè)穿越地層呈現(xiàn)出中間堅(jiān)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(duì)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(shí)，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(jiān)硬，需要選用巖石鉆具施工，且施工時(shí)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(shí)間應(yīng)短。兩種地層同時(shí)存在，巖石地層施工時(shí)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(xiǎn)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(huì)形成臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，無法保證成孔曲線滿足設(shè)計(jì)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(huì)直接影響鐵路的正常運(yùn)行，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。

2、技術(shù)方案

爭得設(shè)計(jì)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(jiān)硬巖石地層后，及時(shí)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(tái)階及入洞難的問題；并在擴(kuò)孔器突破巖石層后及時(shí)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(jì)同意，將設(shè)計(jì)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(jiān)硬巖石地層通過帶來的施工風(fēng)險(xiǎn)。

(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(xiǎn)。

(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(gè)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(huì)效益。

(5)整個(gè)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。