回拖受阻

现象及危害

管道回拖施工中，受各方面阻力(如管道与孔壁摩擦力、管道拖拉头管端阻力、管道弯曲段与孔壁的附加阻力等)的影响，施工难以顺利开展，即为回拖受阻。回拖受阻会导致水平定向钻穿越失败，甚至会出现管道难以回退的问题，造成严重的经济损失。

水平定向钻回拖成功钻头出土

原因分析

（1）地层地质条件不良，如弱胶结的中粗砂层、卵砾石层等，这些地层结构松散，成孔稳定性差，极易造成较大的回拖阻力，致使回拖闲难。

（2）扩孔级差过大、扩孔次数过少、终孔直径不足、孔道成孔质量不良等，影响正常回拖施工，造成回拖受阻。

（3）扩孔阶段洗孔次数过多，导致穿越轨迹不能平滑过渡，孔道存在台阶，增加了回拖阻力，甚至导致回拖失败。

（4）回拖管道的配置、管道吊装位置、发送沟的长短等，都会影响管道的回拖施工。

防治措施

（1）采用夯管锤助力，解决回拖受阻问题。

（2）采用推管机助力，将推管机与地锚装置固定连接，通过后方推力助力回拖施工。

（3）当回拖过程中出现钻具与回拖管道脱离的情况时，采用滑轮组加夯管锤进行抢险，利用多组卷扬机并联提供拉力，并通过滑轮组多级增力，将孔道内的管道全部拖出。抢险过程中可使用夯管锤助拉。

（4）推管机反向回拖抢险，利用油缸提供的推力为管道脱离助力。

（5）采用钢绞线传力的液压抢险拉力机，以液压油为动力，使前夹持器和后夹持器进行荷载转换，实现管道牵引脱出。

孔壁失稳

现象及危害

水平定向钻钻孔形成过程中及形成后，孔道孔壁受各种因素影响导致结构失稳，造成的孔道缩径、孔壁坍塌现象，即为孔壁失稳。孔壁失稳会导致孔道堵塞甚至还会造成地表塌陷，管道回拖敷设施工无法持续进行，导致施工周期延长、项目成本增加、效益减少。

水平定向钻施工现场

原因分析

（1）受地质因素影响导致发生孔壁失稳现象。当穿越地层存在黏土矿物(如蒙脱石、伊利石、高岭石等)时，矿物的吸水膨胀与分散性质导致孔壁强度降低，从而发生失稳现象：当穿越土体因地质构造运动导致结构本身的联结性较差时，也会出现孔壁不稳定问题。

（2）泥浆在钻进施工中主要起到维持孔壁稳定的作用，而泥浆压力过低或过高也会引起孔壁失稳。压力过低时，泥浆对孔壁作用的径向应力远小于孔壁原始存在的切向应力，孔壁土体为脆性性质时易出现孔壁坍塌，孔壁土体为塑性性质时会引起孔道缩径。压力过高时，在泥浆的径向压力下，易导致孔壁裂隙形成与发展，造成孔壁失稳破坏、泥浆外溢。

（3）泥浆流速过快易形成紊流，对孔道孔壁的冲刷作用大，会造成孔壁失稳。

（4）外界的各种扰动影响因素。

防治措施

（1）前期对穿越区域地层进行详细调查分析，了解地层性质、成因及构造类型，考虑泥浆对不同地层的适配性，避免地质因素引发失稳状况。若地层自身结构性较差，可进行土体改良施工(如注浆等)，改善穿越土体的整体性。

（2）工程施工前，根据地层特性参数进行泥浆试验，确定合理的泥浆配比参数。钻进施工中，调整泥浆配比，控制泥浆压力，使孔壁周围土体等的应力状态始终与原始应力状态一致或接近。

（3）使用不分散低固相泥浆作为钻孔液，其固相含量低、表现黏度低，对稳定孔壁有利。

（4）施工中控制泥浆流速，使泥浆处于层流状态，不发生不规则紊流现象，降低对孔壁的冲刷作用。

管道起伏

原因分析

（1）顶进过程中，前端遇到障碍物，阻力增大，此时如果未能及时清除障碍物，继续施工会导致出现轴线偏差及起伏；

（2）导向杆的方向是通过头部的信号发射碳棒将参数发回至地面接收装置来进行控制的，而无线信号存在一定误差，特别是在信号干扰强，例如变压器、高压线附近，管道轴线控制易出现偏差，导致管道出现起伏；

（3）导向、顶进穿越淤泥质、砂层地质时，导向、顶进会出现起伏，例如淤泥质土，导向杆易下沉；砂层地质，顶拉阻力大，钻头上方的砂沉淀在钻头下方，顶拉时易出现上翘；

（4）顶进时前端地质复杂，管道在两种地质分界面顶进时，易出现起伏。

顶拉管遇到障碍物

防治措施

（1）遇到障碍物时，应采用精确插打钢板桩、开挖等方式清除障碍物；

（2）导向杆起伏属于常见的质量问题，施工点附近信号干扰大时，应勤量测、勤调整；

（3）施工前应仔细调查管道通过地带的地质情况，研判可能出现的起伏问题，如果易造成起伏，导向杆及顶进时均应采取措施；

（4）按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方式，及时足量注人泥浆。通过泥浆悬浮粉砂，避免粉砂沉淀；

（5）对于容易出现管道起伏的地质，在顶拉过程中，可优先施加拉力，将导向杆拉紧绷直，具备一定抗压能力后，再施加扭力旋转前进。

道路塌陷

原因分析

（1）地质较差，水土流失；

（2）原状土体本身存在空隙，管道行进过程中摩擦土体产生扰动，造成土体移动，空隙向上延伸导致地面沉降；

（3）管道接口不严密导致水土流失过多，土层损失后引起地面沉降，并且管道接口渗漏也会造成泥浆流失，减阻作用大大降低，对土体扰动加剧，也可能导致地面沉降；

（4）为降低顶拉阻力，通常机头直径相较管径大9cm左右，顶拉进洞过程中会出现环形扰动，若洞口土体未加固或加固不足，洞口止水措施未实施或实施未达到要求，会导致大量水土通过管与井之间的空隙涌出，造成水土流失，地面沉降；

（5）钻头位置未注浆，或注浆压力明显小于钻头上方的土压力。

洞口位置道路塌空

防治措施

（1）施工时尽量采取小幅度的纠偏，控制顶拉速度，减少旋转扰动原有土层，降低土层移动引起沉降；

（2）严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏；

（3）在顶拉过程中，应及时足量注人符合技术标准的触变泥浆，在管道与原状土之间形成润滑、牢固的环套。当进出洞口位置位于透水层(如砂层)时，必须在井外注浆或施打止水桩；

（4）机头进洞时用环向钢筋及土工布，将管壁外侧环形空隙填补止水；

（5）钻机设置泥浆压力测量装置，保持注浆压力与前端土体压力的平衡。应根据地下水位、地质情况计算主动土压力，设置泥浆压力，根据现场实际控制经验,普通地质钻机自带的泥浆泵动力为2档，粉细砂层的泥浆泵动力应达到 3~4 档。

随着我国城镇居民及现代制造企业对天然气能源的需求越来越大，以及国家“双碳”目标和“十四五”现代能源体系规划的提出，燃气管道工程建设规模将会进一步扩大，水平定向钻技术作为管道穿越工程常见的施工工艺，在工程中的应用将会越来越广泛。