CN114575746A - 一种天然气管道反井钻穿越施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气管道反井钻穿越施工方法，包括施工准备、导孔施工、定向钻进和扩孔施工步骤；通过定向螺杆钻具对钻孔轨迹进行定向控制，采用无线随钻测斜仪进行实时监测，并将测得的数据综合钻孔深度参数分析得到钻轨迹，每钻进一单根钻具测斜一次，设定5‑10m为一个测点，当钻孔偏距大于0.5m或钻孔斜角偏差大于0.8°时，增加测点的密度，制定定向纠偏设计方案并利用弯螺杆钻具造斜角度进行反向钻进实现纠偏，同时无线随钻测斜仪进行实时跟踪测量反馈，其中：弯螺杆具钻采用1.25°的螺杆钻具和/或下入弯角1.5°的螺杆钻具，并于纠偏过程中定向钻进1‑3m。采用上述定向钻进，可以保证最终成孔的偏斜角度，保证施工质量。

Description

一种天然气管道反井钻穿越施工方法

技术领域

本发明涉及矿井开挖施工技术领域，特别是涉及一种天然气管道反井钻穿越施工方法。

背景技术

针对卡斯特地形管网中天然气管道项目穿越山区陡崖施工难题，大开挖难以实现和隧道穿越成本过高，经过多种方案论证筛选，最终使用反井钻进岩质山体穿越，是国内天然气管道反井钻施工山体穿越第一次使用，也是属于国际最小山体穿越角度之一。岩石地层矿井施工中，采用传统人工开挖小导井法进行竖井和斜井施工，具有地下水排放困难、出渣难度大、通风条件差、上下立体交叉作业施工安全难以保证等缺点，竖井和斜井施工难度增大，尤其是高差或长度大于100m的竖井及斜井施工更是困难重重。目前，通过采用反井钻机施工是一种安全、高效、经济、工期短、资源配置少的施工工艺。

实际反井钻施工过程中，存在技术难点：斜井偏斜的控制，透孔精度要求高，以及在纠偏过程中不出现剧烈拐角等；本申请提供的方法采用定向钻结合反井钻的技术优势，可以有效保证施工质量，精准控制偏斜角度。

发明内容

本发明提供了一种天然气管道反井钻穿越施工方法。

本发明提供了如下方案：

一种天然气管道反井钻穿越施工方法，包括：

定向钻进，通过定向螺杆钻具对钻孔轨迹进行定向控制；采用无线随钻测斜仪进行监测，将测得的数据进行反馈，综合钻孔深度参数分析得出钻孔轨迹；

每钻进一单根定向螺杆钻具测斜一次，设定5-10米为一个测点，当钻孔偏距大于0.5米或钻孔斜角偏差大于0.8°时，增加测点的密度；

制定定向纠偏设计方案并利用弯螺杆钻具造斜角度进行反向钻进实现纠偏，同时无线随钻测斜仪进行实时跟踪测量反馈；

其中，所述弯螺杆具钻包括1.25°的螺杆钻具和/或下入弯角1.5°的螺杆钻具，并于纠偏过程中定向钻进1-3米。

优选地：所述定向钻进包括采用复合钻进方式，定向螺杆钻具为定向钻进钻具和复合钻进钻具组合；当正常钻进时，钻机和定向螺杆钻具同时旋转，提供较高的转速进行钻进；在无线随钻测斜仪测定出偏斜的情况下，弯螺杆钻具采用滑动钻进。

优选地：还包括施工准备，所述施工准备包括隧道洞口和明棚施工、围岩隧道施工以及隧道内管道敷设施工工序；于围岩隧道施工工序中采用超前支护、初期支护、二次衬砌、壁后压浆相结合的衬砌形式。

优选地：于超前支护中采用超前管棚注浆、格栅钢架超前支护措施，所述超前管棚单排布置，外径89毫米，长10.0米，环距0.3米，每榀格栅钢架间距为0.6-1.2米。

优选地：于初期支护中，对围岩采用C20喷射混凝土，混凝土喷射厚度为100毫米，在拱部和边墙中上部设置Φ22水泥砂浆锚杆，锚杆长度为2.5米，间距1米，呈梅花型布置，在拱部和边墙部位设置双向钢筋网。

优选地：于初期支护中，初喷混凝土厚度4-5厘米，然后钻打并固定锚杆；再后将钢筋网铺设在锚杆端部并焊接固定，并可使用工字钢钢架进行支护；最后多次分层喷射混凝土至设计100毫米厚度。

优选地：于二次衬砌工序中，围岩采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30；直墙、圆弧拱厚度均为250毫米，底板厚度为200毫米。

优选地：于二次衬砌工序前对拱部的拱脚和拱顶下沉数据进行监测，其中拱脚处小于0.2毫米/d，拱顶处小于0.15毫米/d。

优选地：于壁后压浆工序中，压浆孔沿隧道每个横断面布置1个，相邻两个所述压浆孔沿隧道纵向间距为5米，压浆压力为0.2-0.5兆帕。

优选地：还包括导孔施工，所述导孔施工采用水和膨润土配比为10：1的泥浆作为冲洗液，于破碎带或泥岩地层时，增大冲洗液循环量，在将泥质部分冲洗干净后，提钻进行灌浆处理，待浆液达到强度后重新进行导孔施工。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种天然气管道反井钻穿越施工方法，在一种实现方式下，该方法通过增加测点密度，可以提高监测精度，利用弯螺杆钻具造斜角度进行反向钻进实现纠偏，可以保证整个长斜钻孔的实现，采用钻进—监测反馈分析—纠偏—监测反馈分析—钻进这一闭环操作，可以保证施工偏斜角度，确保施工质量满足要求。

同时，采用斜井穿越段与平巷隧道同步施工，避免窝工的问题，有效减小施工工期。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请提供的方法的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明实施例提供了一种天然气管道反井钻穿越施工方法，该方法可以包括：

施工准备、导孔施工、定向钻进和扩孔施工等步骤。

施工准备步骤中，还包括隧道洞口和明棚施工、围岩隧道施工以及隧道内管道敷设施工工序；于围岩隧道施工工序中采用超前支护、初期支护、二次衬砌、壁后压浆相结合的衬砌形式。

具体的，(1)超前支护中采用超前管棚注浆、格栅钢架超前支护措施，所述超前管棚单排布置，外径89mm，长10.0m，环距0.3m，每榀格栅钢架间距为0.6m-1.2m；(2)初期支护中，对围岩采用C20喷射混凝土，混凝土喷射厚度为100mm，在拱部和边墙中上部设置Φ22水泥砂浆锚杆，锚杆长度为2.5m，间距1m，呈梅花型布置，在拱部和边墙部位设置双向钢筋网，有效保证支护强度，提高施工安全性；(3)初喷混凝土厚度4-5cm，然后钻打并固定锚杆；再后将钢筋网铺设在锚杆端部并焊接固定，并可使用工字钢钢架进行支护；最后多次分层喷射混凝土至设计100mm厚度，采用上述可以提高锚杆锚固质量；(4)二次衬砌工序中，围岩采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30；直墙、圆弧拱厚度均为250mm，底板厚度为200mm，其中二次衬砌工序前对拱部的拱脚和拱顶下沉数据进行监测，拱脚处小于0.2mm/d，拱顶处小于0.15mm/d，提高施工安全；(5)于壁后压浆工序中，压浆孔沿隧道每个横断面布置1个，其沿隧道纵向间距为5m，压浆压力为0.2-0.5Mpa。

导孔施工步骤中，采用水和膨润土配比为10:1的泥浆作为冲洗液，于破碎带或泥岩地层时，增大冲洗液循环量，在将泥质部分冲洗干净后，提钻进行灌浆处理，待浆液达到强度后重新进行导孔钻进施工。实际施工中，若钻井孔壁完整性较好，返渣情况良好，可采用清水进行导孔冲洗；若返渣情况不理想，采用泥浆作为冲洗液。

定向钻进步骤中采用无线随钻测斜仪进行实时监测，并将测得的数据综合钻孔深度参数分析得到钻轨迹，通过定向螺杆钻具对钻孔轨迹进行定向控制，每钻进一单根钻具测斜一次，设定5-10m为一个测点，当钻孔偏距大于0.5m或钻孔斜角偏差大于0.8°时，增加测点的密度，并制定定向纠偏设计方案，根据制定的纠偏设计方案利用弯螺杆钻具造斜角度进行反向钻进实现纠偏，同时无线随钻测斜仪进行实时跟踪测量反馈，其中：所述弯螺杆具钻采用1.25°的螺杆钻具和/或下入弯角1.5°的螺杆钻具，并于纠偏过程中定向钻进1-3m。本实施例中，采用监测反馈分析、钻进以及纠偏闭环形式，可以有效保证钻进偏斜度，提高施工质量。

本申请提供的方法，定向钻进步骤中采用复合钻进的方式，钻具为定向钻进钻具和复合钻进钻具组合；其中正常钻进时，钻机和螺杆钻具同时旋转，提供较高的转速进行钻进；在无线随钻测斜仪测定出偏斜的情况下，(弯)螺杆钻具调整至滑动钻进，从而对钻井轨迹进行控制，以使孔偏斜降低。

本申请提供的方法，采用上下口(上方进行斜井穿越段施工、下方采用平巷隧道同步施工)同时施工工艺，有效减小施工工期。

具体以工程实施例说明：

老鹰岩反井钻穿越工程包括斜井穿越和平巷隧道穿越两部分。其中反井钻斜井穿越水平长度为147.7m，斜长为201m，纵向坡度采用“一”字坡，坡度为74.8％(约42.6°)；平巷隧道穿越水平长度为25.2m，纵向坡度采用“一”字坡，坡度为2％(约1.15°)。反井钻洞身断面为圆形，直径1.2m；平巷隧道洞身采用直墙圆弧形，净断面尺寸为2.5m×2.5m。穿越段钢管为D610×14.3mm L450M直缝埋弧焊钢管，防腐采用常温型3LPE加强级外防腐层；围岩为中等风化泥灰岩，较坚硬岩，岩体较破碎-较完整，节理裂隙较发育，多呈闭合-微张状，少有充填物；多呈薄层状结构，岩芯呈短柱状、柱状，结构面结合一般。结合井筒深度、直径及岩石硬度、斜井角度42.6°以及偏斜率0.7％要求，采用TDX-50斜井定向钻机和BMC400型反井钻机结合施工斜井。

于斜井穿越工程施工过程中，具体包括以下步骤：

一、施工准备

(1)施工场地

反井施工场地为林中山地，场地大小要求长×宽为25×25m，按设计摆放主机系统(主机、操作台、主泵站、油箱副泵站等)、循环洗井系统(泥浆泵、泥浆池等)、钻具等，场地经平整、硬化处理。

(3)设备运输及吊装

TDX-50斜井定向钻机及BMC400型反井钻机利用卡车和吊车吊装搬运至施工场地。BMC400型反井钻机主机重量为12.6t，且体积较大，因此需要卡车运至施工场地，通过吊车卸车。其他设备(主要包括操作车、油箱车、泥浆泵等)同样需要吊车进行装卸。钻机主要部件尺寸及重量见表1.1-表1.3。

表1.1 BMC400反井钻机性能参数

表1.2 BMC400反井钻机主要部件尺寸及重量

表1.3 TDX-50型斜井定向钻机技术参数

(4)供电

定向钻机功率90kW，配套的TBW1200型泥浆泵185kW，再加上其他搅拌泥浆设备及水泵，总功率约350kW，反井钻机总功率小于定向钻机总功率，因此要求供电功率400kW，电压等级为380V，电源频率为50Hz，供电采用500kw柴油发电机进行供电。

(5)供水

在施工现场布置泥浆池和清水池各一个，泥浆池15m³，清水池4m³，不得渗水。施工用水可利用场地附近水库，协调附近农户付费提供施工及生活用水。

(6)照明

反井钻机为连续作业，为保证夜间正常施工，在钻机、开关柜、循环池等位置分别设置不小于200W的照明灯，并作防水保护。

(7)钻机混凝土基础

定向反井钻井(孔)前，浇筑C20混凝土基础尺寸为6000×4000×4000mm的施工平台。

施工技术要求如下：

①基础混凝土标号不小于C20；

②基础必须保证水平；

③四个预留孔必须准确对称，预留水道高度由内向外要有一定向下的坡度，防止由孔内返上来的岩碴掉落井口；

④基础必须落在稳定的基岩上。

二、导孔施工

(1)导孔钻进施工

安装定位后定向钻机，利用定向钻机导孔钻进的过程，根据对钻进过程观测以及返出岩屑的情况，对地层有初步定性分析和了解，为扩孔钻进、井壁维护提供参考。尤其需要对个别破碎地层的岩层性质进行观测、分析，以便对扩孔钻进及支护提供参考。

钻井孔壁完整性较好，返渣情况良好，可采用清水进行导孔冲洗，如果返渣情况不理想，采用泥浆作为冲洗液，配比为水：膨润土10:1。其中：当岩石中可能存在较多裂隙、断层等地质构造，在导孔钻进过程中，应对破碎带、泥岩等地层进行必要的处理，根据钻进过程观察，导孔钻进钻到这些地层时，加大循环量，将断层中泥质部分冲洗干净后，提钻进行灌浆处理，处理方式可视情况不同采用裸孔灌浆、钻杆内灌浆等，灌浆材料可视情况不同采用纯水泥浆、双液水泥浆、混凝土等。待孔内浆液达到强度后重新钻进导孔，当通过全部断层和其影响带后，再将钻具提出，用稀浆进行全孔灌浆，主要是增强地层稳定性和封堵部分地层涌水，然后继续钻进直至贯通。

通过采用定向钻结合反井钻施工穿越井的工艺，可以有效的解决孔内溶洞、裂隙漏水等特殊地层造成无法钻进的情况。

本工程中，定向钻机单根钻杆有效长度4.5m，提放钻杆迅速(是反井钻机提放钻杆速度的4倍)，遇到特殊地层需要处理，可以迅速的提出钻杆进行处理，并快速下放钻杆继续钻进，有效避免反井钻杆提放速度慢，造成卡钻、埋钻等事故，甚至钻杆无法拔出，造成工程失败的风险。

三、定向钻进

定向钻机采用TDX-50型钻机，反井定向施工钻机施工42.6°定向孔，主要由孔口装置、上下夹持器及卸扣器、动力头、动力头侧摆机构、机体滑架、机体滑架补偿机构、举升油缸、履带底盘、动力系统、液压系统、小绞车、泥浆泵等。

1、定向导孔施工方法

(1)调平找正

①放线

定向钻机运至施工平台前，采用全站仪标记出导井中心点，并用3cm水泥钉标注中心点；

②调平找正

将定向钻机遇至施工场地，采用20t吊车将定向钻机放到施工平台上，通过液压系统调节定向钻机滑架，并利用罗盘使滑架倾斜角度为42.6°，挪动钻机使导孔钻机中心与导井开孔中心重合，通过钻机四周液压支撑及钻机自带水平仪，将定向钻机调平。

③校核开孔位置、开孔角度及方向

采用全站仪对定向钻机开孔位置、开孔角度及开孔方向进行校核，校核准确后开始定向施工导孔。

(2)定向施工φ216mm导孔

首先采用三牙轮钻头施工φ216孔，开孔20m过程必须采用低压慢速进尺，确保开孔20m角度准确，施工至20m后安装螺杆，开始组合钻进，在钻进过程中使用无线随钻测斜仪对钻进轨迹进行连续监测，发现偏斜，随即进行定向钻进作业，从而使整个钻井的轨迹受控，满足施工需要。导孔定向井测斜定向方法，见表1.4。

表1.4 反井导孔定向井测斜定向方法

(3)提钻更换钻头扫φ270mm导孔

定向导孔φ216透孔后，提钻更换钻头，更换带导向的φ270导孔钻头进行扫孔作业，扫透为止。

(4)提钻撤出定向钻机

导孔φ270透孔后，提钻撤出定向钻机，填埋沉淀池，准备反井钻机施工。

2、定向导孔施工工艺

定向导孔施工工艺主要包括无线随钻测斜、螺杆钻具选择、钻井方式的选择和纠偏。

(1)无线随钻测斜

无线随钻采用无线随钻测斜仪进行实时监测，无线随钻测斜仪采用对三轴重力和三轴磁力线进行探测的传感器，通过这些传感器测得的数值，由内置计算机进行编码，经脉冲发生器通过泥浆脉动传递至地面，地面计算机解码数据后，再综合钻井深度参数，可测试出整条井的钻井轨迹。

(2)螺杆钻具选择

(弯)螺杆钻具为一种井下动力钻具，它可在钻杆不旋转的情况下，由高压泥浆驱动钻头旋转，通常选择具有一定弯曲角度的螺杆，从而可以进行滑动钻进，即使孔“转弯”。

(3)钻进方式的选择

定向钻机钻孔全程采用复合钻进的方式。钻具组合为定向钻进、复合钻进钻具组合。在正常钻进时，钻机和螺杆钻具同时旋转，提供较高的转速进行钻进；在无线随钻测斜仪测定出偏斜的情况下，弯螺杆钻具调整至滑动钻进，从而对钻井轨迹进行控制，以使孔偏斜降低。

(5)纠偏

在无线随钻测斜仪测量参数指导下，通过定向螺杆钻具对钻孔轨迹进行定向控制。每钻进一单根钻具测斜一次，5-10m一个测点。当孔斜超偏时，加密测点，并制定定向纠偏设计。

根据制定的纠偏设计利用弯螺杆造斜角度进行反向钻进实现纠偏，以及随钻测斜仪进行测量，保证整个长斜钻孔的实现。如偏斜角大于设计数值，可减少定向长度，进行复合钻进。

3、塌孔、卡钻现象的预防处理措施

在导孔钻进施工过程中发生塌孔、卡钻等现象时，采用固结灌浆的方法予以预防、处理，钻进过程中反复水泥浆扫孔等方法，以保证反井钻导孔在钻进施工中的正常运转。具体方法如下：

在现场制备水灰比为0.4-0.55的水泥浆和水泥砂浆通过灌浆设备或人工自流输送浆液的方法进行灌注，利用浆液填充断层、裂隙。灌注浆液48h后即可进行钻孔、扫孔施工。当导孔达到一定深度后(50m以上)，采用灌浆设备灌注较稀的水泥浆液，对导孔周围岩体进行固结。

四、扩孔施工

(1)入口处钻进

连接好扩孔钻头后，通过大锤敲击钻杆打点的方式通知地面慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用低转速旋转，同时用刚好提动钻具的力量慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，给进一些停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进直至扩孔钻头体完全入孔，刚扩孔时下水平要有专人观察，有情况出巷道，及时电话通知操作人员，处理完毕情况后，再缓慢钻进，等钻头体入孔后，才能正常扩孔钻进。

(2)正常扩孔施工

为保证钻机和滚刀的使用寿命，扩孔时一般将主泵系统压力限制在18MPa之内。在扩孔过程中，当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孔时，要及时出渣，防止堵孔。扩孔过程，也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行必要的清理，上油带好保护帽。扩孔过程中如需更换滚刀或大钻头，应选派有经验的钻工，并且在下水平巷道内做好防护和警戒设施，防止孔内落石伤人。

五、完孔及钻机拆除

当钻头扩孔至距基础2.5m时，降低钻压慢速钻进，认真观察，如果基础周围出现异常现象，要及时采取措施处理，继续缓慢进行扩孔，直至钻头露出地面。扩孔完成后，将扩孔钻头用Φ20短钢丝绳和钢梁上吊环锁在井(孔)口，将主机的一些辅助设备(转盘吊、钻杆输送器等)拆下，并把除主推缸外的所有油缸和马达油管拆除，安装钻机起架拉杆，操作主推缸片阀控制手柄，使主推缸慢慢向上运动，带动动力水龙头上行，慢慢放倒主机，放倒后拆掉主推缸油管及电机电缆，把主泵站、油箱副泵站、操作台和主机通过20t吊车吊离工作位置，然后再将钻头利用20t吊车吊离井口，把扩孔钻头吊至安全地带，然后封井口，清理现场后，全部钻孔工作结束。

六、扩孔直径验收及井口移交

扩孔结束后进行扩孔直径验收，验收合格后办理井口移交手续，把井口移交给业主，配合后续做好下一工序管道安装工作。

平巷隧道穿越施工

一、隧道洞口和明棚施工

施工前首先对坡面上的不稳定岩石进行清除并对不稳定坡体进行必要的加固。隧道进洞口采用明挖方式掘进至明暗交界点，再施作明棚；洞口段掘进前施作超前支护，确保洞口段稳定，明洞完成后再施工暗洞。

具体施工流程：坡面清理及危岩落石清理防护→截水天沟施工→锚固桩施工→开挖防护→明棚施工及注浆→洞口段施工及回填→永久边仰坡防护→暗洞施工。

其中：(1)坡面清理及危岩落石清理防护

①洞口土石方开挖

洞口土石方用挖掘机挖装，开挖方法采用自上而下分层分台阶进行，台阶高度2-3米，石方采用弱爆破，挖掘机、装载机装碴，自卸汽车运碴。

②边仰坡刷坡与支护

施工前先进行测量放线，根据测量放线做好边坡开挖轮廓线。

隧道洞口掘进施工过程中，严禁采用大削坡开挖的方式。掘进前应对边、仰坡采取以下支护措施：喷C20混凝土，厚100mm；挂Φ6钢筋网，间距250mm×250mm；设置Φ22水泥砂浆锚杆(或树脂锚杆)，长度2.5m，间距1m×1m。

施工时做好临时边坡与永久边坡衔接，防止坡面风化，引起水土流失、导致边仰坡防护受到损坏。

(2)截水天沟施工

先进行测量放线，在开挖线5m外设置一道截水天沟，天沟采用C25砼浇筑，截水天沟排水纵向不小于3‰，且不得出现急弯。水沟底松散土层清除后人工夯实以利截排水，同时将洞口段开挖线以外10-15米范围的漏斗、洼地、危石等进行处理，防止地表水向下渗漏或陷穴等继续扩大影响隧道安全，确保边仰坡稳定。

(3)明棚施工

洞口外设长度为5m明棚。明棚采用Q235D51×3.5mm焊接钢管脚手架搭接，宽度4m，高度3.5m；脚手架的埋设深度0.3m，基础底铺设12号槽钢或C30混凝土浇筑，厚0.3m；立柱间距1m，横杆间距1m，搭接长度不小于0.5m，每跨设置斜撑，接头处扣件不小于2个，顶面采用竹篦板铺设

二、围岩隧道施工

(1)隧道开挖

隧道围岩(暗洞)段采用新奥法施工，光面爆破法开挖，炸药采用

岩石乳化炸药。

①隧道采用新奥法施工，光面爆破施工工艺流程：

依据掌子面的地质情况，确定围岩级别→选定爆破方案→依据爆破设计布眼→凿岩台架钻眼→(按规程领取加工爆破火工品)装药→人员设备退场→起爆→排烟检查爆破效果→修正爆破设计→进入下一工序。

a.钻孔：根据要求的钻孔深度做好标记，使孔底落在同一平面上，周边眼孔深不超过掏槽眼孔深。断面钻孔采用

钻头。要求两茬炮交界处台阶不大于15cm，同时根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。

b.清孔：装药前，用由钢筋弯制的炮钩和小直径高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出吹净。

c.装药：装药分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管“对号入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。炸药量的分配可根据炮眼填装系数进行，采用直眼掏槽可适当增加10～20％，以保证掏槽效果，分配完后，按装整卷或半卷药的档次调整。

d.联结起爆网络：起爆网络为复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时注意导爆管不能打结和拉细，各炮眼雷管连接次数相同，网络联好后要有专人负责检查。

e.瞎炮的处理：起爆后，发现瞎炮时，应先查明原因，因孔外导爆管损坏引起的瞎炮，可以切去损坏部分，重新连接导爆管，再行起爆。

②爆破设计

a.爆破设计的原则

根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深20cm。严格控制周边眼装药量，采用间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布。掏槽及底板眼按抛掷爆破设计，其它炮眼采用浅孔微振动控制爆破，在保证爆破效果的前提下，尽量减少炮眼的炸药用量。

b.光面爆破参数选择

本隧道施工中主要采用光面爆破，通过爆破试验确定爆破参数，试验时参照表1.5。

表1.5 光面爆破参数表

c.浅孔控制爆破参数

距公路和民房200米范围内必须采用浅孔松动爆破，炮孔孔径为36mm，药卷直径为32mm。每次起爆药量不得超过500公斤，超过的必须多次、分层起爆。具体参数，见表1.6。

表1.6 浅孔控制爆破参数表

d.装药结构

周边眼的装药结构采用导爆索连接φ25×200小直径药卷空气间隔装药，不耦合系数一般在1.4～2.0范围内。其他炮眼均采用连续装药结构，装药后将炮泥堵塞在与炸药相接的部位。

e.炮眼布置

通过爆破试验确定爆破参数后，炮眼要合理布置。掏槽方式均采用斜眼掏槽，周边眼间距：一般段按40-50cm设置，相对距为E/V＝0.8～0.83。

f.起爆网路设计

主爆区爆破均采用数码电子雷管网路，为了尽量减小爆破震动波的叠加，且不破坏爆破网路的情况下，孔间延时间隔设置在50-150ms之间，

主爆区爆破采用毫秒延期非电导爆管雷管网路，为了尽量减小爆破震动波的叠加，且不破坏爆破网路的情况下，孔内用11段管，孔间用5段，排间用7段，

g.爆破作业

I测量放线

用全站仪确定开挖轮廓线及周边眼、掏槽眼和辅助眼的位置。每次测量放线时，对上次爆破效果检查一次，并将结果告知技术人员和爆破人员，及时修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。

II钻孔作业

i采用拼装式简易台车，YT28凿岩机钻孔。

ii炮眼位置及数量严格按照爆破参数施作。特别是周边眼和掏槽眼的位置、间距及个数，不得随意改动。

iii钻孔位置误差不大于5cm，方向平行，严禁相互交错。

iv周边眼钻孔外插角度控制在4°以内，眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不超过15cm。

v同类炮眼钻进深度要达到设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。

III装药爆破

i实行定人、定位、定标准、定段别的岗位责任制，不准乱装药。

ii装药前，仔细检查炮孔的位置、深度、角度是否符合设计要求，有不正确者采取补救措施或废弃重钻。同时认真进行清孔，将所有炮孔中的残碴积水排除干净，用高压风吹净尘沫。

iii装药时严格按照设计的装药结构和装药量施作。

iv周边眼采用不耦合装药，底部装加强药卷，其他眼采用连续装药。

v无论采取何种形式的装药结构形式，都必须用炮泥堵塞密实，堵塞长度不小于20cm。

vi严格按设计的联接网络实施起爆，注意导爆管的连接方向和联接点的牢固性。

IV爆破效果监测及爆破设计优化

超欠挖检查；

i开挖轮廓是否圆顺，开挖面是否平整检查；

ii爆破进尺是否达到爆破设计要求；

iii爆出石碴块是否适合装碴要求；

iv炮眼痕迹保存率≥80％，并在开挖轮廓面上均匀分布；

v两次爆破衔接台阶不大于15cm。

每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。爆破设计优化内容：

i根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距、用药量，特别是周边眼；

ii根据爆破后石碴的块度修正参数；

iii根据爆破振速监测，调整单段起爆炸药量及雷管段数；

iv根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，爆破眼眼底基本上落在同一断面上。

爆破作业为开挖天然气管道平巷隧道等，遇山体开挖25米长的平巷隧道，便于安装管道。

h.隧洞爆破参数

i洞挖断面 2.5m×2.5m直墙圆弧形断面

ii孔径

iii炸药单耗 q＝1.8kg/m³

iv循环进尺 h＝2m

v炮孔布置总孔数 n＝3.3(s2f)1/3＝42(设计5个掏槽孔、底眼5个，帮眼6个，顶眼7个，辅助孔19个)

vi孔距

掏槽孔孔距 a＝20cm

辅助孔孔距 a＝80-120cm

周边孔孔距 a＝85-70cm

vii孔深

掏槽孔孔深 L＝250cm

辅助孔孔深 L＝230cm

周边孔孔深 L＝220cm

viii药量计算

每一循环进尺方量 V＝14×2＝28m³

掏槽孔单孔药量 Q掏＝5×0.3＝1.5

底眼单孔药量 Q底＝5×0.3＝1.5

周边孔单孔药量 Q周＝3×0.3＝0.9

辅助孔单孔药量 Q辅＝4×0.3＝1.2

每一循环进尺需要的总药量 Q总＝qV＝48kg

ix最小抵抗线

掏槽孔最小抵抗线 w＝1.3m

周边孔最小抵抗线 w＝1m

x起爆网路

采用孔内微差起爆网路。掏槽孔装1段管，辅助孔装5段，外圈辅助孔装7段，帮眼底眼装9段，顶眼装11段。

单响最大起爆药量 1.2×19＝22.8kg

(2)隧道衬砌

根据隧道受力计算，综合考虑隧道围岩地质特征、工程的重要性和服务年限长等因素，对围岩隧道采用超前支护、初期支护、二次衬砌、壁后压浆相结合的衬砌形式。

①超前支护

对平巷隧道开挖前采用超前管棚注浆+格栅钢架超前支护措施，以保证隧道进洞安全。超前管棚单排布置，外径89mm，长10.0m，环距0.3m。压注水泥浆时严格控制注浆压力和注浆量，防止欠压和超压现象，确保质量和安全。每榀格栅钢架间距为0.6m～1.2m。

②初期支护

对围岩采用C20喷射混凝土，厚度为100mm，在拱部和边墙中上部设置Φ22水泥砂浆锚杆，锚杆长度为2.5m，间距1m，呈梅花型布置，在拱部和边墙部位设置Φ6的双向钢筋网，采用超前管棚进行预加固支护。

喷锚作业紧跟开挖工作面进行；首先，初喷混凝土厚度4～5cm；其次钻打并固定锚杆；再次将钢筋网铺设在锚杆端部并焊接固定，根据实际围岩情况确定是否使用工字钢钢架进行支护；最后多次分层喷射混凝土至设计厚度，并保证喷层表面平整、圆顺。

锚杆采用YT-28凿岩机钻眼，搅拌机拌制砂浆，牛角泵灌注，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，并注意随时排除孔中空气。

钢筋网的铺设在初喷施作后安设；钢筋网必须安装顺直，随被支护岩面的实际起伏状铺设，钢筋网与围岩密贴。钢筋网片统一加工，加工所有材料与参数严格按照设计进行。钢筋网加工允许偏差：间距±10mm，搭接长度±15mm；表面保护层厚度不小于20mm。安装时搭接长度不小于1个网格。采用人工铺设，利用预埋钢筋连接牢固。

③二次衬砌

对围岩采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30；直墙、圆弧拱厚度均为250mm，底板厚度为200mm，

二次衬砌施工作业前，要求围岩和初期支护变形基本稳定，量测监控数据表明位移率明显减缓、收敛值拱脚附近小于0.2mm/d和拱顶下沉小于0.15mm/d，方可施作二次混凝土衬砌。

④壁后压浆

隧道衬砌浇筑完毕后，应在衬砌拱部背后压注M20水泥砂浆，以达到初期支护、二次衬砌与围岩之间的紧密结合。压浆孔沿隧道每个横断面布置1个，沿隧道纵向间距5m。其中，压浆压力为0.2MPa～0.5MPa。

三、隧道内管道敷设施工

隧道内管道直径为D610mm，采用回填袋装砂土方式敷设，隧道断面型式采用2.5m×2.5m的直墙圆弧形。

平巷隧道内采用袋装砂土回填方式敷设管道，首先在管道周围包裹一圈袋装细土，然后利用反井钻穿越钻头切削下来的细砂进行袋装，将袋装细砂码砌在袋装细土外环和隧道断面之间，袋装砂土回填满整个平巷隧道断面。

隧道内袋装砂土充填完成后在洞口处采用1道净高3.3m，长度为5m的浆砌石挡墙进行洞口封堵。

本申请提供的方法，于隧道内管道敷设施工前对斜井穿越工程中安装的斜井管道与平巷隧道穿越工程中安装的平巷管道进行焊接作业。

本申请提供的方法，于隧道内管道敷设施工的同时对斜井穿越工程中(反井钻)斜井进行封堵与填充；然后恢复周边地貌，交工验收。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于，所述方法包括：

定向钻进，通过定向螺杆钻具对钻孔轨迹进行定向控制；采用无线随钻测斜仪进行监测，将测得的数据进行反馈，综合钻孔深度参数分析得出钻孔轨迹；

每钻进一单根定向螺杆钻具测斜一次，设定5-10米为一个测点，当钻孔偏距大于0.5米或钻孔斜角偏差大于0.8°时，增加测点的密度；

制定定向纠偏设计方案并利用弯螺杆钻具造斜角度进行反向钻进实现纠偏，同时无线随钻测斜仪进行实时跟踪测量反馈；

其中，所述弯螺杆具钻包括1.25°的螺杆钻具和/或下入弯角1.5°的螺杆钻具，并于纠偏过程中定向钻进1-3米。

2.根据权利要求1所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：所述定向钻进包括采用复合钻进方式，定向螺杆钻具为定向钻进钻具和复合钻进钻具组合；当正常钻进时，钻机和定向螺杆钻具同时旋转，提供较高的转速进行钻进；在无线随钻测斜仪测定出偏斜的情况下，弯螺杆钻具采用滑动钻进。

3.根据权利要求1所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：还包括施工准备，所述施工准备包括隧道洞口和明棚施工、围岩隧道施工以及隧道内管道敷设施工工序；于围岩隧道施工工序中采用超前支护、初期支护、二次衬砌、壁后压浆相结合的衬砌形式。

4.根据权利要求3所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：于超前支护中采用超前管棚注浆、格栅钢架超前支护措施，所述超前管棚单排布置，外径89毫米，长10.0米，环距0.3米，每榀格栅钢架间距为0.6-1.2米。

5.根据权利要求3所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：于初期支护中，对围岩采用C20喷射混凝土，混凝土喷射厚度为100毫米，在拱部和边墙中上部设置Φ22水泥砂浆锚杆，锚杆长度为2.5米，间距1米，呈梅花型布置，在拱部和边墙部位设置双向钢筋网。

6.根据权利要求5所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：于初期支护中，初喷混凝土厚度4-5厘米，然后钻打并固定锚杆；再后将钢筋网铺设在锚杆端部并焊接固定，并可使用工字钢钢架进行支护；最后多次分层喷射混凝土至设计100毫米厚度。

7.根据权利要求3所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：于二次衬砌工序中，围岩采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30；直墙、圆弧拱厚度均为250毫米，底板厚度为200毫米。

8.根据权利要求3所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：于二次衬砌工序前对拱部的拱脚和拱顶下沉数据进行监测，其中拱脚处小于0.2毫米/d，拱顶处小于0.15毫米/d。

9.根据权利要求3所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：于壁后压浆工序中，压浆孔沿隧道每个横断面布置1个，相邻两个所述压浆孔沿隧道纵向间距为5米，压浆压力为0.2-0.5兆帕。

10.根据权利要求1所述的天然气管道反井钻穿越施工方法，其特征在于：还包括导孔施工，所述导孔施工采用水和膨润土配比为10：1的泥浆作为冲洗液，于破碎带或泥岩地层时，增大冲洗液循环量，在将泥质部分冲洗干净后，提钻进行灌浆处理，待浆液达到强度后重新进行导孔施工。