黄河卵石地质条件下定向钻穿越的设计与应用

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1、黄河卵石地质条件下定向钻穿越的设计与应用Design&applicationofHDDcrossingHuangheriverinthegravellayer彭云超（华东管道设计研究院）摘要：中石化在河南建设洛阳至驻马店成品油管道，管道全长为425km。超厚卵石层的穿越一直是定向钻的禁区，而中石化在洛阳东南采用定向钻成功穿越超过30m厚的卵石层的黄河。本项目采用了两端加钢套管，用两台钻机在中间对接的穿越方案。实施过程中成功的解决了在卵石中倾斜顶进钢套管，以及在砂岩中对接管道的难题。本定向钻穿越于2006年3月20日正式开工，9月29日竣工。其穿越的成功，标志着在

2、超厚卵石层的定向钻穿越方面有了较大的进展。主题词：管道定向钻对接穿越卵石一、前言中石化在河南建设洛阳至驻马店成品油管道，管道全长为425km。成品油管道在洛阳东南穿越黄河，穿越处管道规格为φ355.6×9.5。在合理的可经过区域，都需要穿越超过30m厚的卵石。在经过定向钻、跨越、盾构、顶管等多方案比选之后，选择了安全性、工期、维护量、经济性较好的定向钻穿越。穿越卵石层一直是定向钻应用的难点，根据广泛的调研，国内定向钻穿越卵石层最厚为10m左右，且采用了入土端下套管，出土端大开挖的穿越方式。国内也有对定向钻穿越中的不超过10m厚的卵石采用灌浆固结的方法，实施效果不

3、太好，仍旧有较大规模的塌孔（可能由于灌浆施工单位施工原因或者砂卵石中胶结程度的不均匀，造成高压水泥浆不能到达预期的注浆区域）。本次穿越在出入土点的卵石层厚度均超过30m，埋深超过40m，卵石层的通过方式是穿越成功的关键。对于30m厚卵石层，本穿越采用大角度出入土，加设套管的方案；水平段避开了卵石层，在较深的地层中穿越；由于两侧卵石层都很厚，需要采用定向钻河底对接的技术。本方案成功穿越1630m黄河，并同孔回拖φ121光缆套管，为相关地质下的定向钻穿越积累了宝贵经验。二、穿越设计1、地质情况经勘探揭露，在勘察场地内地基土（岩）共分6层。①～③层为第四系全新统冲洪积

4、形成的砂性土和碎石土，④层为第四系上更新统冲洪积形成的碎石土，⑤～⑥层为上第三系洛阳组沉积形成的粉砂岩、粉细砂岩。现自上而下分述如下：①粉土（Q4al＋pl）浅黄色。局部夹粉细砂薄层，孔隙不甚发育，稍湿～饱和。松散。该层层厚1.40～8.50m，层底标高106.14～112.55m。②中细砂（Q4al＋pl）褐黄色、灰黄色。矿物成分以石英、长石、云母为主。含有少量砾石。局部夹粉质粘土薄层，饱和，松散－稍密。该层层厚0.50～8.80m，层底标高99.45～109.78m。③卵石（Q4al＋pl）杂色。物质成分以石英岩、石英砂岩为主，次为安山岩、玄武岩等。磨圆较好

5、，多呈亚圆形。一般粒径30～70mm，大者90～140mm，含零星漂石，卵石含量55～60%，个别70～80%。充填物为砂、小砾石及少量粘性土。饱和。中密。局部夹有砾石薄层。钻进中多有塌孔、漏浆现象。该层层厚16.70～32.80m，层底标高73.30～86.20m，在勘察区域内普遍分布。④卵石（Q3al＋pl）杂色。物质成分以石英岩、石英砂岩为主，安山岩、玄武岩次之。磨圆较好，多呈亚圆形。一般粒径20～60mm，大者70～80mm，含零星漂石，卵石一般含量55～65%。充填物为砂、小砾石及少量粘性土。饱和。中密～密实。局部夹有砾石薄层。钻进较困难。该层钻孔揭穿

6、部分层厚5.80～19.2m，层底标高63.15～74.79m，该层普遍分布。⑤粉砂岩（N）浅黄色、褐黄色。矿物成分以石英、长石为主，含有灰绿色条带及黑色锰质成分。钙泥质微胶结，胶结较差。岩芯呈短柱状及散砂状。强度低。易风化碎裂。局部夹泥岩薄层。该层层厚0.90～7.70m，层底标高56.71～70.05m，该层（含亚层）普遍分布。⑥粉细砂岩（N）浅黄色、棕黄色。矿物成分以石英、长石为主，含有灰绿色条带及黑色锰质成分。钙泥质胶结,胶结一般，强度较低，局部胶结较好，强度较高。岩芯多呈短柱状及散砂状。局部夹有泥岩薄层。该层未揭穿，揭露厚度为2.5～16.8m，层顶标

7、高为54.70～68.05m。2、设计方案⑴、防洪要求按照《洛阳－驻马店成品油管道穿黄工程防洪影响评价报告》提供的数据，穿越断面处属于黄河游荡性河道河势及河床断面冲淤变化的复杂区域，天然条件下，1985年以来穿越断面处历年主流摆动达550m，预计今后一定时期内各种洪水条件下黄河主槽摆动范围可达1500m，主槽摆动范围内最大冲刷深度均为18m。主河槽管道必须位于冲刷线以下。⑵、技术方案根据地质情况，现场实际情况，施工单位设备配备等，制定以下技术方案：●黄河管理部门不允许穿越黄河大堤，由于主河道偏向北岸，北岸没有足够的管道预制场地，因此确定以北岸为入土点，南岸为出土

8、点。●穿越的出土端和入土