摘要：长输管道非开挖技术施工主要为定向钻和顶管，其中定向钻施工效率和精度优于顶管，在非开挖领域占主导地位。定向钻施工中因地下施工的复杂性和施工单位自身管理等各种原因，经常出现定向钻穿越失败的情况，本文以一次长输管道大型定向钻施工穿越失败案例，对定向钻施工失败的原因进行分析，总结经验。
关键词：定向钻；回拖； 抢救方案
1 引言
本文提到的大型定向钻工程为过江定向钻，穿越管道规格为φ813×16.6mm，设计压力6.3MPa，穿越长度3.3km。穿越过程中采取两岸对钻方式，穿越最大埋深45米，穿越过程采用四级扩孔方案，最后一级为48吋扩孔器扩孔清洗。管道穿越长度较长，因预制场地有限管道回拖采取“二接一形式”，采用漂管回拖减少回拖阻力。
2 回拖过程回顾
回拖时主钻机的六个行走马达中的其中一个马达损坏（齿轮箱减速带损坏）,抢修后可正常工作。
2小时后，行走马达再次出现损坏故障，且不可修复，为助力管道回拖，对岸开始安装推管机，此后，主钻机以5个行走马达重新启钻。为防止功率过大，采取控制主钻机拉力，对岸启动推管机助力。
1小时后，主钻机地锚开裂，推管机基础拉裂，必须停机抢修。同时安装紧急采购的行走马达（国产型号，损坏马达为美国进口型号）和夯管锤。钻机再次启动后，管道尾部使用2000吨夯锤助力，但此时回拖速度显著减慢，单根钻杆出土用时6小时，随后主钻机尾锚钢丝绳拉紧出油，临时锚固系统超出受力极限，现场综合研究判断前进基本无望，此时管道入洞2.5km左右，剩余800m。
图1管道回拖示意图
3 抢救方案分析
3.1 开挖管道至管头处
本工程定向钻有800m在洞中，管头处位于江面地下30m，无法采取开挖方式抢救管道。
3.2 管道回拔，抢救管道
穿越失败后，紧急磋商后确定回拨方案。主要措施有加固主钻机和推管机地锚、持续注浆、套洗已入孔管道、安装回拔滑轮组系统等。套洗管道至144根钻杆长度时，推力和扭矩超过警戒值，此后开始回拔套洗钻杆，往复套洗。全部准备工作完成，采用挖机拖动滑轮组开始回拔。回拔滑轮组初始拉力1000吨左右，此后逐渐增加至1200吨左右时，一组主锚钢索拉断，管道未移动，此后加装了夯管锤助力，但仍没有效果，当拉力增至1300吨左右时，其中一组钢制滑轮拉环断裂，本次回拔工作失败。
3.3 沉井顶管方案
该补救方案总体思路为先通过测量管头位置后，采用探孔确认准确位置及深度，再在管头处采取沉井施工，沉井完成后再开展后续顶管施工，将剩余800m管道割管后以顶管方式顶进至孔洞内管道连头处，然后利用沉井进行连头施工。
图2沉井施工平面图
考虑到以下原因工程建设方放弃该方案：
1）施工过程需办理用海作业许可，周期及手续办理存在不确定性；
2）需办理借用高速施工便桥的手续，大桥主体施工已完成，便桥何时拆除，是否同意借用；
3）施工过程中涉及海上作业、高空作业、大型吊装作业、潜水作业等多种高难度作业，安全风险点较多；
4）该方案费用较高，接近重钻费用。
4 失败原因分析
经综合分析，定向钻回拖失败直接原因为设备故障造成长时间停顿，期间泥浆逐渐失效、孔洞发生淤缩，回拖摩擦力持续增大；多次起停极有可能破坏了孔道，造成局部区域发生坍塌；随后地锚开裂等一系列次生问题相继出现，导致回拖失败。
具体原因分析如下：
4.1 钻机原因
钻机行走马达故障是主要因素，从最初的起步回拖拉力较小，到行走马达故障，再到第二次行走马达故障，因现场未有马达备件，停工时间较长，拉力涨幅高，且后续持续上涨。马达故障造成拉力持续性上涨，也间接导致锚固系统出现问题。
4.2 地锚因素
锚固系统出现故障是本次失利的次要因素，通过计算，该锚固系统强度能满足本工程需要。之所以出现问题，是因为锚固箱的支撑力量完全依赖连接杆的拉拽力，连接杆受钻杆频繁的拉力与放力，焊接部位多次受到交变应力，拉力增大后缩短了焊接部位断裂的时间。
4.3 管理责任
1)施工单位根据以往工程经验进行施工，未充分考虑到不同区域地质情况，对困难预计不足，现场缺少主要设备备件，行走马达出现问题后，临时购买时间过长，错失了黄金抢救时间。
2)推管机就位后没有按照施工方案提前安装好，临时焊接的钢结构基础不牢，推管机使用效果受限。
3)现场响应机制动作慢，定向钻出现问题时，现场整体调度混乱，工人呈现松散状态。
4.4 技术问题
推管机就位位置有问题，管道回拖时，设有猫背，推管机距离猫背较远；工作时，推力与入洞口夹角较大，使用效果大打折扣。
泥浆配比有问题，泥浆性能无法满足工程所在地淤泥地质要求，对洞口的支撑力不够。施工过程未对泥浆的溶度、比重进行有效控制，加上管道在孔洞中滞留时间过长，导致孔壁塌陷，泥浆抱住管壁，阻力急速增大，致使前拖和回拔均无法成功。
5 经验和教训
1.对施工风险问题认识不足
定向钻施工风险主要有以下四个因素：一是地质因素，由于定向钻施工方案依托的地勘资料是通过取样获取的，若地质组成复杂，就存在一定风险；二是钻具设备因素，特别是对于大口径长距离的穿越，一旦施工过程中机具出现问题引起停顿，极有可能造成施工失败；三是工艺因素，如扩孔级别、泥浆配比等，不同状况就要有适应的工艺去应对，因此对操作者的技术经验要求比较高；四是环境因素，自然灾害、人为活动、材料供应等都会对定向钻正常施工造成影响。每一个因素出现情况，即使看似微不足道，都有可能影响定向钻施工的最终成败，因此要做好防范，准确发现问题，及时处理。
2.对定向钻施工保障措施的底线意识不够
现场管理中对各项措施的底线思维意识不够。如本次施工使用的主钻机品牌为美国奥格DD1300，最大拉力600吨，扭矩135000Nm。该钻机平时进行了正常的保养维护，一般情况下极少出现故障，因此在钻机备件方面没有要求，回拖前也没有要求做保养。结果行走马达出现故障，无备件可用，造成长时间停滞。地锚施工未引起足够重视，本次回拖失败实际工况是钻机多次启停，拉力变化大且频繁，后来在使用推管机助力回拖时又对地锚形成间断性推力，导致地锚系统松动，最终出现拉裂。因此需强化施工底线意识，准备工作要到位，主要设备备件要充足。
3.专业知识不足成管理的缺位
现场管理人员缺乏定向钻施工的专业知识，对诸如大型定向钻穿越工程之类的长距离、复杂地质条件下的定向钻穿越在技术上主导性不够。当现场出现紧急状况时不能提出有效的处理办法，实质上造成了管理的缺位。因此需加强管理人员的专业技术培训，同时，对难度较大的定向钻穿越施工可邀请相关专家现场监督、指导。
参考文献
[1] 孙卫厚；水平定向钻施工失败原因探究[J].中文科技期刊数据库，2017
[1] 李旦鸿；周海斌；长输管道定向钻回拖失败原因分析[J].化工管理，2019
作者简介：马明光（1992.06-），男，汉族，大学本科学历，助理工程师，现就职于浙江省电力建设有限公司，专业研究方向：能源工程。