马光路
广州电力建设有限公司
摘要：小型水平定向钻施工在广州电力管道敷设方面应用广泛，特别是在繁华路段穿越公路工程应用较多，但由于城市空间限制，小型钻机本身的设计特点——拉力小、泵压低，即使在操作“零失误”的情况下，由于地层、土质等原因，也无法从根本上避免因回扩头卡死，孔壁坍塌造成卡钻，管材无法拖出等问题的发生。本文通过作者实际工作经验，采用一种管内切割工艺解决了上述问题。
关键词：小型钻机；施工卡钻；切削刀头；工艺改进
1 概述
2018年9月，我司负责施工的广州地铁金金区间高压线路迁改土建工程——位于双山大道与广丰路交汇处穿越双山大道顶管施工段，9月7日进场施工，9月8日进行回拖拉管工序时拉管失败，调查后确定事故原因：由于地层原因造成卡钻，回扩头、拉管器、钻杆等设备无法顺利拖出，致使工期延误、财产损失。
事故发生后，相关领导及有关部门立即投入到“抢救”工作中，将CASE6060与CASE6032分别安置在出入钻口进行“推、拉”配合“抢救”作业，为平衡孔内压力、防止垮塌，不断向孔内灌注泥浆，至9日上午7时，拖出管材40m，剩余约13m管材仍无法拖出。10时左右，现场决定利用偏心刀头将孔内管材切断，反接管头进行回拖，至10日上午6时，由于切割装置稳定性较差仅成功反向回拖出管材8条，余下4条管材无法进行有效切割，留在孔中，造成钻杆、回扩头，管材损失。
以下为事故地点施工设计图纸（图中南北走向红色轨迹为事故段）
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2 我公司现有施工工艺特点
2.1 小型钻机施工特点
由于市区施工特点，常规的开挖路面施工技术已不适应城市发展的需求。根据城市施工特点——施工场地小、对噪音的限制等，使小型钻机施工得到施工单位的好评及认可。
但由于小型钻机本身的设计特点——拉力小、泵压低，即使在操作“零失误”的情况下，由于地层、土质等原因，也无法从根本上避免因回扩头卡死，孔壁坍塌造成卡钻，管材无法拖出等问题的发生。本着“亡羊补牢”的理念，公司决定一定要将施工卡钻造成管材无法“救出”问题解决，将损失降低。
2.2 现有卡钻解决方法及劣势
现阶段施工管材回扩过程中造成卡钻的解决方式是采用偏心刀头管内切割，反向拉管进行事故“抢救”。主要工作原理：将旋转半径略大于管材半径的单刀偏心刀头替代钻头体接在钻杆前端，将其随钻机钻杆推送至管材所要切割的位置，用钻机动力头带动钻杆、偏心刀头旋转，将管材切断。此切割方式存在以下弊端：
一是偏心刀头由于重力作用只能切割管材下方约三分之一部位，无法将管材断面全部切断，切割效果较差；
二是切削具需安装在钻杆前端，与钻机动力头相连，将偏心刀头沿管材路径推入管材内，切割工艺复杂、安装繁琐，并且在推送偏心刀头的过程中容易造成管材损坏，特别是管材焊接突起处易被磨损，造成焊接处断口，断口位置不确定性较大，效果不理想。
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非开挖水平定向钻施工示意图
3 解决方案分析
3.1 方案设想
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3.2 方案的具体分析
此方案的关键控制点在于：
1、新刀头具体的切割工艺、工作原理以及弹卡；
2、如何实现切削刀头的运送；
3、动力源（电机）的提供；
4、防水等保护措施。
3.3 对策实施
实施1：切割工艺、工作原理以及弹卡，根据要达到的目标，设计了如下图所示的切削刀头。
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上图为切削刀头闭合时，直径=125mm 上图为切削刀头展开时，直径=165mm
工作原理：施工中管材内径多为140mm（外径为160mm，管材厚度为10mm），切削刀头闭合时直径为125mm，展开时直径为165mm，故满足切割的条件。卡位安装弹簧助力装置，切割时，顺时针方向旋转，由于离心力作用刀片移至工作位置上进行切割；工作结束时，按逆时针方向旋转，借助卡位弹簧助力，刀片收回，实现了切削刀头的弹卡功能。
检验：将刀头安装在室外电机上进行试验，对刀头进行顺时针、逆时针两个方向旋转试验，观察刀片位置变化是否符合切割要求。
结论：符合应用要求。
实施2：切削刀头的运送，具体的施工工艺与“通管”的施工工艺相同，利用两组“三滚轮”固定装置后接小直径HDPE管（3米一个接口），手动将切削刀头送至目标位置。
检验：通过试验，可以利用滚轮装置手动将切削刀头送至目标位置。
结论：滚轮能有效避免管材损坏，两组“三滚轮”固定装置能产生扶正作用，试验效果理想。
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注：如在送至目标位置过程中阻力过大，可反复推拉几次，然后继续推送。
实施3：动力源的提供，公司利用现有资源可提供一个小型的电机（额定电压24V，直径5cm）为切削刀头提供动力，并保证电源连接，提供动力的同时可以自行选择顺时针旋转和逆时针旋转。
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检验：通过管材切割试验，该电机马力能够有效对现有管材进行切割，并可通过电源正负极接线方式，实现正反两个方向的旋转。
结论：达到预期效果。
注：为避免电机发热导致损坏，可进行间歇性切割。
实施4：保护措施，用防水套管将电机和电机与切削刀头连接处的导线包裹完整，用防水胶和热缩套进行密封，维持切削具（即连带电机、导线和防水套管的切削刀头）切割的正常运行。
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切削具工作剖面示意图
检验：将切削具浸入到清水中，24小时后拿出，观察情况，打开防水套管，发现稍有渗水现象，渗水现象不严重，后多加一层热缩套进行防水保护。
结论：基本达到预期效果，需提高防水套管密实程度，所选用的电机其自身具备一定的防水功能。
4 效果检查
在公司基地进行现场试验，先将焊接好的直径160mm管材（约40m）安置在地面上，将连带电机的切削刀头、导线用防水套管、热缩套包裹固定，伸入管中并送到目标位置，用管外的开关箱控制切削刀头的正反转和开关，实现切割。对管材进行3次切割，切割时间分别为10分钟、8分钟、13分钟，达到预期目标。
完成切割后，将切削刀头拖出，经检查确定电机未因发热而导致损坏，切割刀片并未损伤。
管材切割完成之后，观察管口切割面光滑平整，整体管材并无严重损伤，不影响管材的二次利用，效果理想。
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5 结束语
改进后的内切管工艺，减少了卡钻事故造成的管材损失，取得了较好的经济效益，总结其优点如下：
1、工艺简单、方便，较原切割工艺可操作性强，随意性降低；
2、切削效率高，管材断口理想，且避免了管材的损坏；
3、减少管材的浪费，将无法避免的损失降到最低；
4、管材反向回拖成功，能提高正向拉回钻具的成功率，减少事故损失。
我公司对此工艺的改进得到了上级公司及社会同行的好评。