HDD管道穿越环空泥浆固结变形特性研究

DATE：2018-02-01

项目简介：

在采用水平定向钻进（HDD）这一高新技术穿越大江、大河进行管道工程施工时，遇到了如地面冒浆、管道破坏、管涌等诸多工程问题及其相关的基础理论问题，制约了该油气管道建设新技术的推广应用。研究解决采用HDD 技术穿越河流堤岸时所产生的上述问题，特别对于大直径管道穿越工程（如西气东输二线的直径1219mm 的管道）竣工后，如何揭示管道和钻孔孔壁之间可达400mm 的环空间隙内所留下大量混合泥浆的固结变形规律，评价其对河流堤防的潜在危害和对防洪的影响，研究其对管道造成损伤或破坏的潜在影响，确保管道竣工后的安全运行等，都至关重要。本课题研究成果有助于HDD 这一长输管道施工关键技术的进一步推广应用，为确保我国大型油气管道工程顺利建设和安全运营提供重要科学依据。所以，本项目拟以HDD 管道穿越工程竣工后的环空泥浆为研究对象，揭示其固结变形特性等关键科学问题，具有重要的工程实际意义和科学价值。

研究内容：

本课题拟结合类似于西气东输管道工程项目中普遍采用的HDD管道穿越技术，重点开展如下基础理论问题的研究：

A 环状空间中混合泥浆的固结变形规律研究

采用HDD管道穿越技术时，为了保证管道的顺利回拖施工，最终的扩孔直径通常是拟铺设管道直径的1.2~1.5 倍，或者钻孔直径比管道直径大300mm左右，在钻孔与管道外壁之间的环状空间中充满了泥浆和钻屑的混合物，通常称为环空混合泥浆（如图2）。环空泥浆的密度比周围土体小的多，具有含水量高、流动性强等特点。这种混合泥浆体将会随着时间的增长而缓慢固结，本课题将研究该环空泥浆的固结变形特性，研究环空泥浆体在不同时间阶段的物理力学性能变化。这将对于判断所穿越的江河堤岸是否存在发生沉降与管涌的危险提供理论依据。

B 渗流场对环空混合泥浆固结变形的影响规律研究

由于本课题研究的是大型河流穿越环境下环空泥浆固结变形特性，环状空间中的混合泥浆体往往受河流的强渗流场作用，因而，还非常有必要研究渗流场对环空混合泥浆体固结变形的影响。

C 环空混合泥浆体固结变形对堤防安全的影响研究

研究环空混合泥浆体固结变形后引起的堤岸土体变形，研究在渗流作用下，沿钻孔环状空间发生管涌的临界条件及诱发机制。在两种最危险的情况下研究管涌和流土形成的可能性，即设计洪水位（百年一遇）和设计洪水位回落到低水位过程中环状空间发生管涌流土的可能性。

D 管道和环空混合泥浆体相互作用研究

HDD穿越河流最终的目的是铺设一条合格无损的管道，为了获得铺设后管道在钻孔环状空间内的受力与变形特性，确保管道运行安全。我们还需要研究管道和环空混合泥浆体的相互作用关系，探索环空混合泥浆体的固结变形及周围土体变化对管道安全的影响及耦合机制。