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非开挖各类粘土抱钻及其解决方法!

2021-09-06    点击量(
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 粘土定义 

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1.老粘性土:第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的粘性土,一般具有较高强度及较低压缩性。

2.一般粘土:第四纪全新世Q4沉积的粘性土,但其在湖塘、沼泽、沟谷等地的工程性能较差,一般为欠固结结构,强度较低。

3.红粘土:碳酸盐类岩石经风化后残积坡积形成的褐红、棕红及黄褐色等的高塑性粘土,其天然孔隙比e大于1.0,在一般情况下,天然含水量w接近塑限wp,塑性指数Ip大于20,饱和度sr大于85%,压缩性低。

4.黄土:在半干旱气候条件下形成的具有褐黄、灰黄或黄褐等颜色,并有针状大孔,垂直节理的一种特殊土。描述时注意孔隙大小和多少,孔隙形状,节理发育程度,黄土分非湿陷性和湿陷性,湿陷性分自重湿陷性和非自重湿陷性黄土。

5.膨胀土:粘粒成分主要由强亲水性矿物组成,液限w1>40%,且膨胀性较大(自由膨胀率Fs>40%)

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表现 

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以上各类粘土层在非开挖定向钻施工过程中都可能发生膨胀缩径抱钻及粘附抱钻,施工过程中有有以下工况表现:

1.导向距离超过50米后入钻点不返浆,且沿途地面开始冒浆;

2.导向时回转扭矩逐渐增大;

3.导向孔及第一、第二遍扩孔时一切正常,但第二遍或者第三遍扩孔时扭矩逐渐增大;

4.扩孔时,距离出入土点超过50米时入钻及出钻点不返浆;

5.钻杆及扩孔器上粘附较厚泥层;

6.短距离拉管(PE管)管材变形(变扁);

 

老粘土抱钻

红粘土抱钻

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不同型号钻机、钻杆扭矩表 

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                                                解决方法
两种途径解决,一是利用
泥浆降失水、护壁及润滑;二是利用施工工艺,即,最短时间内完成施工或者反复搅拌破碎

(一)泥浆工艺

(1)使用泥浆工艺解决粘土抱钻的原则是护壁、降失水,即不扰动除终孔直径外的更深地层中的粘土,原状土不扰动不吸水是不会发生吸水膨胀及粘附的。

推荐泥浆配方:5%膨润土基浆+0.1%Na-CMC+0.1%PAC141

(2)很多时候发现粘土抱钻是在第二遍或者第三遍扩孔阶段,此时更有效的解决方法是润滑及抑制粘土分散膨胀。具体做法为:

使用聚丙烯酰胺水溶液清孔或者套洗。

推荐聚丙烯酰胺水溶液配方:

淡水+0.1%-0.3%聚丙烯酰胺(PAM)(分子量大于1200万,水解度20%-30%)附图:

 

套洗工具

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(二) 施工工艺:

此类方法适用于短距离小管道。未开工前确认穿越地层为粘土层,极易发生粘土抱钻时,行之有效的解决方法是以最短时间完成施工,因粘土遇水分散膨胀需要一定时间,在粘土分散膨胀之前完成施工。如施工过程中发生粘土抱钻,但仍可以正常扩孔及清孔,不具备拉管条件,可以使用物理搅拌打碎的方法。使用开放式扩孔器/清孔器反复扩孔及清孔即可。附图:

 

开放式扩孔器

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刮刀式扩孔器

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