모래 방향 드릴링 중 붕괴를 처리하는 방법

예방 위주.

모래 수평 방향 드릴링 진흙 기술

작가: 진뢰

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수평 방향 드릴링 (HDD) 은 지면에 설치된 드릴링 장비를 활용하여 지면의 작은 입사각에 상대적으로 지층으로 드릴하여 가이드 구멍을 형성한 다음 가이드 구멍을 원하는 크기로 확장하여 파이프 (선) 를 놓는 기술입니다. 시공에서 추적 및 안내 기능을 갖추고 있다. 이 기술은 도시나 대형 자연 장애물 하에서 굴착법으로 지하관을 깔지 못하는 문제를 해결했다.

드릴은 지층을 통과하여 구멍을 형성하는데, 구멍은 공간적으로 거의 수평이다. 구멍 안이 모래 등 느슨한 지층에 둘러싸여 있을 때 구멍 안에서 사고나 품질 문제가 발생하기 쉽다.

1 모래 층이 횡단 공사에 미치는 악영향

모래알 사이의 접착력이 약하거나 접착력이 없기 때문에 드릴링 후 지층의 원래 응력 상태가 깨지고 모래층이 정성적으로 시공을 통과할 때 붕괴 사고가 가장 발생하기 쉽다. 시추하는 동안 무너진 구멍이 발생하면 직접적인 결과는 드릴이 묻혀 드릴과 카드 드릴이 시공되는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 드릴링, 드릴링, 드릴링, 드릴링, 드릴링, 드릴링, 드릴링, 드릴링) 뒤로 당기는 동안 구멍이 무너지면 튜브 저항이 너무 크거나 실패할 수 있습니다. 모래층에서 우물 붕괴의 주요 원인은 다음과 같습니다.

(1) 지층 접착제가 적어서 일단 노출되면 원래의 균형을 잃고 무너진다.

(2) 진흙 침식, 드릴링 과정에서 진흙이 노즐에서 고속으로 분출되어 모래층에 강한 충격을 가해 붕괴를 일으킨다.

③ 눈 그리기 (파이프 배치) 가 너무 빨라서 펌프를 너무 세게 열어 구멍 안의 압력이 거세졌다.

(4) 드릴은 구멍 벽을 지속적으로 충돌시킵니다.

⑤ 과도한 진흙 압력은 지층을 파쇄시켜 우물이 무너질 수 있다.

2 진흙 시스템 선택

2. 1 진흙의 기본 작용 진흙 기술은 HDD 공사의 중요한 구성 요소이다. HDD 시공난이도가 높아짐에 따라 이 기술은 안전, 품질, 빠른 시공을 보장하는 데 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 진흙의 가장 기본적인 기능은 다음과 같습니다.

① 운반 및 서스펜션 드릴 칩.

진흙의 첫 번째이자 가장 기본적인 역할은 자신의 순환을 통해 구멍 안의 드릴 부스러기를 지면으로 옮겨 구멍 안을 깨끗하게 유지하고, 이송과 끌기가 막히지 않도록 하고, 드릴이 항상 접촉하고 깨진 구멍 안의 새 지층을 확보하고, 중복 절삭을 피하고, 안전하고 빠른 드릴링을 유지하는 것이다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 성공명언) 드릴이 언로드되거나 어떤 이유로 펌프가 정지될 때, 진흙은 그 속의 부스러기를 안정적으로 유지하여, 부스러기가 우물 눈에 대량으로 쌓이는 것을 막을 수 있다.

② 구멍 벽을 안정시키고 형성 압력의 균형을 맞추다.

구멍 벽의 안정과 파고드는 법칙은 안전, 질, 빠른 시공을 실현하는 기본 조건이다. 성능이 좋은 진흙은 어느 정도 느슨한 지층을 접착시켜 진흙이 계속 지층으로 새는 것을 방지하고, 셰일의 수화 팽창과 분산을 약화시켜 구멍 벽의 안정성을 높일 수 있다. 동시에, 진흙의 액체 기둥 압력은 일부 지층 압력의 균형을 맞추고 우물 벽이 무너질 위험을 낮출 수 있다.

③ 드릴 및 드릴 냉각 및 윤활.

드릴링하는 동안 드릴이 회전하고 암석층을 깨서 대량의 열을 발생시킨다. 동시에 드릴도 끊임없이 우물 벽과 마찰하여 열을 발생시킨다. 바로 진흙의 끊임없는 순환을 통해 열이 제때에 흡수되어 바닥으로 옮겨져 대기로 방출되어 드릴과 드릴을 냉각시켜 수명을 연장하는 역할을 한다. 진흙의 존재로 인해 드릴과 드릴이 모두 액체에서 회전하여 마찰 저항을 크게 줄여 윤활 작용을 한다.

(4) 수력을 전달하다.

진흙은 드릴의 노즐에서 매우 높은 속도로 구멍을 뚫어 드릴링 속도와 암석 분쇄 효율을 높인다. 또한 주기 중의 진흙은 나사, 유압 충격기 등과 같은 구멍 내 동력 드릴에 추진력을 제공하여 구멍 내 복합 드릴링 또는 모터 드릴링의 요구를 충족시킬 수 있습니다.

2.2 진흙의 주요 성능 지표

HDD 진흙의 경우 주의해야 할 진흙 지표는 주로 비중, 깔때기 점도, 소성 점도, 동적 전단력, 정적 전단력, API 필터 손실, PH 값, 모래 함량, 고체상 함량입니다.

2.3 진흙 성능 지표 선택

① 밀도: 진흙은 일정한 밀도를 가져야 한다. 첫 번째 밀도는 지층에 반압을 주어 지층의 안정을 유지하고 무너지지 않는 것이다.

우물이 지표 아래 20m 정도이고 지층수도 2kg/cm2 의 압력을 받는다면 진흙의 밀도는 1.02g/cm3 이며, 같은 깊이에서 2.04kg/cm2 의 압력을 생성할 수 있습니다. 즉, 지층에 0.04kg/cm2 를 추가할 수 있습니다. 물론 밀도도 너무 높을 수 없다. 그렇지 않으면 지층을 파쇄하여 우물 누출을 초래할 수 있다. 따라서 횡단 깊이가 20m-30m 이면 진흙 밀도는1.02g/cm2-1.04g/cm2 입니다. 이때 진흙에 6% ~ 8% 의 팽윤토를 섞으면 이런 밀도를 얻을 수 있으므로 일정량의 팽윤토를 유지해야 한다.

② 점도: 진흙은 적절한 점도를 가져야합니다. 점도의 본질은 액체, 액체, 고체의 내부 마찰로, 레올 로지를 조절하여 부스러기를 휴대하고 우물 눈을 청소하는 데 도움이 된다.

점토층을 드릴하면 점도가 좀 낮아질 수 있습니다. 30s-50s 입니다. 자갈층을 드릴하면 점도가 70s-80s 더 높을 수 있습니다. 점도를 높이기 위해 팽윤토의 사용량을 늘리거나 고점도 CMC, 폴리음이온섬유소, 트랜스젠더 전분 등 증점제를 첨가할 수 있다.

③ 여과량: 진흙은 여과량이 낮아야 하는데, 이는 진흙에서 헤엄치는 물의 양을 나타낸다. 여과량이 크면 진흙에 유리수가 많고 콜로이드 성능이 떨어지는 것을 알 수 있다. 여과량이 적다는 것은 진흙 속에 결합수가 많고 콜로이드 성능이 좋다는 것을 보여준다. 횡단 깊이가 20m-30m 이면 진흙 필터 손실이 8ml- 10ml 로 제어되어 요구 사항을 충족합니다. 중간 저점도 CMC, 트랜스젠더 전분, 가수 분해폴리아크릴산 암모늄염 (NH4-HPAN) 등 필터 손실제를 넣어 필터 손실량을 줄일 수 있습니다.

④pH 값: 진흙은 적절한 pH 값을 가져야 하며, 진흙의 pH 값을 나타냅니다.

진흙은 팽윤토가 물에 흩어져 있는 콜로이드로, pH 값은 일반적으로 8 이상, 즉 알칼리성을 띠고 있다. 수계 진흙의 pH 값은 9 이지만, 지층의 점토가 수소산소근이온 (OH-) 을 흡착한다는 점을 감안하면, 때때로 지층에 칼슘염과 마그네슘염이 있어 20m-30m 이상 지층을 통과할 때 진흙의 pH 값은 9- 10 으로 제어해야 한다. 일반적으로 가성 나트륨을 사용하여 진흙의 pH 값을 조절합니다. 지층에 칼슘염과 마그네슘 소금이 있다는 점을 감안하면 통과할 때 진흙에서 소다와 소다린을 함께 사용하여 각각 50% 를 차지한다. 특히 대구경 확장에서는 pH 값이 10- 1 1 으로 조정되어 지층 안정성과 진흙 안정성에 도움이 됩니다.

3 모래 진흙 시스템 설계

3. 1 진흙 설계 원칙은 사층의 특성을 기반으로 합니다. 수평 방향 횡단 공사 과정에서 주요 어려움은 다음과 같습니다.

① 모래 입자 사이에 접착제가 없어 구조가 느슨하다. 지층 균형이 깨지면 시공할 때 우물 붕괴가 발생하기 쉽다.

② 모래 비율이 크고, 입자가 굵고, 펄프가 공중에 떠 있는 상태에서는 움직이기 어렵다.

(3) 모래층은 일반적으로 지하수를 함유하고 있으며, 드릴링 과정에서 지하수의 침투로 인해 진흙이 희석될 위험이 있다. 진흙이 희석되면 구멍 벽 근처에 촘촘한 진흙 고리를 형성할 수 없고, 구멍 내 압력과 지층 압력이 서로 소통하며, 진흙은 구멍 벽의 안정을 유지할 수 없고, 붕괴 위험이 크다.

위의 어려움에 근거하여 진흙 설계는 다음과 같은 측면에 주의해야 한다.

① 모래층은 가능한 중합체 진흙 체계를 사용하여 사용 중 성능이 안정적이다. 중합체 수렴을 통해 진흙 점도를 높이면 모래알에 대한 진흙의 접착작용이 크게 강화되고, 구멍 벽 주위에 두께가 작고 인성이 좋은 진흙 고리가 빠르게 형성되며, 구멍 안팎의 양압 차이를 신속하게 만들어 구멍 벽에 좋은 지지 작용을 할 수 있다.

또한 중합체 슬러리는 지하수 침입으로 희석되기 쉽지 않아 엔지니어링 안전을 더 잘 유지합니다.

② 고점도, 높은 항복 값을 가진 진흙을 가능한 한 많이 사용하십시오.

모래알이 굵고 중대하기 때문에 진흙 자체의 공중부양 성능은 우물 밖으로 빠져나가기에 충분해야 한다. 또 모래층에는 지하수가 풍부하기 때문에 잘라낸 부스러기에도 수분이 많이 들어 있어 진흙을 크게 희석시킬 수 있다.

따라서 진흙을 설계할 때 사층의 수분 함량을 상세히 규명해야 하며, 리밍 지름, 리밍 그라데이션, 진흙 변위, 리밍 속도 등의 설계 매개변수를 결합하여 단위 시간 내에 진흙으로 들어가는 물의 양을 해당 기간 동안 펌프로 유입하는 양을 미리 추산해야 합니다. 지상 실험 과정에서, 설계된 진흙이 이 비율의 맑은 물을 섞은 후에도 충분한 공중부양 성능을 유지하도록 해야 한다. 즉, 진흙 지표를 설계할 때 물의 희석 작용을 충분히 고려해야 한다.

③ 진흙 배출량을 합리적으로 조절하면 드릴 부스러기를 적시에 제거할 수 있을 뿐만 아니라 구멍 벽에 대한 과도한 정련도 피할 수 있다. 또한 다시 끄는 동안 윤활제를 추가하여 드래그 저항을 줄일 수 있습니다.

3.2 예방 조치

모래층이 시공을 통과할 때, 왕왕 진실하고 상세한 지질 자료가 부족하다. 따라서 진흙 성능 지표는 실험실에서 정한 지표에 따라 완전히 집행될 수 없습니다. 시공 과정에서 진흙 속의 드릴 부스러기 함량을 진흙 지표가 합격할 수 있는지 여부에 대한 중요한 근거로 삼아야 한다. 진흙에서 나오는 드릴 부스러기 함량이 낮은 경우, 진흙으로 돌아가는 드릴 부스러기 함량이 이론적 값과 비슷해질 때까지 점도 및 정적 접선력과 같은 주요 지표를 계속 높여야 합니다.

둘째, 앞서 도입한 지하수의 불리한 영향으로 진흙이 모래층을 통과할 때 드릴링 속도의 영향을 가장 많이 받는다. 시추 속도가 빠를수록 같은 시간 내에 발생하는 드릴 부스러기가 많을수록 진흙에 들어가는 지하수가 많을수록 진흙의 희석이 더욱 두드러진다.

따라서 모래층을 뚫을 때는 각 단계의 리밍에 대한 진흙 변위와 드릴링 속도를 설계해야 합니다. 전체 시공 과정에서 확장 속도는 설계 값보다 높아서는 안 되며, 구멍 내 진흙의 상대적 균일성을 유지하기 위해 동일한 드릴링 속도를 유지하는 것이 좋습니다.

표 1 은 서동송간선의 두 번째 통과에 사용되는 진흙 매개변수 지표입니다.

지하수가 풍부하여 고점도 진흙을 채택하고, 각 리밍 1 급마다 진흙 지표가 어느 정도 향상되어 공사의 원활한 시행을 보증한다.

이 가운데 공사 과정에서 가장 두드러진 점은 재활용 진흙의 점도가 일반적으로 50 ~ 70s 에 불과하며, 신진흙 점도의 1/3 미만이며, 어떻게 하면 진흙이 지하수에 희석되는 것을 효과적으로 방지하는 것이 전체 공사의 성패의 관건임을 충분히 설명할 수 있다.

참고 자료:

[1] 마보송 등. 비발굴공사 [M]. 베이징: 인민교통출판사, 2008.

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