非开挖施工:塌孔的原因、预防和处理
塌孔是目前非开挖施工中Z常见的事故。如果施工过程中泥浆的粘度和密度增加;钻屑和含砂量增加;扭矩和剪切力增加;拖钻杆回堵现象,说明钻孔孔壁不稳定。进而会导致孔壁坍塌,被拖管线锁死,工程施工失败。
1.井塌原因
1.1地质因素
非开挖施工的地层主要在第四纪沉积物中,是地壳中的岩石在风、地表水、湖泊、海洋等地质作用下风化形成的松散沉积物。砂层、杂填土层、砾石层、淤泥等地层为不稳定地层。当泥浆压力不能平衡地层压力时,就会发生井塌。

当用钻具钻开土层时,会产生孔壁挤压产生的应力与泥浆液柱压力之间的压差。当压差大于岩土的屈服强度时,就会发生剥落、脱落、坍塌,在泥浆浸泡下更为严重。
当钻孔所在地层中存在泥页岩时,由于其独特的层状特征和高粘土含量,泥页岩的水化一方面会降低力学强度,另一方面会因水化膨胀压力诱发或加剧孔壁上的应力不平衡,泥页岩的水化膨胀开裂造成塌孔。
1.2物理因素
扩孔速度过快,泥浆泵压力过高,钻孔内泥浆液柱压力突然变大;导向孔曲率半径太小,钻杆或扩孔器旋转挤压孔壁,带动泥浆冲蚀孔壁;导向孔上方地层漏失,地层压力释放,孔内泥浆液柱压力降低,造成井塌。
泥浆流体流动,长时间浸泡侵蚀孔壁,降低了土层的粘聚力和内摩擦角。内摩擦角在力学上可以理解为斜面上块体的临界自稳角,块体在此角内是稳定的;超过这个角度,木块就会滑动。R=c+tanp,即摩尔剪切理论,其中C为内聚力,P为内摩擦角,R为摩擦力。
2.防止井塌和泥浆选择
2.1防止塌孔