超长、高精度水平钻孔的施工方法.pdf

本发明公开了一种超长、高精度水平钻孔施工方法，包括选用合适的水平钻机带动钻杆上所连接的钻头转动取芯开孔，使用导向装置控制偏斜率，用泥浆泵泵出钻孔过程中产出的钻屑，以形成指定口径的超长、高精度水平钻孔。本发明采用了丝扣连接加焊接连接的综合连接方式连接钻杆，确保了钻杆的同心度和密封效果；在水平钻进的过程中采取了冻结口密封和冻结器密封措施，混凝土壁管位开孔时预留8～10cm作为安全层，并采取了严格的测斜及偏斜控制措施，确保了施工安全性。本发明的施工方法是经过多次工艺试验研究和施工改进所形成并完善的，按照本发明的施工方法所打设的水平冻结孔在施工水平长度超长的情况下仍能达到极高的精度。

1.  一种超长、高精度水平钻孔施工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)选择水平钻机及钻具
根据水平冻结孔的长度选择适宜的水平坑道钻机用于带动钻杆上所连接的钻头转动取芯开孔，所述钻头为内设单向阀的导向钻进专用斜板式钻头，其端部装置有定向钻进导向仪；所述钻杆接缝处的丝口形状为“V”型，钻杆内焊有单向阀和封水丝堵座；
(2)连接钻杆
采用丝扣连接加焊接连接的综合连接方式连接钻杆；
(3)水平冻结孔施工
①冻结孔口密封
钻进中加强监测，采用慢转快进的方式，尽量减少地层扰动；在钻进中加孔口密封装置防止突然涌水、涌砂，所述孔口密封装置包括孔口管、孔口闸阀、球阀和密封盒；成孔后用速凝水泥将孔口封闭，减少暴露时间；
②冻结器的密封
水平钻孔施工中采用跟管钻进，钻杆端部敞口，钻进至设计位置后立即清洗，下放端部密封装置将冻结孔端部封闭，所述端部密封装置采用钻头后设置单向阀密封丝堵，在正旋时起紧拧封闭，反旋时钻杆退出；
③水平钻孔施工
a、测放冻结管位：采用经纬仪，用相对坐标测放冻结管位，开孔孔位允许偏差±50mm；
b、混凝土壁管位开孔：开孔采用便携式取芯钻钻孔，预留8～10cm作为安全层；
c、埋设、安装孔口装置：孔口装置包括孔口管、孔口闸阀、球阀和密封盒，孔口管埋设仰俯角度控制在1～2°左右，方位定好后用拉杆和膨胀螺栓固定在端壁墙上，防止钻进中松动移位，孔口管固定好后用螺栓连接球阀和密封盒；
④二次开孔：用金刚钻将混凝土壁剩余安全层打穿，如出现涌砂、涌水现象，应进行孔口加固注浆；
⑤钻头更换与入孔方位角、仰/俯角调测：二次开孔后，取下金刚钻头，将组装好的钻具与钻机动力头输出轴上的异径接头连接；水平钻孔施工中钻进纠偏水平角取0～±0.4°，钻进纠偏垂直角拱部取0.1～0.3°，底部取0～0.1°；
⑥钻进：在均匀土层中保持快速钻进，在软硬不均地层中采取低压慢转、快速给进的钻进方法，并利用斜板平推导向的原理随钻定向纠偏，通过导向仪记录偏斜角度，推断偏斜方向，同时通过导向仪确定斜板角度确定加力推进时刻，必要时可作短距离回钻平推；
⑦终孔注浆：注浆浆液采用混合浆，其配比为水泥∶水∶膨润土＝400～500∶1000∶25～50，冻结孔钻孔至68～70m时循环浆液即开始改为混合浆，孔深至设计深度后，停止钻进，根据孔口返浆情况逐渐关闭孔口管回水阀门，继续压浆，注浆压力高于正常钻进时泵压0.2～0.4MPa，绝对泵压不得超过2.5MPa，瞬间泵压不得超过2.8MPa；混合浆液的初凝时间约8小时，终孔后20小时可进行孔口补充注浆；
⑧清孔：终孔注浆结束后，及时用清水洗管，确保管内没有水泥浆沉淀和结块，防止对密封丝堵造成影响，所述清水洗管采用内插管倒流清洗，即将高压清水管插至孔底注水，从孔口流出；
⑨安装密封丝堵：清孔结束后安装密封丝堵，先在孔外将丝堵安装到钻杆上，转进孔底后反转安装同时退出钻杆；
⑩水压试漏：安装孔底密封丝堵后采用注水试压对整个冻结管的密闭性进行检测，注水压力1.0MPa，前30分钟压力下降不超过0.05MPa，后15分钟稳压不降；
(4)水平钻进过程中的冲洗液的循环
在水平钻进过程中，必须依靠冲洗液循环来保证钻进过程中孔壁的稳定，减少钻进过程中钻杆与地层的摩阻力，确保成孔度，冲洗液为纳基膨润土和纤维素聚合物配制而成，其配比为：水∶膨润土∶纤维素＝1000∶40∶8，钻进中必须保证泥浆质量和循环系统的正常，泵压控制在0.6～1.0MPa，泵量≤30L/min ；
(5)测斜及偏斜控制
①采用新型仪器水平陀螺仪测斜和水准仪灯光测斜两种方法测斜水平陀螺仪工作时可直接从电子显示屏上读出相对变化的方位角和仰俯角，对应其孔深采用累计计算可得出侧点位置的相对偏移值：
Δf=Σ1nsin∂n×ln]]>
Δf：孔口起第n个测点偏移矢量，单位m
_n：第n个测点方位角或仰俯角读数，单位°
l_n：第n个测点行进距离，单位m
将经纬仪靠近孔口立于设计孔位轴线上，读出经、纬度初值，将反光标靶置于管内一定深度，读出经纬仪看到光靶时的经、纬度终值，根据测点孔深和经、纬度变化值即可算出该点相对偏斜值：
Δf＝sinΔα·L
Δf：测点偏移矢量，m
Δα：经纬仪测点经度(纬度)变化值，°
L：测点深度，m
②采用如下措施对钻孔的偏斜加以预防和控制：
a、钻进开孔前首先确定好钻机的水平开孔角度，冻结孔开孔后加设孔口管、导向管、密封管等措施来控制冻结管钻进方向；水平偏斜的轨迹为Z＝kX+s，可精确确定钻进纠偏值，然后用下式确定钻进的水平开孔角度：
钻孔开孔方位角(水平角)＝冻结管设计方位角±钻进纠偏角
b、仰角的确定，根据钻进长度及钻具的总重量初步推算钻孔偏斜量，绘出与钻孔长度相适应的钻孔轨迹，一般垂直轨迹是抛物线，即Y＝aX²+bX+c，钻进中可通过调整a值，确定不同岩石中钻进所需仰角，并按确定的仰角适当抬高钻杆，使钻孔终止位置不致偏离轴线太大，防止冻结管向开挖断面偏斜，造成冻土进入荒径过多，开挖冻土量增大；
钻孔开孔方位角(仰角)＝冻结管设计方位角±钻进纠偏角
c、在钻进过程中，根据不同的围岩及不同的地下水含量等采用与之相适应的钻压、钻速，以此控制钻进偏斜；
d、钻进过程中对软硬不均地层岩溶空洞和地下承压水等处理：对于软硬不均地层岩溶空洞多采取低压慢转，快速给进的钻进方法加以处理；
e、对地下承压水导致偏斜的处理：采用低泵压、小水量、慢转速，并加强孔口密封装置，尽量减少地下水和砂流出，在开孔时，开孔应残留6～8cm的混凝土壁，孔口管的回水阀要尽量调小流量。

超长、高精度水平钻孔的施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说涉及一种隧道水平冻结前的超长、高精度水平钻孔的施工方法。
背景技术
在城市地下工程如地铁隧道建设的过程中，隧道中的岩土遇水极易软化崩解，自稳性差，施工中易发生流砂甚至塌方事件，造成安全事故，同时影响地面交通和建筑。为了确保施工安全，减少对周边环境的影响，需要在施工前对隧道中的岩土进行预加固处理。目前，通常采用的预加固方法是采用水平冻结施工，即先在隧道周围布置水平冻结孔，并在孔中循环低温盐水，使冻结孔附近的含水地层结冰，形成强度高、封闭性好的冻结壁即冻结帷幕，然后在冻结壁的保护下进行隧道开挖。水平钻孔的精度直接关系到冻结帷幕形成的时间与强度，关系到冻结施工是否安全可靠。但是由于该方法最近十几年才开始在我国城市地下工程中得到应用，没有形成成熟的高精度水平钻孔施工方法，在超长水平钻孔施工中，常常因为其水平钻孔的精度不高，冻结的末端效果不佳，进而危及施工的安全。
发明内容
本发明的目的在于克服现有超长水平钻孔施工中所存在的钻孔精度不高的问题，提供一种超长、高精度水平钻孔的施工方法。
为了实现以上目的，本发明采取了以下技术方案：
一种超长、高精度水平钻孔施工方法，包括选用水平钻机带动钻杆上所连接的钻头转动取芯开孔，使用导向装置控制偏斜率，用泥浆泵泵出钻孔过程中产出的钻屑，以形成指定口径的超长、高精度水平钻孔，其具体的步骤为：
(1)选择水平钻机及钻具
根据水平冻结孔的长度选择适宜地水平钻机用于带动钻杆上所连接的钻头转动取芯开孔，可选择适宜于长距离水平钻孔的扭矩达3500kN.m，给进力160kN，转速60、85、125r/min的水平坑道钻机；在钻孔穿越工作井砼壁时，采用金刚石工程钻机代替坑道钻机取芯开孔。
所选择的钻头为内设单向阀的导向钻进专用斜板式钻头，备用三翼刮刀式全面钻头和螺旋超前导向钻头。
采用冷冻管作为钻杆，其内焊有单向阀和封水丝堵座，专用接头由钢管车制。在长距离水平钻进施工过程中，冻结管连接丝口的形状也直接关系到钻杆连接的质量，为保证连接质量，通过在施工中对冻结管连接丝扣的加工及焊接工艺研究后，确定了接缝处的丝口形状为“V”型，“V”型槽严格控制了焊条的行进轨迹，可限制其左右摆动，能较好的密封接缝；连接螺纹公母扣底改均厚为“公薄母厚”，该型式能有效提高冻结管连接的牢固性和密闭性，同时也提高冻结管的抗扭性，这对于超长的水平冻结管打设效果非常显著。
为保证水平钻孔的精度，有效控制偏斜率，选用定向钻进的导向仪装置在钻头的端部，与钻头共同作用超导向作用，保证钻进过程中及时纠偏。经分析、比选选择了型号为DITRACK定向钻进导向仪。
(2)连接钻杆
由于丝扣连接的同心度好，而焊接连接的密封效果和可靠性好，但同心度较差，易导致钻孔偏斜，故长距离水平钻孔施工采用丝扣连接加焊接连接的综合连接方式连接钻杆，以确保钻杆的同心度和密封效果。
(3)水平冻结孔施工
①冻结孔口密封
水平钻进中，壁后泥砂受压后可能会沿孔口涌出，容易造成地面沉陷。故钻进中要加强监测，采用慢转快进的方式，尽量减少地层扰动；在钻进中加孔口密封装置，防止突然涌水、涌砂，孔口密封装置包括孔口管、孔口闸阀、球阀和密封盒；成孔后用速凝水泥将孔口封闭，减少暴露时间。
②冻结器的密封
水平钻孔施工中采用跟管钻进，钻杆端部敞口，因此，钻进至设计位置后立即清洗，采用钻头后设置单向阀密封丝堵，在正旋时起紧拧封闭，反旋时钻杆退出，将冻结孔端部封闭。
③水平钻孔施工
a、测放冻结管位：采用经纬仪，用相对坐标测放冻结管位，开孔孔位允许偏差±50mm。
b、混凝土壁管位开孔：开孔采用便携式取芯钻钻孔，预留8～10cm作为安全层。
c、埋设、安装孔口装置：孔口装置包括孔口管、孔口闸阀、球阀和密封盒，孔口管埋设仰俯角度控制在1～2°左右，方位定好后用拉杆和膨胀螺栓固定在端壁墙上，防止钻进中松动移位。孔口管固定好后用螺栓连接球阀和密封盒。
④二次开孔：用金刚钻将混凝土壁剩余安全层打穿。二次开孔如出现涌砂、涌水现象，应进行孔口加固注浆。
⑤钻头更换与入孔方位角和仰(俯)角调测：二次开孔后，取下金刚钻头，将组装好的钻具与钻机动力头输出轴上的异径接头(螺丝头)连接。
水平钻孔过程中受钻具自重影响，钻具前端会产生下垂现象；并且钻具顺时针旋转，产生右旋力，会造成钻孔偏斜，因此给定入孔水平方位角与仰(俯)角是补偿钻进偏斜、实现纠偏的措施之一。
钻孔开孔方位角＝冻结管设计立位角度±钻进纠偏水平角
钻孔开孔仰角＝设计仰(俯)角±钻进纠偏垂直角
结合工程的实际条件，水平钻孔施工中钻进纠偏水平角取0～±0.4°，钻进纠偏垂直角拱部取0.1～0.3°，底部取0～0.1°。
⑥钻进：在均匀土层中以保持快速钻进为宜，在软硬不均地层中采取低压慢转，快速给进的钻进方法。并随钻定向纠偏，利用斜板平推导向的原理，通过导向仪记录偏斜角度，推断偏斜方向，同时通过导向仪确定斜板角度确定加力推进时刻，必要时可作短距离回钻平推。
⑦终孔注浆：钻进中，由于钻头的摆动，钻杆(管)惯性旋转的离心力，冲洗液对孔壁的不均匀冲刷与破坏，钻屑的沉积等，可能造成冻结管在地下处于悬空、下支、上压等受力极不均匀状态，甚至有受到地层坍塌的动压威胁，故需要进行注浆充填。注浆浆液采用混合浆，其配比为水泥∶水∶膨润土＝400～500∶1000∶25～50。冻结孔钻孔至68～70m时循环浆液即开始改为混合浆，孔深至设计深度后，停止钻进，根据孔口返浆情况逐渐关闭孔口管回水阀门，继续压浆，注浆压力高于正常钻进时泵压0.2～0.4MPa，绝对泵压不得超过2.5MPa，瞬间泵压不得超过2.8MPa。混合浆液的初凝时间约8小时，终孔后20小时可进行孔口补充注浆。通过终孔注浆，达到了“充填注浆”与压密注浆的双重效果，使钢管、土层、浆体三位一体，处于一种相对稳定的状态，有效控制了地面沉降，对地下冻结管起到良好的保护作用。
⑧清孔：终孔注浆结束后，及时用清水洗管，确保管内没有水泥浆沉淀和结块，防止对密封丝堵造成影响。清水洗管采用内插管倒流清洗，即将高压清水管插至孔底注水，从孔口流出。
⑨安装密封丝堵：清孔结束后，安装密封丝堵。先在孔外将丝堵安装到钻杆上，转进孔底后反转安装同时退出钻杆。
⑩水压试漏：安装孔底密封丝堵后对整个冻结管的密闭性进行检测。检测采用注水试压，注水压力1.0MPa，前30分钟压力下降不超过0.05MPa，后15分钟稳压不降为合格。
(4)水平钻进过程中的冲洗液的循环
在水平钻进过程中，必须依靠冲洗液循环来保证钻进过程中孔壁的稳定，减少钻进过程中钻杆与地层的摩阻力，确保成孔度。经工艺试验得出，长距离水平钻孔其冲洗液采用纳基膨润土和美国进口聚合物进行配制，其配比为：水∶膨润土∶纤维素＝1000∶40∶8，钻进中必须保证泥浆质量和循环系统的正常，泵压应控制在0.6～1.0MPa，且不宜超过1.0MPa，泵量不宜大于30L/min。
(5)测斜及偏斜控制
冻结管的偏斜直接影响成孔的精度，水平钻孔的精度直接关系冻结帷幕形成的时间与强度，关系冻结施工是否安全可靠。为此必须严格控制冻结管的偏斜，确保成孔的精度，以策冻结的绝对安全。
测斜采用新型仪器水平陀螺仪测斜和水准仪灯光测斜两种方法。水平陀螺仪是工作时可直接从电子显示屏上读出相对变化的方位角和仰俯角，对应其孔深采用累计计算可得出侧点位置的相对偏移值：
Δf=Σ1nsin∂n×ln]]>
Δf：孔口起第n个测点偏移矢量，单位m
_n：第n个测点方位角或仰俯角读数，单位°
l_n：第n个测点行进距离，单位m
经纬仪灯光测斜较为直观、准确。将经纬仪靠近孔口立于设计孔位轴线上，读出经、纬度初值，将反光标靶置于管内一定深度，读出经纬仪看到光靶时的经、纬度终值，根据测点孔深和经、纬度变化值即可算出该点相对偏斜值：
Δf＝sinΔα·L
Δf：测点偏移矢量，m
Δα：经纬仪测点经度(纬度)变化值，°
L：测点深度，m
采用如下措施对钻孔的偏斜加以预防和控制：
①在钻进开孔前要首先确定好钻机的水平开孔角度，冻结孔开孔后加设孔口管、导向管、密封管等措施来控制冻结管钻进方向；水平偏斜的轨迹为Z＝kX+s，可精确确定钻进纠偏值，然后用下式确定钻进的水平开孔角度：
钻孔开孔方位角(水平角)＝冻结管设计方位角±钻进纠偏角
②对于仰角的确定，应根据钻进长度及钻具的总重量初步推算钻孔偏斜量，绘出与钻孔长度相适应的钻孔轨迹，一般垂直轨迹是抛物线，即Y＝aX²+bX+c，钻进中可通过调整α值，确定不同岩石中钻进所需仰角，并按确定的仰角适当抬高钻杆，使钻孔终止位置不致偏离轴线太大，防止冻结管向开挖断面偏斜，造成冻土进入荒径过多，开挖冻土量增大。
钻孔开孔方位角(仰角)＝冻结管设计方位角±钻进纠偏角
③在钻进过程中，要根据不同的围岩及不同的地下水含量等采用与之相适应的钻压、钻速，以此控制钻进偏斜；
④钻进过程中对软硬不均地层岩溶空洞和地下承压水等处理：对于软硬不均地层岩溶空洞多采取低压慢转，快速给进的钻进方法加以处理；
⑤对地下承压水导致偏斜的处理：在施工中遇到这类问题多采用低泵压、小水量、慢转速，并加强孔口密封装置，尽量减少地下水和砂流出；另外在开孔时，开孔应残留6～8cm的混凝土壁，孔口管的回水阀要尽量调小流量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在施工中对冻结管连接丝扣的加工及焊接工艺研究后，确定了接缝处的丝口形状为“V”型，“V”型槽严格控制了焊条的行进轨迹，可限制其左右摆动，能较好的密封接缝；连接螺纹公母扣底改均厚为“公薄母厚”，该型式能有效提高冻结管连接的牢固性和密闭性，同时也提高冻结管的抗扭性，这对于超长的水平冻结管打设效果非常显著。采用了丝扣连接加焊接连接的综合连接方式连接钻杆，确保了钻杆的同心度和密封效果。在水平钻进的过程中采取了冻结口密封和冻结器密封措施，以防止突然出现的涌水、涌砂现象；混凝土壁管位开孔时预留8～10cm作为安全层，施工过程中采取严格的测斜及偏斜控制措施，以确保施工安全性。并且采用了纳基膨润土和美国进口聚合物配制而成的冲洗液循环冲洗以减少钻进过程中钻杆与地层的摩阻力，确保成孔度，保证钻进过程中孔壁的稳定性。本发明的施工方法是经过多次工艺试验研究和施工改进所形成并完善的，按照本发明的施工方法所打设的冻结孔在施工深度超长(达75m)的情况下仍能达到极高的精度(5‰)，确保了水平冻结施工的冻结质量和冻结壁的强度，能有效的加固地层，确保隧道开挖过程中的绝对安全及地下管线、周边建筑物和道路交通的安全。隧道开挖过程中隧顶沉降变形和水平收敛变形均小，隧道施工完成后，冻土自然解冻能绝结恢复到原始状态。
具体实施方式
下面结合的具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例
以某地下隧道预加固地层工程中的超长水平钻孔施工为例，该工程选用扭矩为3500kN.m，给进力160kN，转速60、85、125r/min的HW-4型水平坑道钻机，带动钻杆上所连接的内设单向阀的导向钻进专用斜板式钻头转动取芯开孔，选用BW-250/70型泥浆泵泵出钻孔过程中产出的钻屑，并选用型号为DITRACK的定向钻进导向仪装置在钻头的端部，与钻头共同起导向作用，保证钻进过程中及时纠偏，最终形成超长、高精度水平钻孔。
所采用的钻杆为φ108×8mm的冷冻管，其接缝处的丝口形状为“V”型，由钢管所车制，连接螺纹公母扣底改均厚为“公薄母厚”，钻杆内焊有单向阀和封水丝堵座。钻杆采用丝扣连接和焊接密封的综合连接方式，以确保其同心度和密封性。
具体的钻进过程
①冻结孔口密封
钻进中加强监测，采用慢转快进的方式，尽量减少地层扰动；在钻进中加孔口密封装置，防止突然涌水、涌砂，孔口密封装置包括孔口管、孔口闸阀、球阀和密封盒；成孔后用速凝水泥将孔口封闭，减少暴露时间。
②冻结器的密封
施工中采用跟管钻进，钻杆端部敞口，钻进至设计位置后立即清洗，下放端部密封装置。本工程冻结孔端部密封装置采用钻头后设置单向阀密封丝堵，在正旋时起紧拧封闭，反旋时钻杆退出，将冻结孔端部封闭。
③水平钻孔施工
a、测放冻结管位：采用经纬仪，用相对坐标测放冻结管位，开孔孔位允许偏差±50mm。
b、混凝土壁管位开孔：开孔采用便携式取芯钻钻孔，孔径φ160mm。混凝土壁开孔不一次打穿，预留8～10cm作为安全层。
c、埋设、安装孔口装置：孔口装置包括孔口管、孔口闸阀、球阀和密封盒。孔口管采用φ156×11mm钢管，埋设仰俯角度控制在1～2°左右，方位定好后用拉杆和膨胀螺栓固定在端壁墙上，防止钻进中松动移位。孔口管固定好后用螺栓连接球阀和密封盒。
④二次开孔：用φ120mm金刚钻将混凝土壁剩余安全层打穿。二次开孔如出现涌砂、涌水现象，应进行孔口加固注浆。
⑤钻头更换与入孔方位角和仰(俯)角调测：二次开孔后，取下金刚钻头，将组装好的钻具与转机动力头输出轴上的异径接头(螺丝头)连接。
水平钻孔施工中钻进纠偏水平角取0～±0.4°，钻进纠偏垂直角拱部取0.1～0.3°，底部取0～0.1°。
⑥钻进：在均匀土层中以保持快速钻进为宜，在软硬不均地层中采取低压慢转，快速给进的钻进方法。钻进应随钻定向纠偏，纠偏利用斜板平推导向的原理，通过导向仪记录偏斜角度，推断偏斜方向，同时通过导向仪确定斜板角度确定加力推进时刻，必要时可作短距离回钻平推。
⑦终孔注浆：注浆浆液采用混合浆，其配比为水泥∶水∶膨润土＝400～500∶1000∶25～50。冻结孔钻孔至68～70m时循环浆液即开始改为混合浆，孔深至设计深度后，停止钻进根据孔口返浆情况逐渐关闭孔口管回水阀门，继续压浆，注浆压力高于正常钻进时泵压0.2～0.4MPa，绝对泵压不得超过2.5MPa，瞬间泵压不得超过2.8MPa。混合浆液的初凝时间约8小时，终孔后20小时可进行孔口补充注浆。通过终孔注浆，达到了“充填注浆”与压密注浆的双重效果，使钢管、土层、浆体三位一体，处于一种相对稳定的状态，有效控制了地面沉降，对地下冻结管起到良好的保护作用。
⑧清孔：终孔注浆结束后，及时用清水洗管，确保管内没有水泥浆沉淀和结块，防止对密封丝堵造成影响。清水洗管采用内插管倒流清洗，即将高压清水管插至孔底注水，从孔口流出。
⑨安装密封丝堵：清孔结束后，安装密封丝堵。先在孔外将丝堵安装到钻杆上，转进孔底后反转安装同时退出钻杆。
⑩水压试漏：安装孔底密封丝堵后采用注水试压对整个冻结管的密闭性进行检测，注水压力1.0MPa，前30分钟压力下降不超过0.05MPa，后15分钟稳压不降为合格。
水平钻进过程中的冲洗液的循环
在水平钻进过程中，采用纳基膨润土和美国进口聚合物配制而成的冲洗液循环冲洗来保证钻进过程中孔壁的稳定，减少钻进过程中钻杆与地层的摩阻力，确保成孔度。冲洗液的配比为：水∶膨润土∶纤维素＝1000∶40∶8。为确保钻进中泥浆质量和循环系统的正常，泵压应控制在0.6～1.0MPa，且不宜超过1.0MPa，泵量不宜大于30L/min。
测斜及偏斜控制
测斜采用新型仪器水平陀螺仪测斜和水准仪灯光测斜两种方法。水平陀螺仪是北京一家勘探研究所综合陀螺仪和电磁共振原理所研制出的新型振玄式数字仪器，工作时可直接从电子显示屏上读出相对变化的方位角和仰俯角，对应其孔深采用累计计算可得出侧点位置的相对偏移值：
Δf=Σ1nsin∂n×ln]]>
Δf：孔口起第n个测点偏移矢量，m
_n：第n个测点方位角或仰俯角读数，°
l_n：第n个测点行进距离，m
经纬仪灯光测斜较为直观、准确。将经纬仪靠近孔口立于设计孔位轴线上，读出经、纬度初值，将反光标靶置于管内一定深度，读出经纬仪看到光靶时的经、纬度终值，根据测点孔深和经、纬度变化值即可算出该点相对偏斜值：
Δf＝sinΔα·L
Δf：测点偏移矢量，m
Δα：经纬仪测点经度(纬度)变化值，°
L：测点深度，m
采用如下措施对钻孔的偏斜加以预防和控制：
①在钻进开孔前首先确定好钻机的水平开孔角度，冻结孔开孔后加设孔口管、导向管、密封管等措施来控制冻结管钻进方向；水平偏斜的轨迹为Z＝kX+s，可精确确定钻进纠偏值，然后用下式确定钻进的水平开孔角度：
钻孔开孔方位角(水平角)＝冻结管设计方位角±钻进纠偏角
②对于仰角的确定，应根据钻进长度及钻具的总重量初步推算钻孔偏斜量，绘出与钻孔长度相适应的钻孔轨迹，一般垂直轨迹是抛物线，即Y＝aX²+bX+c，钻进中可通过调整a值，确定不同岩石中钻进所需仰角，并按确定的仰角适当抬高钻杆，使钻孔终止位置不致偏离轴线太大，防止冻结管向开挖断面偏斜，造成冻土进入荒径过多，开挖冻土量增大。
钻孔开孔方位角(仰角)＝冻结管设计方位角±钻进纠偏角
③在钻进过程中，根据不同的围岩及不同的地下水含量等采用与之相适应的钻压、钻速，以此控制钻进偏斜；
④钻进过程中对软硬不均地层岩溶空洞和地下承压水等处理：对于软硬不均地层岩溶空洞多采取低压慢转，快速给进的钻进方法加以处理；
⑤对地下承压水导致偏斜的处理：在施工中遇到这类问题多采用低泵压、小水量、慢转速，并加强孔口密封装置，尽量减少地下水和砂流出；另外在开孔时，开孔应残留6～8cm的混凝土壁，孔口管的回水阀要尽量调小流量。
本工程经过工艺试验研究和施工改进，形成并完善了城市地下工程水平钻孔技术，以极高的精度(5‰)实现了国内最长水平冻结孔的打设，取得重大突破。