夯管與定向鉆對穿相結(jié)合的施工工藝

1、 夯管與定向鉆對穿相結(jié)合的施工工藝 摘要：針對目前管道施工遇到的一些公路、鐵路、水渠、河流等障礙物、由于建設(shè)期間的一些管道施工的穿越方法已經(jīng)造成目前的埋深不足或占壓現(xiàn)象，存在風(fēng)險隱患。為了落實(shí)國家安全監(jiān)管總局的文件要求，存在的這些安全風(fēng)險隱患必須得到排查治理，防患于未然。根據(jù)工程特點(diǎn)，單一方法無法完成施工的情況，夯管與定向鉆對穿的施工工藝，能有效的解決因地質(zhì)與穿越長度過大的施工難點(diǎn)。1. 工程概況：穿越管段設(shè)計壓力10mpa，原穿越方式為帶水開挖，大堤外及灘地段管道采用d711 l485 螺旋縫埋弧焊鋼管，壁厚分別為12.3mm和14.7mm；主槽段管道采用d71114.7 l485 直縫埋弧

2、焊鋼管。該項(xiàng)目自投產(chǎn)以來，穿越位置附近的嚴(yán)重采砂行為導(dǎo)致河床整體下降了69m，采砂后管頂最小埋深1.3m，穿越處主河槽變窄，寬度約為150m。通過現(xiàn)場調(diào)研及穿越段管道改造工程初步設(shè)計報告中的論證與分析，得出需要對穿越段管道進(jìn)行改造與治理。本說明為穿越段管道改造的施工圖設(shè)計。改造段路由選擇在原穿越位置下游50m，為避免后期采砂行為造成管道安全隱患，采用定向鉆穿越，穿越起點(diǎn)里程0km+0m，終點(diǎn)里程2km+142.5m，單出圖水平段長2142.5m，實(shí)長2150m。穿越段管線采用d71118.5 l485 直縫埋弧焊鋼管，常溫型三層pe加強(qiáng)級防腐外加玻璃鋼外護(hù)；一般線路段采用d71116.0 l4

3、85 直縫埋弧焊鋼管，常溫型三層pe加強(qiáng)級防腐。穿越地質(zhì)層粉土、層中砂、層礫沙、層圓礫，層強(qiáng)風(fēng)化泥巖、1層強(qiáng)化砂巖、層中等風(fēng)化泥巖、2層中等風(fēng)化泥巖、層中風(fēng)化泥灰?guī)r、1層溶洞、 層中等風(fēng)化石灰?guī)r、 1層溶洞、共3處溶洞、揭露厚度為0.8米至4米。主河槽河底高程為67.63m，河底一下管道高程為32m。根據(jù)勘察設(shè)計資料，入土端夯入鋼管長度為110米，角度與入土角度一致，為11，出土端夯入鋼套管長度為114米，角度與出土角度保持一致，為8，穿越長度為1914.4m2. 施工方法的確定：定向鉆對穿與夯管穿越相結(jié)合的施工方法是長輸管道工程在特殊環(huán)境下，夯管施工與定向鉆穿越不能單獨(dú)完成的穿越工程，如遇到

4、中粗砂、細(xì)棉紗等特殊地質(zhì)條件下，夯管與定向鉆單獨(dú)進(jìn)行施工無法完成，從而將夯管與定向鉆對穿技術(shù)相結(jié)合，完成整個穿越施工方法，通過工程現(xiàn)場實(shí)際情況，確定對穿與夯管相結(jié)合的施工工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：1. 因在河兩岸上部存在對定向鉆不利的粗砂層，圓礫層，采用夯進(jìn)鋼管法隔離粗砂層，圓礫層的做法來穿越不利地層，夯管規(guī)格為d142222.2.，幫助定向鉆輔助通過該段不良地層。采用對穿工藝有效的控制了在穿越過程中出現(xiàn)的偏差，導(dǎo)向孔曲線與設(shè)計曲線的偏移量半徑不大于2m；出土點(diǎn)沿設(shè)計軸線的縱向偏差不大于穿越長度的1%，且不大于3m；橫向偏差應(yīng)不大于穿越長度的2%，且不大于2m，通過對穿工藝上述問題更能有效的控制偏差。

5、本次穿越水平長度1908.1，實(shí)長為1914.4m，采用對穿工藝能夠更好的保證施工質(zhì)量，降低工程風(fēng)險。三、工藝原理：1.0.1夯管錘的主要工作原理以壓縮空氣作為推進(jìn)力的非開挖破土工藝。下圖為“工作原理示意圖”： （和以下圖示略有差別的是，本工程需要調(diào)整夯進(jìn)的角度，采用斜向下的方式進(jìn)行夯進(jìn)。因所用夯管的管徑為d142222.2，單根管重量為近8噸，考率中粗砂和細(xì)棉紗的承載力，在夯管過程中管的自重會造成下沉，本項(xiàng)目經(jīng)過專家評審后決定入土角度比設(shè)計小一度）夯管的入土角度根據(jù)設(shè)計確定下圖為“定向鉆對穿示意圖”：1.1.1定向鉆穿越與夯管施工相結(jié)合的工藝流程總體工藝：場地準(zhǔn)備入土點(diǎn)夯管進(jìn)第一根管撤出夯管

6、錘清土焊接1422鋼套管夯進(jìn)第二根管從夯進(jìn)第一根管開始反復(fù)直至達(dá)到設(shè)計要求的夯管長度出土點(diǎn)夯管進(jìn)第一根管撤出夯管錘清土焊接1422鋼套管夯進(jìn)第二根管從夯進(jìn)第一根管開始反復(fù)直至達(dá)到設(shè)計要求的夯管長度出入土點(diǎn)鉆機(jī)、設(shè)備進(jìn)場安裝調(diào)試泥漿配制出入土點(diǎn)同時導(dǎo)向孔鉆進(jìn)輔鉆機(jī)擴(kuò)孔到1.5倍穿越管徑清孔洗孔主鉆進(jìn)進(jìn)行回拖設(shè)備撤場。1.1.2夯管的施工要點(diǎn)夯進(jìn)操作坑挖好后，按照設(shè)計要求高程進(jìn)行測量，夯管工作底板夯實(shí)找平后鋪20mm渣石墊底層，再在上面鋪設(shè)預(yù)先割好的450mm工字鋼按照800mm的間距以（工）型平行放置在工作坑的地基上，鋪設(shè)工字鋼2根，單根長度為2m，根據(jù)交接樁和實(shí)際測量，制定出兩條導(dǎo)軌的中心線，

7、放置導(dǎo)軌后再精確找正，測量是否達(dá)到預(yù)制角度要求，再將工字鋼兩側(cè)分別夯入1m長的地錨兩根，地錨入土不能低于700mm，再次進(jìn)行測量，無誤后再與工字鋼焊接牢固，由于鋼管軌跡設(shè)計為水平，因此，槽鋼作為導(dǎo)向軌道，自身必須平直無彎曲，用水準(zhǔn)儀多點(diǎn)測量控制槽鋼的水平，再根據(jù)需要的水平角度調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的傾角，導(dǎo)軌示意圖如下：導(dǎo)軌示意圖：2）將套管吊入夯進(jìn)操作坑中放在導(dǎo)軌上，在第一根套管入土端的管口內(nèi)外側(cè)安裝削土器，如果阻力較大，可采用注入觸變泥漿方法。即在夯進(jìn)套管前端焊一根dn20鋼管做導(dǎo)流，前端開孔，隨夯進(jìn)長度焊至工作坑內(nèi)與注漿泵連接，隨夯隨注漿，從而達(dá)到減阻目的。3）安裝擊帽根據(jù)管徑大小選擇配套的擊帽安裝到

8、套管上。4）安裝夯管錘將夯管錘吊入工作基坑與擊帽連接后找正，使夯管錘、套管的中心線與設(shè)計中心線吻合。然后將夯管錘與空壓機(jī)之間的管路連接好，啟動空壓機(jī)，打開操作閥，將夯管錘頭部與擊帽和套管固定緊后，關(guān)閉操作閥，檢驗(yàn)夯管錘的方位與水平角度，若偏差超過0.5度，需重新調(diào)整就位。5)試夯打開操作閥，進(jìn)行試夯，無異常后方能進(jìn)行正常夯管施工。6）夯進(jìn)第一根套管啟動空壓機(jī)，打開操作閥，夯管錘在氣壓的作用下開始夯進(jìn)套管。由于第一根套管夯進(jìn)方向的準(zhǔn)確性是關(guān)健，所以在第一根套管夯進(jìn)500mm后，應(yīng)認(rèn)真測量一下套管的方位與水平角度，角度偏差不能超過0.5度時可繼續(xù)夯進(jìn)，若軸線偏差超過允許范圍，應(yīng)進(jìn)行糾偏，將軸線偏差

9、調(diào)整到允許范圍后繼續(xù)夯進(jìn)工作，直到管頭到達(dá)指定位置（管頭留在操作坑外0.6m左右以便和第二根套管進(jìn)行焊接）。一般所采取的糾偏措施：用人工在軸線偏差的相反方向?qū)⑻坠苤車耐燎宄?，在軸線偏差的方向鋼管外壁打楔子。例如套管右側(cè)偏差超過允許范圍，可將套管左側(cè)的土掏空，使套管與其左側(cè)的土層之間有一定的空隙，并在鋼管右面外壁打上楔子，形成套管向左前進(jìn)的趨勢。7）清土在套管夯進(jìn)的過程中，如發(fā)現(xiàn)套管前進(jìn)的速度非常緩慢或停滯不前，應(yīng)立即退出夯管錘，卸掉擊帽，將套管內(nèi)的積土清除干凈后在安裝擊帽和夯管錘繼續(xù)夯進(jìn)。清土?xí)r，可用高壓水槍將套管內(nèi)的積土沖出（采用該方法清土?xí)r，要在夯進(jìn)操作坑的適當(dāng)位置挖出積水坑，并將積水及

10、時排出）；一般情況下，大都采用人工進(jìn)入套管內(nèi)進(jìn)行掏土。8）焊接用吊車把鋼管吊入工作坑，與第一根管尾部組對焊接，由專業(yè)焊工進(jìn)行作業(yè)，確保焊口質(zhì)量絕對合格。9）第二根套管夯進(jìn)焊接完成后，按照第一根夯管的工序進(jìn)行第二根夯進(jìn)，然后重復(fù)操作到夯進(jìn)設(shè)計要求的長度。夯管作業(yè)開始后，要連續(xù)進(jìn)行，盡量減少作業(yè)間歇時間，且不宜中途停止。10)清除套管內(nèi)的積土套管全部敷設(shè)到位后，采取人工掏土的方式將套管內(nèi)積土排出。1.1.3工程師對夯管施工的控制1）導(dǎo)軌的穩(wěn)固性、方向正確性是最關(guān)鍵。因此，工程師重點(diǎn)檢查導(dǎo)軌的穩(wěn)定性和方向是否正確。對于硬基底，要求填碎石并搗實(shí)，對軟地層基底則要求澆注混凝土墊層等進(jìn)行處理，來確保導(dǎo)軌的

11、穩(wěn)固性。2）施工過程中遵循勤勘測勤糾偏的原則，特別是開始的第一、第二根夯管過程，工程師要對軌的穩(wěn)定性和方向校核次數(shù)進(jìn)行檢查，哪怕發(fā)現(xiàn)微小的偏差，都要求施工單位調(diào)整軌基，進(jìn)行糾正，否則，出管位置將會出現(xiàn)較大的偏差，最終導(dǎo)致達(dá)不到設(shè)計要求。3）對夯管錘工作參數(shù)進(jìn)行檢查，特別是第一根管，應(yīng)“輕錘慢進(jìn)”夯入土層，同時，反復(fù)校核鋼管方向。第一根管入土后，就基本決定了整條管的方向，嚴(yán)禁出現(xiàn)“重錘快進(jìn)”，這樣容易出現(xiàn)偏差。在發(fā)生誤差時，在鋼管預(yù)留土端焊一塊鋼板，根據(jù)力學(xué)原理與鋼套管外壁成30角，起到糾偏作用。4）把好焊接關(guān)。雖然焊口不進(jìn)行無損檢測，但也要求施工方提交焊接工藝評定等，對焊接人員資質(zhì)進(jìn)行檢查，冬

12、雨季施工時，要求做好冬雨季施工措施。taurus 600 夯管錘技術(shù)參數(shù)1. 直徑600mm-670mm長度3645mm重量4800kg耗氣量50立方米沖擊次數(shù)180次/分適用管徑380mm-3000mm夯擊力2400噸/次如果最大壓力達(dá)到8bar時瞬間可以產(chǎn)生2500噸/次的夯擊力1.2定向鉆對穿施工要點(diǎn)：此次穿越在入土段和出土段均需要采取夯進(jìn)套管的方法穿過卵石層，鉆頭必須從出土段的套管中穿過才能最終完成導(dǎo)向孔，為此，采用兩臺鉆機(jī)對穿導(dǎo)向孔，根據(jù)地質(zhì)條件，采取輔助鉆頭引導(dǎo)主鉆頭的方式使之從出土段套管中鉆出。待一切準(zhǔn)備就緒，輔鉆機(jī)在出土點(diǎn)，向入土點(diǎn)方向鉆進(jìn)，等待與入土點(diǎn)的鉆機(jī)向出土點(diǎn)鉆進(jìn)的鉆頭

13、進(jìn)行對接，對接過程中產(chǎn)生的偏差由主鉆機(jī)(入土點(diǎn)鉆機(jī))進(jìn)行調(diào)整逐漸消除。偏差的測量主要是依據(jù)兩鉆機(jī)的導(dǎo)向傳感器相對測得的，根據(jù)傳感器測量的參數(shù)，計算出偏差的方位和兩鉆桿的相對距離，逐漸調(diào)整，消除偏差，達(dá)到兩鉆頭對接的目的。對接后，輔鉆機(jī)后退，主鉆機(jī)沿輔鉆機(jī)的導(dǎo)向孔鉆進(jìn)。邊鉆邊檢測鉆機(jī)的參數(shù)，保證主鉆機(jī)鉆頭在輔鉆機(jī)的導(dǎo)向孔內(nèi)。輔鉆機(jī)邊退，主鉆機(jī)邊進(jìn)，最終主鉆機(jī)的鉆桿到達(dá)出土點(diǎn)完成導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)過程。穿越示意圖如下：圖解：設(shè)a點(diǎn)為定向鉆機(jī)的入土點(diǎn)、d點(diǎn)為定向鉆機(jī)的出土點(diǎn)，m區(qū)域?yàn)閷訁^(qū)域，b為a側(cè)對接起始點(diǎn)，c為d側(cè)對接起始點(diǎn)；從a側(cè)采用一臺500噸左右的定向鉆機(jī)用傳統(tǒng)的雪威mgs（探棒1）有線控向技

14、術(shù)打?qū)蚩椎絙點(diǎn)（探棒1距離a點(diǎn)為1000m），再進(jìn)行tt人工磁場的“精確”定位，誤差爭取控制在away1=1000m，elev=-501.0m，right=1.5m；從d側(cè)采用一臺300噸左右的定向鉆機(jī)用傳統(tǒng)的雪威mgs（探棒2）有線控向技術(shù)打?qū)蚩椎絚點(diǎn)（探棒2距離d點(diǎn)為780m），再進(jìn)行tt人工磁場的“精確”定位，誤差爭取控制在away2=780m，elev=-501.0m，right=1.5m；從m區(qū)域開始進(jìn)入近靶點(diǎn)對接階段，先將d側(cè)鉆桿全部抽出，卸去泥漿馬達(dá)及鉆頭換裝雪威近靶點(diǎn)對接專用的rmr旋轉(zhuǎn)磁頭，重新將磁頭沿原孔送入c點(diǎn)（實(shí)際上探棒2約會在原有基礎(chǔ)上再前行8米左右），再進(jìn)行tt

15、人工磁場的“精確”定位，誤差爭取控制在away2=788m，elev=-501.0m，right=1.5m；通過控制c點(diǎn)的轉(zhuǎn)速（3050rpm），由a側(cè)的b點(diǎn)(探棒1)接收其信號，再通過近靶點(diǎn)軟件分析系統(tǒng)，判斷出對b點(diǎn)而言其前方c點(diǎn)的方向（左右、高低）和距離參數(shù)，進(jìn)而下達(dá)a側(cè)鉆進(jìn)的指令；a側(cè)的b點(diǎn)每前進(jìn)4.8米，重復(fù)步驟進(jìn)行一次測量和校驗(yàn)，視具體的測量值的不同而調(diào)整步進(jìn)測量的疏密程度，大約需要經(jīng)過22次的測量和調(diào)整即可完成b點(diǎn)軌跡對c點(diǎn)軌跡的重合從而最終完成導(dǎo)向孔的對接。1.3對穿施工的一些建議及質(zhì)量控制：1、施工前應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果給出后根據(jù)鈣鎂離子含量有針對性的調(diào)整純堿、火堿的用量；

16、2、建議增加泥漿水化裝置；增加泥漿水化裝置的目的在于使泥漿熟化達(dá)到最佳的使用效果，確保泥漿始終保持著循環(huán)流動的狀態(tài)，從泥漿罐到返漿重復(fù)使用使泥漿熟化，保證泥漿有良好攜帶能力；3、增加泥漿短節(jié)，相應(yīng)的增大泥漿排量；此次穿越穿越距離長，為保證鉆桿合理的扭矩，適當(dāng)增加泥漿短節(jié)；增加泥漿短節(jié)后會導(dǎo)致泥漿壓力有所減小，為保證泥漿馬達(dá)的工作壓力，保證鉆頭的轉(zhuǎn)速，不會因泥漿壓力的減小而影響鉆進(jìn)速度，要適量的增加泥漿排量。4、若需要增加主管道的配重，建議在管線前端放置鉆桿，或在管線前端注水；回拖前，計算回拖管線的浮力，根據(jù)浮力的大小來確定應(yīng)加配重的具體重量。5、從施工角度出發(fā)，核實(shí)穿越設(shè)計曲線，可以適當(dāng)進(jìn)行優(yōu)

17、化；導(dǎo)向施工中，根據(jù)每根鉆桿鉆進(jìn)的情況進(jìn)行實(shí)時優(yōu)化。6、優(yōu)化泥漿配比方案，建議根據(jù)不同地層配置不同泥漿；本項(xiàng)目穿越主要經(jīng)過地層為泥巖、泥灰?guī)r和石灰?guī)r，針對各個地層的巖層硬度，在穿越工程中經(jīng)過不同地層時，調(diào)整泥漿配比及添加適合地質(zhì)的添加劑，達(dá)到泥漿的最優(yōu)使用效果。7、優(yōu)化擴(kuò)孔級數(shù)；擴(kuò)孔作為穿越工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在遵循施工規(guī)范的同時，根據(jù)前一級別擴(kuò)孔過程中的數(shù)據(jù)來確定下一級別擴(kuò)孔器的大小。8、針對最可能出現(xiàn)溶洞位置、增加探孔；主管導(dǎo)向過程中根據(jù)鉆進(jìn)的扭矩和泥漿壓力，確定溶洞或裂隙，在擴(kuò)孔前增加探孔。結(jié)束語 ：本項(xiàng)目入土點(diǎn)夯管夯進(jìn)110m進(jìn)入巖層，考慮施工難度，夯進(jìn)110米可能會出現(xiàn)偏移或無法入巖。，最終商定距