水平定向鉆穿越施工教程說明

1、水平定向鉆穿越施工水平定向鉆穿越施工簡介：隨著現(xiàn)代文明意識和環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng),開挖路面進(jìn)行各類地下管線施工導(dǎo)致的社會問題,交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受人民的關(guān)注,城市限制開挖施工的法規(guī)將陸續(xù)出臺,這里介紹的就是用來進(jìn)行非開挖施工的水平定向鉆穿越施工技術(shù).關(guān)鍵字：非開挖施工水平定向鉆穿越隨著現(xiàn)代文明意識和環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng),開挖路面進(jìn)行各類地下管線施工導(dǎo)致的社會問題,交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受人民的關(guān)注,城市限制開挖施工的法規(guī)將陸續(xù)出臺,這里介紹的就是用來進(jìn)行非開挖施工的水平定向鉆穿越施工技術(shù).采用水平定向鉆穿越技術(shù)進(jìn)行管線穿越施工,是城市市政建設(shè)和電氣化管網(wǎng)改造,通訊光纜敷設(shè)和穿越

2、大中小型江河,湖泊以及不可拆遷建筑物的最正確選擇,是不破壞地貌狀態(tài)和保護(hù)環(huán)境的最理想的施工方法.近幾年水平定向鉆穿越技術(shù)在世界各國及各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,尤其在環(huán)保和市政管網(wǎng)改擴(kuò)建工程及大型管道穿越江河工程工程上更顯出了其獨(dú)特的優(yōu)勢,其X住過程是通過計算機(jī)限制進(jìn)行導(dǎo)向和探測,先鉆出一個與設(shè)計曲線相同的導(dǎo)向孔,然后再將導(dǎo)向孔擴(kuò)大,把產(chǎn)品管線回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中,完成管線穿越的施工過程.1、水平定向鉆穿越施工工藝：使用水平定向鉆機(jī)進(jìn)行管線穿越施工,一般分為二個階段：第一階段是根據(jù)設(shè)計曲線盡可能準(zhǔn)確的鉆一個導(dǎo)向孔；第二階段是將導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔,并將產(chǎn)品管線一般為PE管道,光纜套管,鋼管沿著擴(kuò)大了

3、的導(dǎo)向孔回拖到導(dǎo)向孔中,完成管線穿越工作.1.1鉆導(dǎo)向孔：要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況,選擇適宜的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達(dá),開動泥漿泵對準(zhǔn)入土點(diǎn)進(jìn)行鉆進(jìn),鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)或使用泥漿馬達(dá)帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)切削地層,不斷前進(jìn),每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實(shí)際位置,以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向,保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求,如此反復(fù),直到鉆頭在預(yù)定位置出土,完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè).見示意圖一：鉆導(dǎo)向孔.1.5倍,需要用擴(kuò)孔器從出土點(diǎn)開始向入土點(diǎn)將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至要求的直徑.1.2預(yù)擴(kuò)孔和回拖產(chǎn)品管線:在鉆導(dǎo)向孔階段,鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑,為了使鉆出的孔徑到達(dá)回拖管線直徑的1.3

4、鉆機(jī)被安裝在入土點(diǎn)一側(cè),從入土點(diǎn)開始,沿著設(shè)計好的線路,鉆一條從入土點(diǎn)到出土點(diǎn)的曲線,作為預(yù)擴(kuò)孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線.一般情況下,使用小型鉆機(jī)時,直經(jīng)大于200毫米時,就要進(jìn)行予擴(kuò)孔,使用大型鉆機(jī)時,當(dāng)產(chǎn)品管線直徑大于Dn350mm時,就需進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔,預(yù)擴(kuò)孔的直徑和次數(shù),視具體的鉆機(jī)型號和地質(zhì)情況而定.回拖產(chǎn)品管線時,先將擴(kuò)孔工具和管線連接好,然后,開始回拖作業(yè),并由鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后退,進(jìn)行擴(kuò)孔回拖,產(chǎn)品管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的,由于擴(kuò)好的孔中充滿泥漿,所以產(chǎn)品管線在擴(kuò)好的孔中是處于懸浮狀態(tài),管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑,這樣即減少了回拖阻力,又保護(hù)了管線防腐層,經(jīng)過鉆機(jī)屢次預(yù)擴(kuò)孔,最

5、終成孔直徑一般比管子直徑大200mm,所以不會損傷防腐層.見示意圖二：預(yù)擴(kuò)孔和示意圖三：回拖管線地下孔經(jīng)過預(yù)擴(kuò)孔,到達(dá)了回拖要求之后,將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好,從出土點(diǎn)開始,一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點(diǎn)為止.2、水平定向鉆施工的特點(diǎn)：2.1 定向鉆穿越施工具有不會阻礙交通,不會破壞綠地,植被,不會影響商店,醫(yī)院,學(xué)校和居民的正常生活和工作秩序,解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾,對交通,環(huán)境,周邊建筑物根底的破壞和不良影響.2.2 現(xiàn)代化的穿越設(shè)備的穿越精度高,易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深,管線弧形敷設(shè)距離長,完全可以滿足設(shè)計要求埋深,并且可以使管線繞過地下的障礙物.2.3

6、城市管網(wǎng)埋深一般到達(dá)三米以下,穿越河流時,一般埋深在河床下918米,所以采用水平定向鉆機(jī)穿越,對周圍環(huán)境沒有影響,不破壞地貌和環(huán)境,適應(yīng)環(huán)保的各項(xiàng)要求.2.4 采用水平定向鉆機(jī)穿越施工時,沒有水上、水下作業(yè),不影響江河通航,不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu),施工不受季節(jié)限制,具有施工周期短人員少、成功率高施工平安可靠等特點(diǎn).2.5 與其它施工方法比擬,進(jìn)出場地速度快,施工場地可以靈活調(diào)整,尤其在城市施工時可以充分顯示出其優(yōu)越性,并且施工占地少工程造價低,施工速度快.2.6 大型河流穿越時,由于管線埋在地層以下918mm,地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少,所以起到自然防腐和保溫的功用,可以保證管線運(yùn)

7、行時間更長.3、水平定向鉆機(jī)系統(tǒng)簡介：各種規(guī)格的水平定向鉆機(jī)都是由鉆機(jī)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、鉆具及附助機(jī)具組成,它們的結(jié)構(gòu)及功能介紹如下:3.1 鉆機(jī)系統(tǒng)：是穿越設(shè)備鉆進(jìn)作業(yè)及回拖作業(yè)的主體,它由鉆機(jī)主機(jī)、轉(zhuǎn)盤等組成,鉆機(jī)主機(jī)放置在鉆機(jī)架上,用以完成鉆進(jìn)作業(yè)和回拖作業(yè).轉(zhuǎn)盤裝在鉆機(jī)主機(jī)前端,連接鉆桿,并通過改變轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向和輸出轉(zhuǎn)速及扭矩大小,到達(dá)不同作業(yè)狀態(tài)的要求.3.2 動力系統(tǒng)：由液壓動力源和發(fā)電機(jī)組成動力源是為鉆機(jī)系統(tǒng)提供高壓液壓油作為鉆機(jī)的動力,發(fā)電機(jī)為配套的電氣設(shè)備及施工現(xiàn)場照明提供電力.3.3 控向系統(tǒng)：控向系統(tǒng)是通過計算機(jī)監(jiān)測和限制鉆頭在地下的具體位置和其它參數(shù),引導(dǎo)

8、鉆頭正確鉆進(jìn)的方向性工具,由于有該系統(tǒng)的限制,鉆頭才能按設(shè)計曲線鉆進(jìn),現(xiàn)經(jīng)常采用的有手提無線式和有線式兩種形式的控向系統(tǒng).3.4 泥漿系統(tǒng)：泥漿系統(tǒng)由泥漿混合攪拌罐和泥漿泵及泥漿管路組成,為鉆機(jī)系統(tǒng)提供適合鉆進(jìn)工況的泥漿.3.5 鉆具及輔助機(jī)具：是鉆機(jī)鉆進(jìn)中鉆孔和擴(kuò)孔時所使用的各種機(jī)具.鉆具主要有適合各種地質(zhì)的鉆桿,鉆頭、泥漿馬達(dá)、擴(kuò)孔器,切割刀等機(jī)具.輔助機(jī)具包括卡環(huán)、旋轉(zhuǎn)活接頭和各種管徑的拖拉頭.穿越施工現(xiàn)場布置圖1 .入土點(diǎn)是定向鉆施工的主要場所,鉆機(jī)就布置在該側(cè),所以施工占地比擬大,DD330鉆機(jī)的最小DD60、DD-5的占地相應(yīng)要小得多占地為30X30M,當(dāng)然也可以根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況

9、作相應(yīng)調(diào)整,2 .出土點(diǎn)一側(cè)主要作為管道焊接場地,在出土點(diǎn)應(yīng)有一塊20X20M的場地作為預(yù)擴(kuò)孔、回拖時接鉆桿和安裝其他設(shè)備時使用；在出土點(diǎn)之后有一條長度與穿越長度相等的管線焊接作業(yè)帶.穿越實(shí)例大沽沙穿越鉆機(jī)場地布置1998年9月到10月之間,在天津塘沽大沽沙海河,我公司僅用45天時間完成了兩條219X8,一條426X9,長度為960米的管道穿越.大沽沙穿越焊接場地只顯示了兩條管道水平定向鉆穿越施工工藝流程圖使用水平定向鉆技術(shù)穿越河流和其它障礙物的施工方法在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用.水平定向鉆穿越承包商協(xié)會認(rèn)為：在工程工程招投標(biāo)過程中,水平定向鉆承包商應(yīng)設(shè)法獲取盡可能多的相關(guān)信息以提出完整并具

10、競爭力的報價,承包商在開工前應(yīng)該獲得以下信息,以保證日后的工作可以順利進(jìn)行,并在此條件下完成工程工程的施工,同時足夠的施工前的各類信息還可以保證施工過程更平安,減少對周圍環(huán)境的破壞,使工程進(jìn)行的更順利.A、開展與使用水平定向鉆技術(shù)最早出現(xiàn)在70年代,是傳統(tǒng)的公路打孔和油田定向鉆井技術(shù)的結(jié)合,這已成為目前廣受歡送的施工方法,可用于輸送石油、天然氣、石化產(chǎn)品、水、污水等物質(zhì)和電力、光纜各類管道的施工.不僅應(yīng)用于河流和水道的穿越,同時還廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路、機(jī)場、海岸、島嶼以及密布建筑物、管道密集區(qū)等.B、技術(shù)限制定向鉆施工技術(shù)首先應(yīng)用于美國海岸地區(qū)的沖積層穿越,現(xiàn)在已經(jīng)能夠開始在粗沙、卵石、冰

11、破和巖石地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行穿越施工.最長的穿越施工已達(dá)6000英尺、管道直徑為18英寸.C、優(yōu)勢事實(shí)證實(shí)：水平定向鉆穿越是對環(huán)境影響最小的施工方法.這項(xiàng)技術(shù)同時還可以為管道提供最的保護(hù)層,并相應(yīng)減少了維護(hù)費(fèi)用,同時不會影響河流運(yùn)輸并縮短施工期,證實(shí)是目前效率最高,本錢最低的穿越施工方法.D、施工過程和技術(shù)1、導(dǎo)向孔：導(dǎo)向孔是在水平方向按預(yù)定角度并沿預(yù)定截面鉆進(jìn)的孔,包括一段直斜線和一段大半徑弧線.在鉆導(dǎo)向孔的同時,承包商也許會選擇并使用更大口徑的鉆桿即沖洗管來屏蔽導(dǎo)向鉆桿.沖洗管可以起到類似導(dǎo)管的作用,還可以方便導(dǎo)向鉆桿的抽回和更換鉆頭等工作.導(dǎo)向孔的方向限制由位于鉆頭后端的鉆桿內(nèi)的限制

12、器稱為彎外殼完成.鉆進(jìn)過程中鉆桿是不做旋轉(zhuǎn)的,需要變換方向時假設(shè)將彎外殼向右定位,鉆進(jìn)路線即向右沿平滑曲線前進(jìn).鉆孔曲線由放置在鉆頭后端鉆桿內(nèi)的電子測向儀進(jìn)行測量并將測量結(jié)果傳導(dǎo)到地面的接收儀,這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和計算后,以數(shù)字的形式顯示在顯示屏上,該電子裝置主要用來監(jiān)測鉆桿與地球磁場的關(guān)系和傾角鉆頭在地下的三維坐標(biāo),將測量到的數(shù)據(jù)與設(shè)計的數(shù)據(jù)進(jìn)行比照,以便確定鉆頭的實(shí)際位置與設(shè)計位置的偏差,并將偏差值限制在允許的范圍之內(nèi),如此循環(huán)直到鉆頭根據(jù)預(yù)定的導(dǎo)向孔曲線在預(yù)定位置出土.2、預(yù)擴(kuò)孔：導(dǎo)向孔完成后,要將該鉆孔進(jìn)行擴(kuò)大到適宜的直徑以方便安裝成品管道,此過程稱為預(yù)擴(kuò)孔,依最終成孔尺寸決定擴(kuò)孔次數(shù).

13、例如,如需安裝36英寸管線,鉆孔必須擴(kuò)大到48英寸或更大.通常,在鉆機(jī)對岸將擴(kuò)孔器連接到鉆桿上,然后由鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)回拖入導(dǎo)向孔,將導(dǎo)向孔擴(kuò)大,同時要將大量的泥漿泵入鉆孔,以保證鉆孔的完整性和不塌方,并將切削下的巖屑帶回到地面.3、回拖管道：預(yù)擴(kuò)孔完成以后,成品管道即可拖入鉆孔.管道預(yù)制應(yīng)在鉆機(jī)對面的一側(cè)完成.擴(kuò)孔器一端接上鉆桿另一端通過旋轉(zhuǎn)接頭接到成品管道上.旋轉(zhuǎn)接頭可以預(yù)防成品管道跟著擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn),以保證將其順利拖入鉆孔.回拖由鉆機(jī)完成,這一過程同樣需要大量泥漿配合,回拖過程要連續(xù)進(jìn)行直到擴(kuò)孔器和成品管道自鉆機(jī)一側(cè)破土而出.二、現(xiàn)場布局和設(shè)計A、道路施工現(xiàn)場兩側(cè)都需要重型設(shè)備,為縮減本錢,通往兩側(cè)

14、施工現(xiàn)場的道路應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有道路以減少新修道路距離,或利用管道線路的施工便道,所有相關(guān)道路使用權(quán)的協(xié)議都應(yīng)由業(yè)主提供,在投標(biāo)階段再來討論這些問題為時已晚.B、工作場地1、鉆機(jī)一側(cè)一一鉆機(jī)施工場地至少需要30M100FT寬,長45M150FT的面積.該面積從入士點(diǎn)算起,入土點(diǎn)應(yīng)位于規(guī)定的區(qū)域內(nèi)至少3M10FT處,同時由于許多鉆機(jī)配套的設(shè)備或配件沒有規(guī)定的存放地點(diǎn),所以鉆機(jī)一側(cè)施工現(xiàn)場可由許多不規(guī)那么的小塊組成,以便節(jié)省占地面積,現(xiàn)場盡量要平整,堅硬,清潔,以便有利于進(jìn)行施工.由于穿越施工時需要大量的淡水供攪拌泥漿用,所以施工現(xiàn)場要盡量靠近水源或便于連接自來水管道的地方.2、管道一側(cè)-為便于預(yù)制

15、成品管道,管道一側(cè)要有足夠長度的施工現(xiàn)場,這也是要重點(diǎn)考慮的事情.現(xiàn)場寬度應(yīng)滿足管道施工的需要一般為12-18米.同樣在出土點(diǎn)一側(cè)也需要30米100FT寬乘以45米150FT長的施工現(xiàn)場.總長度以能夠擺放下所預(yù)制的管道為準(zhǔn),場地的總長度一般為穿越管道長度再加上30米,在回拖前,要將管道預(yù)制完成,包括焊接,通球,試壓防腐等工序,在回拖過程中,不能再進(jìn)行管道的連接工作,由于回拖過程是要連續(xù)進(jìn)行的,假設(shè)此時進(jìn)行管道連接將可能造成地下孔洞的塌方,極可能造成整個工程施工的失敗.C、施工現(xiàn)場勘察一旦施工地點(diǎn)確定,應(yīng)對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行勘測并繪制詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)地貌圖紙.最終施工的精度取決于這一勘測結(jié)果的精度.D、

16、施工設(shè)計參數(shù)1、覆蓋層厚度-考慮的因素包括所穿越河流的流量特征,季節(jié)性洪水沖刷深度,未來河道的加寬和加深,現(xiàn)有管道和電纜的位置等因素.一旦確定了施工地點(diǎn)并完成地質(zhì)調(diào)查,穿越層的厚度也就確定了,一般來說,覆蓋層應(yīng)至少是6米20FT厚.以上僅是針對河流穿越而言的,對于其它障礙物的穿越會有另外的要求2、鉆進(jìn)角和曲率半徑-一在大多數(shù)穿越施工中,入土角通常選擇在8-12度之間,多數(shù)施工應(yīng)首先鉆一段斜直線,然后再鉆一段大半徑曲線.此曲線的曲率半徑由成品管線的彎曲特性決定,隨直徑增大而增大,鋼管道曲率半徑的拇指法那么是100FT/IN一般取管道直徑的10001200倍.斜直線將導(dǎo)向孔曲線根據(jù)預(yù)定的走向引導(dǎo)到

17、設(shè)計的深度,然后是一段在此深度上的長長的水平直線,然后到達(dá)向上的彎曲點(diǎn)再到出土點(diǎn).出土角應(yīng)限制在5-12度之間,以便于成品管道的回拖.E、鉆孔施工所有的測向控向工具都包括地下測量電子設(shè)備和地面接收設(shè)備,可以測得鉆頭所在位置的磁方位角用于左/右限制和傾斜角上/下限制以及鉆頭的鉆進(jìn)方向.1、精度：穿越施工精度很大程度上取決于磁場的變化.例如,大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁,樁基,其它管道和電力線路會影響磁場讀數(shù).而穿越出土點(diǎn)的導(dǎo)向孔目標(biāo)偏差值應(yīng)限制在左右3米10FT,長度一一3米10米-1030FT的范圍內(nèi).2、完工圖紙：一般來說,導(dǎo)向孔的測量和限制應(yīng)在鉆導(dǎo)向孔時每鉆進(jìn)一根鉆桿或隔9米30FT測量計算一次.以上測

18、量計算完成的導(dǎo)向孔施工圖紙承包商應(yīng)向業(yè)主提供.也有采用替代方法如陀螺儀,穿地雷達(dá)和智能清管球用來做定位工作.三、地質(zhì)調(diào)查A、探孔數(shù)量探孔數(shù)量取決于方案穿越地點(diǎn)的地層情況及穿越長度.如果穿越長度為300米1000FT,在兩側(cè)的穿越工地各鉆一個鉆孔就足夠了,如果鉆孔結(jié)果說明該地區(qū)地質(zhì)狀況比擬單一,就不必進(jìn)行進(jìn)一步的鉆探取樣.如果勘探報告說明該地區(qū)地質(zhì)條件比擬復(fù)雜,或者發(fā)現(xiàn)有巖石或有粗沙層存在,這時就需要做進(jìn)一步的詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查.長距離大口徑穿越施工時,如出現(xiàn)粗砂,卵石,風(fēng)化巖或硬巖應(yīng)每隔180米-240米600-800FT取樣一次,假設(shè)有明顯跡象說明地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜,這時就需要打更多的地質(zhì)探孔進(jìn)行

19、更多的采樣工作.所有采樣探孔都應(yīng)沿穿越斷面方向,采樣深度以方案的穿越深度為準(zhǔn).如有可能,取樣探孔最好選在穿越中線一側(cè)約8米25FT處.勘探任務(wù)完成后,探孔必須封好以預(yù)防在施工過程中的泥漿泄漏.B、探孔深度所有的探孔深度都應(yīng)至少到達(dá)穿越點(diǎn)以下12米40FT或預(yù)定的穿越深度以下6米20FT,兩者之中取其大者.有時將穿越深度定的深一些或?qū)嶋H穿越曲線比設(shè)計的位置深一些,無論對承包商還是對業(yè)主來說都是很有益的,關(guān)鍵是穿越位置要選在地層結(jié)構(gòu)一致的利于成孔的地層中進(jìn)行,這樣才利于穿越的成功.C、土壤的標(biāo)準(zhǔn)分類一名合格的地質(zhì)技師或地質(zhì)學(xué)者,應(yīng)能依據(jù)統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)或ASTM設(shè)計書D-2487和D2488對材料進(jìn)行分類.能夠擁有一份由現(xiàn)場技師或鉆探公司提供的現(xiàn)場鉆探記錄,對以后的施工將是非常有益的,此記錄會包括對材料的目測分類以及由鉆探公司根據(jù)取樣結(jié)果對地層結(jié)構(gòu)所做的解釋和評價.D、標(biāo)準(zhǔn)穿刺測試SPT為了更好地確定顆粒材料的密度,地質(zhì)工程師通常會依據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D1586做標(biāo)準(zhǔn)穿刺測試SPTo這是一種現(xiàn)場