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：隨肴現(xiàn)代文明總 : 識和環(huán)?？?: 識的逐漸加強，開挖路面進行符類地下管線施工導(dǎo)致的社會問題 題和環(huán)境污染問題已越來越受人民的關(guān)注，城市限制開挖施匸的法規(guī)將陸續(xù)出臺，這里介紹的就是用來開挖施 L： 的水平定向鉆穿越施匸技術(shù) c 關(guān)鍵字：非開挖施工水平定向鉆穿越. 交通 問 進行非隨著現(xiàn)代文明總識和環(huán)?？傋R的逐漸加強 . 開挖路面進行各類地下管線施匸導(dǎo)致的社會問題環(huán)境污染問題已越來越受人民的關(guān)注，城市限制開挖施匚的法規(guī)將陸續(xù)出臺，這里介紹的就是用來進. 交通問 題和行非開挖施工的水平定向鉆穿越施匸技術(shù)。采用水平定向鉆穿越技術(shù)進行管線穿越施工，是城市市政建

2、設(shè) 和電氣化管網(wǎng)改造 . 通訊光纜敷設(shè)和穿越大中小型江河 . 湖泊以及不可拆遷建筑物的般佳選擇， 是不破壞 地貌狀態(tài)和保護環(huán)境的垠理想的施匸方法。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)改擴建項目及大型管道穿越江河丄：程項目上更顯出 J其獨特的優(yōu)娼 . 其工 隹過程是通過訃算機控制進行導(dǎo)向和探測 . 先鉆出一個與設(shè)訃曲線相同的導(dǎo)向孔 . 然后再將導(dǎo)向孔擴大， 把產(chǎn)品管線回拖到擴大了的導(dǎo)向孔中 . 完成管線穿越的施匸過程。1、水平定向鉆穿越施工工藝：使用水平定向鉆機進行管線穿越施工 . 一般分為二個階段：第一階段是按照設(shè)訃曲線盡可能準確的鉆導(dǎo)向孔：第二

3、階段是將導(dǎo)向孔進行擴孔，并將產(chǎn)品管線（一般為 PE 管道，光纜套管，鋼管沿若擴向孔回拖到導(dǎo)向孔中，完成管線穿越工作。一個 大了的導(dǎo)1.1 鉆導(dǎo)向孔：婆根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達 . 開動泥漿泵對準入土點進行鉆進 . 鉆頭在鉆機的推力作用下由鉆機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（或使用泥漿馬達帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)）切削地層，不斷前進 . 每鉆完 一根鉆桿要測雖一次鉆頭的實際位置 . 以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進方向， 保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)汁 要求 . 如此反復(fù) . 直到鉆頭在預(yù)定位宜岀土，完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。見示意圖一：鉆導(dǎo)向孔。鉆機被安裝在入上點一側(cè)，從入土點開始 . 沿著設(shè)汁好的線路，

4、鉆一條從入丄點到出土點的曲線 ?作 為預(yù)擴孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。1.2 預(yù)擴孔和回拖產(chǎn)品管線：一般情況下，使用小型鉆機時 . 直經(jīng)大于 200 亳米時，就要進行予擴孔，使用大型鉆機時，、“ I 產(chǎn)品管 線直徑大于 Dn350mm 時，就需進行預(yù)擴孔 . 預(yù)擴孔的直徑和次數(shù) . 視具體的鉆機型號和地質(zhì)情況而定?；赝袭a(chǎn)品管線時，先將擴孔工具和管線連接好 . 然后，開始回拖作業(yè) . 并由鉆機轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后 退 .進行擴孔回拖 . 產(chǎn)品管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的 . 由于擴好的孔中充滿泥漿 . 所以產(chǎn)品管線在擴好 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

5、護了管線防腐層預(yù)擴孔，最終成孔直徑一般比管子直徑大 200mm, 所以不會損傷防腐層。見示總圖二：傾擴回拖管線。. 經(jīng)過鉆機命次孔和示意圖三：在鉆導(dǎo)向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑 . 為了使鉆出的孔徑達到回拖管線直徑的 1? 3?1.5 倍，需要用擴孔器從出土點開始向入土點將導(dǎo)向孔擴大至翌求的直徑。地下孔經(jīng)過預(yù)擴孔 . 達到了回拖要求之后 . 將鉆桿、擴孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好 . 從 出土點開始，一邊擴孔一邊將管線回拖至入土點為止。2、 水平定向鉆施工的特點：2.1 定向鉆穿越施匸具有不會阻礙交通 . 不會破壞綠地 . 植被 . 不會影響商丿占，醫(yī)院，學校和居民的正常和

6、匸作秩序，解決了傳統(tǒng)開挖施匚對居民生活的干擾，對交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良2.2 現(xiàn)代化的穿越設(shè)備的穿越精度商，易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深 . 管線弧形敷設(shè)距離長 . 完全可以滿足埋深 . 并且可以使管線繞過地下的障礙物。2.3 城市管網(wǎng)埋深一般達到三以下 . 穿越河流時，一般埋深在河床下 9_18 米 . 所以采用水平定向鉆對周碉環(huán)境沒有影響，不破壞地貌和環(huán)境 . 適應(yīng)環(huán)保的各項要求。2.4 采用水平定向鉆機穿越施工時，沒有水上、水下作業(yè)，不影響江河通帥，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床?施工不受季節(jié)限制，具有施二周期短人員少、成功率商施匸安全可釜等特點。2.5 與其它施工方法比較，進出場地

7、速度快，施匸場地可以靈活調(diào)整，尤其在城市施工時可以充分顯示岀越性 . 并且施工占地少匸程造價低，施工速度快。2.6 大型河流穿越時 . 由于管線埋在地層以下 9-18mm. 地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少，所以起腐和保溫的功用，可以保證管線運行時間更長。3、 水平定向鉆機系統(tǒng)簡介：各種規(guī)格的水平定向鉆機都是由鉆機系統(tǒng) . 動力系統(tǒng)、控向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、鉆具及附助機具組成生活影響。設(shè)計要求機穿越 .結(jié)構(gòu)其優(yōu)到自然防.它們的結(jié)構(gòu)及功能介紹如下 : 3.1 鉆機系統(tǒng)：是穿越設(shè)備鉆進作業(yè)及回拖作業(yè)的主體成 . 鉆機主機放宜在鉆 機架上，用以完成鉆進作業(yè)和回拖作業(yè)。轉(zhuǎn)盤裝在鉆機主機前端變轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向和輸出

8、 轉(zhuǎn)速及扭矩大小，達到不同作業(yè)狀態(tài)的要求. 它由鉆機主機、轉(zhuǎn)盤等組. 連接鉆桿，并通過改3.2 動力系統(tǒng)：由液圧動力源和發(fā)電機組成動力源是為鉆機系統(tǒng)提供商壓液壓油作為鉆機的動力，發(fā)電機 為配套的電氣設(shè)備及施工現(xiàn)場照明提供電力 C3.3 控向系統(tǒng)：控向系統(tǒng)是通過訃算機監(jiān)測和控制鉆頭在地下的具體位逬和其它參數(shù) ?引導(dǎo)鉆頭正確鉆進 的方向性匸具 ?由于有該系統(tǒng)的控制 . 鉆頭才能按設(shè)計曲線鉆進， 現(xiàn)經(jīng)常采用的有于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，為鉆機系統(tǒng)提供適合鉆進匚況的泥 漿。3.5 鉆具及輔助機具： 是鉆機鉆進中鉆孔和擴孔時

9、所使用的各種機具。 鉆具主要有適合各種地質(zhì)的鉆桿， 鉆頭、泥漿馬達 . 擴孔器，切割刀等機具。輔助機具包括卡環(huán) . 旋轉(zhuǎn)活接頭和各種管徑的拖拉頭。穿越施工現(xiàn)場布置圖入上俗現(xiàn)煬術(shù) JL 出2 占: 內(nèi)丸丿妙力葺4.水減56?依析介丘掙7 足共取?9.H. 廈場齊矗丈 12 現(xiàn)筠 4 心竇 13 人 土衣誤熾之U. 沉注泡1. 入土點是定向鉆施匸的主要場所，鉆機就布迓在該側(cè)占地為 30 x30M. Hi 然也可以根據(jù)現(xiàn)場的實際怙況作相應(yīng)調(diào)整. 所以施工占地比較大 . DD330 鉆機的報小. DD60、 DD-5 的占地相應(yīng)要小得多。2. 出土點一側(cè)主要作為管道焊接場地，在出土點應(yīng)有一塊 20 x

10、20M 的場地作為傾擴孔、回拖時接鉆 桿和安裝其他設(shè)備時使用：在出土點之后有一條長度與穿越長度相等的管線焊接作業(yè)帶。穿越實例大沽沙穿越鉆機場地布宜1998 年 9 丿到 10 之間，在天津塘沽大沽沙海河 . 我公司僅用 45 天時間完成 J兩條 O219x& 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 : 方法在世界范囤內(nèi)得到了廣泛的運用。水平定向鉆 穿越承包商協(xié)會認為：在丄程項目招投標過程中，水平定向鉆承包商應(yīng)設(shè)法獲取盡可能女的相關(guān)信息以提 出完整并具競爭力的報價，承包商在開丄前應(yīng)

11、該獲得以下信息 . 以保證日后的工作可以順利進行，并在此 條件下完成匸程項目的施匸 ?同時足夠的施匸前的各類信息還可以保證施工過程更安全 . 減少對周圉環(huán)境 的破壞，使1： 程進行的更順利。一 . 概述A. 發(fā)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 IB 定向鉆井技術(shù)的結(jié)合 . 這已成為目前廣 受歡迎的施工方法，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 . 光纜各類管道的施匸。 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、 詵路、 機場、 海岸、 島嶼以及密布建筑物 . 管道密集區(qū)等。B. 技術(shù)限制定向鉆施匚技術(shù)首先應(yīng)用于笑

12、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 . 冰碩和巖 石地區(qū)等復(fù)朵地質(zhì)條件下進行穿越施匚。垠長的穿越施丄 : 已達 6000 英尺、管道直徑為 18 英寸。C、 優(yōu)勢事實證明： 水平定向鉆穿越是對環(huán)境影響最小的施丄 : 方法。 這項技術(shù)同時還可以為管道提供垠的保護 層，并相應(yīng)減少了維護費用 ?同時不會影響河流運輸并縮短施工期，證明是目前效率戰(zhàn)商，成木最低的穿 越施工方法。D、 施匸過程和技術(shù)1、 導(dǎo)向孔： 導(dǎo)向孔是在水平方向按偵定角度并沿傾定截面鉆進的孔， 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）來屛蔽導(dǎo)向鉆桿。沖洗

13、管類似導(dǎo)管的作用， 還可以方便導(dǎo)向鉆桿的抽回和 3!換鉆頭等工作。 導(dǎo)向孔的方向控制由位于鉆頭可以起到后端的鉆桿內(nèi)的控制器（稱為彎外殼）完成 ? 鉆進過程中鉆桿是不做旋轉(zhuǎn)的，需要變換方向時若將彎外殼 向右定位 ?鉆進路線即向右沿平滑曲線前進鉆孔曲線由放宜在鉆頭后端鉆桿內(nèi)的電子測向儀進行測雖并面的接收儀 . 這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和 il?算后，以數(shù)字的形式顯示在顯示屏上，該電子裝將測雖結(jié)果傳導(dǎo)到地宜主要用來監(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） . 將測量到的數(shù)據(jù)與設(shè)訃的數(shù)據(jù) 進行對比 . 以便確定鉆頭的實際位置與設(shè)訃位宜的偏差，并將偏差值控制在允許的范隔之內(nèi) . 如此循環(huán)直 到鉆頭

14、按照預(yù)定的導(dǎo)向孔曲線在預(yù)定位迓出上。2、 預(yù)擴孔： 導(dǎo)向孔完成后 ?要將該鉆孔進行擴大到合適的直徑以方便安裝成品管道， 此過程稱為傾 擴孔，（依最終成孔尺寸決定擴孔次數(shù)） o 例如，如需安裝 36 英寸管線，鉆孔必須擴大到 48 英寸或更大。 通常 . 在鉆機對岸將擴孔器連接到鉆桿上 . 然后由鉆機旋轉(zhuǎn)回拖入導(dǎo)向孔 . 將導(dǎo)向孔擴大，同時耍將大址 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： 偵擴孔完成以后 . 成品管道即可拖入鉆孔。 管道預(yù)制應(yīng)在鉆機對面的一側(cè)完成。 擴孔器 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)接頭可以避免成品管道跟著

15、擴孔器旋轉(zhuǎn) . 以保證 將其順利拖入鉆孔。 回拖由鉆機完成 . 這一過程同樣需要大雖泥漿配合 . 回拖過程要連續(xù)進行直到擴孔器 和成品管道自鉆機一側(cè)破土而出。二、現(xiàn)場布局和設(shè)計A、 道路施 1： 現(xiàn)場兩側(cè)都需要重型設(shè)備 . 為縮減成木 . 通往兩側(cè)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匸便道，所有相關(guān)道路使用權(quán)的協(xié)議都應(yīng)由業(yè)主提供，在投標階段再 來討論這些問題為時已晚。B、 工作場地1、 鉆機一側(cè)鉆機施工場地至少需要30M (100FT) 寬 . 長 45M (150FT) 的面積。該面積從入 土點算起 . 入土點應(yīng)位于規(guī)定的區(qū)域內(nèi)至少 3M (10FT

16、) 處，同時由于許多鉆機配套的設(shè)備或配件沒有規(guī)點 . 所以鉆機一側(cè)施丄 : 現(xiàn)場可由許筍不規(guī)則的小塊組成，以便節(jié)省占地面積，現(xiàn)場盡雖要平整 以便有利于進行施工。由于穿越施匸時需要大量的淡水供攪拌泥漿用，所以施工現(xiàn)場要盡址連接自來水管道的地方。定的存放地. 堅鎖 . 清潔， 繾近水源或便于2、 管道一側(cè) ?為便于預(yù)制成品管道， 管道一側(cè)婆有足夠長度的施匸現(xiàn)場， 這也是要重點考慮的爭悄。 現(xiàn)場寬度應(yīng)滿足管道施工的需要 (一般為 12 ? 18 米) 。同樣在出土點一側(cè)也需要 30 米( 100FT) 寬乘以 45 米(150FT) 長的施匸現(xiàn)場?？傞L度以能夠擺放下所預(yù)制的管道為準 .( 場地的總長

17、度一般為穿越管道 長度再加上 30米， )在回拖前 ?要將管道偵制完成，包括焊接，通球，試壓防腐等工序，在回拖過程中， 接工作?因為回拖過程是要連續(xù)進行的 . 若此時進行管道連接將可能造成地下孔洞的施匸的失敗。不能再進行管道的連 塌方?極可能造成整個工程C、 施匸現(xiàn)場勘察- 日 . 施匸地點確定，應(yīng)對相應(yīng)區(qū)域進行勘測并繪制詳細準確的地質(zhì)地貌圖紙最終施匸的精度取決于 這一勘測結(jié)果的精度 cD、 施匸設(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)有管道和電纜的位宜等因素。一旦確定了施工地點并完成地質(zhì)調(diào)査，穿越層的厚度也就確定

18、了，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一般來另外的要求 c2、鉆進角和曲率半徑 ?在大女數(shù)穿越施工中 . 入丄角通常選擇在 &度之間 . 多數(shù)施丄應(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 . 隨直徑増大而增 大，鋼管道曲率半徑的搗抬法則是 10OFT/IN （一般取管道直徑的 1000-1200 倍）。斜直線將導(dǎo)向孔曲線 按照預(yù)定的走向引導(dǎo)到設(shè)計的深度 . 然后是一段在此深度上的長長的水平直線 . 然后到達向上的彎曲點再 到出土點。出土角應(yīng)控制在 5? 12 度之間，以便于成品

19、管道的回拖。E、鉆孔施工所有的測向控向匸具都包括地下測雖電子設(shè)備和地面接收設(shè)備 ?可以測得鉆頭所在位宜的磁方位角（用 于左/右控制）和傾斜角（上 / 下控制）以及鉆頭的鉆進方向。仁精度：穿越施匸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)。而穿越岀丄點的導(dǎo)向孔目標偏差值應(yīng)控制在左右 3 米 （10FT） ,長度 3 米? 10 米（ -10-30FT ）的范用內(nèi)。2、完工圖紙：一般來說 . 導(dǎo)向孔的測址和控制應(yīng)在鉆導(dǎo)向孔時每鉆進一根鉆桿或隔 9 米（ 30FT ）測 址計算一次。以上測雖 il?算完成的導(dǎo)向孔施匸圖紙承包商應(yīng)向業(yè)主提供。也

20、有采用替代方法如陀螺儀 . 穿 地雷達和智能清管球用來做定位丄作。三、地質(zhì)調(diào)査A、 探孔數(shù)雖：探孔數(shù)址取決于汁劃穿越地點的地層情況及穿越長度 c 如果穿越長度為 300 米（ 1000FT ） , 在兩側(cè)的 穿越丄地各鉆一個鉆孔就足夠了 . 如果鉆孔結(jié)果表明該地區(qū)地質(zhì)狀況比較訊一 . 就不必進行進一步的鉆探 取樣。 如果勘探報告表明該地區(qū)地質(zhì)條件比較復(fù)朵 . 或者發(fā)現(xiàn)有巖石或有粗沙層存在，這時就需耍做進一 步的詳細的地質(zhì)調(diào)査。長距離大口徑穿越施匸時 . 如出現(xiàn)粗砂，卵石 . 風化巖或鎖巖應(yīng)每隔 180 米? 240 米（ 600-800FT ）取樣一次，若有明顯跡象表明地質(zhì)結(jié)構(gòu)片常復(fù)雜 . 這

21、時就需要打更筍的地質(zhì)探孔進行更 箏的采樣工作。所有采樣探孔都應(yīng)沿穿越斷而方向 . 采樣深度以訃劃的穿越深度為準。 如有可能 . 取樣探 孔昴好選在穿越中線一側(cè)約 8 米（ 25FT ）處。勘探任務(wù)完成后 . 探孔必須封好以防止在施匸過程中的泥漿 泄漏。B、 探孔深度所有的探孔深度都應(yīng)至少達到穿越點以下 12 米（ 40FT ）或偵定的穿越深度以下 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) il?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)鍵是穿越位宜要選在地層結(jié)構(gòu)一致的利于成孔的地層中進行，這樣才利于穿越的 成功。C、 上壤的標準分類一名合格的地質(zhì)技師或地質(zhì)學者 ?應(yīng)能依據(jù)統(tǒng)一上壤分類系統(tǒng)或 ASTM 設(shè)計書 D-2487 和 D2488 對材 料進行分類。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，對以后的施匸將是非常有益的， 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)所做的解祥和評價。D、 標準穿刺測試SPT 為更好地確定顆粒材料的密度，地質(zhì)工程師通常會依據(jù) AST