市政、油氣管道工程水平定向鉆簡介

第一章

水平定向鉆穿越施工工藝過程介紹其工作過程是通過計算機控制鉆頭進行導向和探測，先鉆出一個與設計曲線相同的導向孔，然后再將導向孔擴大，把產(chǎn)品管線回拖到擴大了的導向孔中，完成管線穿越的施工過程。1.通過鉆出一條最理想的鉆進路徑，在不破壞地表原狀的前提下，來完成管線鋪設的過程。2.理想的鉆進路徑通常是：使鋪裝的管線在漸變的、較小的彎曲且不發(fā)生永久變形的受力狀況下敷設在計劃的位置。3.通常要求所使用的鉆機系統(tǒng)要具有足夠的扭矩來驅(qū)動鉆頭或擴孔器，并將鉆屑和鉆液很好混合。4．在施工前，必須勘查和了解土質(zhì)，施工時要制訂適合地質(zhì)情況的鉆孔工藝，選用合適的泥漿配比，選擇有效切削和混合鉆屑的擴孔器。5．擴孔的目的是使管線的外壁與鉆孔壁之間產(chǎn)生足夠的環(huán)型空間，以便管線拖入鉆孔時有足夠的環(huán)型空間，以便擠走部分泥漿。穿越施工分為二個階段第一階段是按照設計曲線盡可能準確的鉆一個導向孔；第二階段是將導向孔進行擴孔，并將產(chǎn)品管線（一般為鋼管，PE管道，光纜套管）沿著擴大了的導向孔回拖到導向孔中，完成管線穿越工作。鉆導向孔預擴孔回拖管道水平定向鉆施工的特點：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，周邊建筑物基礎的破壞和不良影響。2．現(xiàn)代化的穿越設備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設方向和埋深，管線弧形敷設距離長，完全可以滿足設計要求埋深，并且可以使管線繞過地下的障礙物。3．城市管網(wǎng)埋深一般達到三米以下，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機穿越，對周圍環(huán)境沒有影響，不破壞地貌和環(huán)境，適應環(huán)保的各項要求。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、成功率高施工安全可靠等特點。5．其它施工方法比較，進出場地速度快，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。6．大型河流穿越時，由于管線埋在地層以下9—18m，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，可以保證管線運行時間更長。水平定向鉆機系統(tǒng)組成各種規(guī)格的水平定向鉆機都是由鉆進系統(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，只是采取了不同的安裝方式或結(jié)構(gòu)，它們的一般結(jié)構(gòu)及功能介紹如下：1

鉆進系統(tǒng)：2

動力系統(tǒng)：3

控向系統(tǒng)：4

泥漿系統(tǒng)：5

鉆具及輔助機具

第二章

施工設計和施工前的準備非開挖穿越施工的關鍵是作好穿越曲線即導向孔曲線的設計和地質(zhì)勘察。穿越曲線的設計和施工受許多因素的制約，其中最主要的是施工現(xiàn)場的地上和地下條件，地上條件包括地形，地貌以及周圍建筑物，道路，河流等；地下情況包括原有地下管道，地下水和地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，因此，在穿越曲線設計和施工之前必須進行詳細的現(xiàn)場勘察，取得第一手的地質(zhì)資料，為編制施工方案和計算工程造價提供依據(jù)。1．1現(xiàn)場勘察內(nèi)容包括：1.原有地下管線及設施的直徑和埋深，原有電纜線路的走向等情況，并在地面作好標記。一般的城市檔案館或測繪院有檔案可查。2.穿越地層的土質(zhì)類型，含水量，透水性，巖石硬度，含卵石或礫石的比例等情況。這些資料可以通過查找有關資料，開挖探孔或鉆探的方式取得，以便為設計曲線走向和深度提供依據(jù)。地勘要求和項目見相應的設計規(guī)范和標準。例如：《油氣田及管道巖土工程勘察規(guī)范》（SY/T0053—2004）；《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）；制定出相應的該項目的《巖土工程勘察統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定》等?？辈閳蟾娴闹饕獌?nèi)容如下1)地表測量：2）土工測量：3）地下測量：

第二節(jié)鉆孔線路的設計方法鉆進曲線的設計，可以根據(jù)施工的要求和實測資料，預先規(guī)劃出一條理想的鉆進路徑。通常這些要求和資料包括：1．最小地面覆蓋厚度、鉆頭入土（地）/出土角度，所選機器的型號，鉆桿的長度和最小曲率半徑，這些資料決定了工程中需要鉆桿的數(shù)量，保證鉆桿的最小轉(zhuǎn)彎限制。2．待裝管線的直徑、一次鋪設的管線成組根數(shù)、管線允許的最小曲率半徑以及泥土的類型、導向孔和擴孔器的形式和直徑，這些資料可確保待安裝的管線不至于受力過度、所備鉆液的配比是否適當或是否足夠。3．水，河道或水渠、道路、橋涵或其他地面障礙物的資料；公用設施管線性質(zhì)、水平位置、垂直深度和離計劃路徑的左右方位、管線的直徑及所需要的最小凈空，這些資料是保證施工過程中安全施工的可靠保證。當我們知道了穿越長度，深度，入土角度和出土角度，管道曲線造斜半徑，管道材質(zhì)和直徑，壁厚等參數(shù)后，也可以手工進行鉆孔曲線的設計和校正。穿越曲線一般有五段組成，有時簡化為三段：如圖直線段和造斜段、水平直線段和出土及造斜段，如下圖：典型的穿越曲線主要參數(shù)選擇鉆頭入土角α一般選擇8—15度為好，管徑大選小角度。鉆頭出土角，一般選5—10度為合適。R1和R2主要由鉆桿的曲率半徑和待鋪設管線的允許彎曲半徑?jīng)Q定。若是PE管道，主要參考鉆桿的允許曲率半徑，若是鋼管時，一般取R≥800--1200d，d為待鋪管線的直徑（毫米）曲率半徑選擇是否正確，可以從鋼材的各項性能參數(shù)計算得到驗證。鉆孔穿越曲線設計的一般原則：鉆進曲線設計和規(guī)劃是成功穿越鉆進最重要的因素之一，尤其要重視以下的原則，保證安全施工：1．在作鉆進規(guī)劃時，計劃導向孔離地下公用管線或其它障礙物的最小凈空是非常重要的。因為擴孔器必定穿過整個鉆孔，足夠的凈空是非常重要的。同時，也允許鉆頭在定位時有點偏差。2．鉆進規(guī)劃軟件考慮到了鉆桿和管線的曲率半徑因素，以便提供規(guī)劃鉆進路徑要求的數(shù)據(jù)；要注意的是：鉆頭的入土點和出土點的地面的標高情況，對曲線的布局有一定的改變。3.當穿越河流時，要保證管道在河底的一定埋深，根據(jù)河道的級別和水量，河床結(jié)構(gòu)和地質(zhì)情況，一般要求在穩(wěn)定河床下6--12米深，當然，還要看具體的地質(zhì)地層情況和河道管理部門的要求，選擇合適的穿越層位也很關鍵，盡量選擇容易成孔的層位。4.要對周圍環(huán)境和交通走向進行詳細的了解和勘察，尤其大型管道項目，需要大型鉆機進行施工，所以，設計時要考慮穿越設備的進出場道路情況，要能夠保證鉆機設備的安全進入和撤離，同時要兼顧管道預制場地的情況。第一節(jié)典型的場地布置

1.1鉆機場地布置鉆頭入土點是定向鉆施工的主要場所，鉆機就布置在該側(cè)，所以施工占地比較大，大型鉆機的最小占地為50×40M，小型鉆機要15*10米左右，當然也可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況作相應調(diào)整，以便盡量減少占地面積。重點考慮鉆機運輸車輛的進出和道路狀況，根據(jù)鉆機和管徑大小，找到合適的取水地點，一般采用河水或打井取水的方法解決，也要考慮合適的泥漿儲存坑。1.2管道預制場地

鉆頭出土點一側(cè)主要作為管道焊接場地，在出土點應有一塊的場地作為預擴孔、回拖時接鉆桿和安裝其他設備時使用，大型鉆機要30×20M，小型鉆機要10*5米左右；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。同樣要考慮運輸鋼管和鉆桿車輛的道路情況，有時也要考慮管道試壓用水的來源和合適的泥漿儲存坑的問題。第二節(jié)導向孔的導向過程

大型鉆機一般用有線式導向系統(tǒng)，導向人員只需要在顯示屏前及時掌握數(shù)據(jù)并及時調(diào)整參數(shù)即可。小型鉆機的手持式無線導向系統(tǒng)，在鉆孔過程需要至少兩名操作人員，一名鉆機操作者，操作鉆機，控制鉆具在地下的工況；另一名是定位探測儀操作員，負責監(jiān)測、探測鉆頭