水平定向鉆施工作業(yè)中的計(jì)算

1、水平定向鉆施工作業(yè)中的計(jì)算文件排版存檔編號(hào)：UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208水平定向鉆施工作業(yè)中的有關(guān)計(jì)算2007年02月12日 來(lái)源：中國(guó)水協(xié)設(shè)備網(wǎng)摘要:本文結(jié)合實(shí)際施工實(shí)例，詳細(xì)，全面，列舉了水平定向鉆施工作 業(yè)中的有關(guān)計(jì)算，為施工的順利完成提供了數(shù)據(jù)保障。對(duì)于工程施工有重要 的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:水平定向鉆鉆徑軌跡計(jì)算隨著全國(guó)市政建設(shè)的高速發(fā)展，市政公用設(shè)施一一城市地下管線(xiàn)的修復(fù)更換，安裝完善工作也得以高速發(fā)展。隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，無(wú)開(kāi)挖，無(wú) 污染，高速高效施工方法一一水平定向鉆頂管敷管法已在全國(guó)范圍高速發(fā) 展，水平定向鉆施工企業(yè)也在全國(guó)迅速膨脹，水平定向鉆施工技

2、術(shù)，實(shí)際操 作經(jīng)驗(yàn)也逐漸提高。為適應(yīng)這樣趨勢(shì)，本文匯總了水平定向鉆施工作業(yè)中的 相關(guān)計(jì)算，與施工作業(yè)者討論。1 管重及回拖力計(jì)算(1) .管子重量計(jì)算：計(jì)算管子重量時(shí)，查找各種材料手冊(cè)比較方便。也可用以下公式進(jìn)行計(jì) 算；Q= n ( DW- S ) S y / 1000對(duì)于鋼管則用下式計(jì)算重量：Q= S ( DW - S )式中Q管子重量，kg/mDW管子外徑，mm管子壁厚，mmY管子材質(zhì)密度，t/m3 ,如鋼取，鑄鐵?。?）.所需回拖力計(jì)算：回拖產(chǎn)品管線(xiàn)所需回拖力也就是管壁和孔壁之間摩擦力w,其由下式計(jì)算；w = 2 p （1 + ka） + pO f L 式中：w一一管壁和孔壁之間摩擦力,

3、KNP一一土對(duì)每米管道壓力，KN/mka一一主動(dòng)土壓力系數(shù)，一般取pO每米管道重量，KN/mf一一管壁和孔壁之間摩擦系數(shù),02L一一管道長(zhǎng)度，m由上式可知，摩擦力主要取決于土對(duì)管道壓力P和摩擦系數(shù)f的大小。 土對(duì)管道壓力主要與土層的性質(zhì)和導(dǎo)向孔的曲率有關(guān)。沙土的粘聚力小，對(duì) 管道的壓力大，P一般按所敷管線(xiàn)直徑12倍高度土質(zhì)量計(jì)算；粘性土的粘聚力大，對(duì)管道壓力小，p一般 按所敷管線(xiàn)直徑1倍高度土質(zhì)量計(jì)算。導(dǎo)向孔的曲率半徑R對(duì)P影響也較大，但當(dāng)R> 1200D （D為管線(xiàn)直徑） 時(shí)，可以不考慮其影響。2、鉆徑軌跡的設(shè)計(jì)計(jì)算：鉆徑軌跡的計(jì)算是施工作業(yè)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其是頂鉆施工實(shí)際操作的 理論

4、指導(dǎo)依據(jù)。只有合理的，切乎實(shí)際的正確計(jì)算，嚴(yán)格按其操作，才能保 證施工作業(yè)的圓滿(mǎn)成功。鉆徑軌跡的設(shè)計(jì)計(jì)算是建立在回拖產(chǎn)品管線(xiàn)的抗拉強(qiáng)度，彎曲半徑以及 使用鉆機(jī)大小，回拖能力，鉆桿彎曲極限和施工土壤結(jié)構(gòu)等眾多因素基礎(chǔ)之 上的，是一項(xiàng)綜合性計(jì)算。在實(shí)際操作中，施鉆人員應(yīng)根據(jù)地下障礙管線(xiàn)，和場(chǎng)地具體情況，結(jié)合 土壤結(jié)構(gòu)等眾多因素，合理規(guī)劃計(jì)算出每根鉆桿的頂鉆角度，深度，然后按 其逐步施工。對(duì)于實(shí)際操作中和設(shè)計(jì)計(jì)算不否者，要在滿(mǎn)足地下障礙管線(xiàn)安 全前提下，重新進(jìn)行計(jì)算，以至施工完畢。例如：進(jìn)行一個(gè)特定的水下穿越，測(cè)量水最深處為米，客戶(hù)要求在水下 留米距離，回拖產(chǎn)品管線(xiàn)為de200pe管，進(jìn)行鉆進(jìn)軌跡計(jì)

5、算。根據(jù)施工條件，我們選用回拖力為15噸鉆機(jī)進(jìn)行施工，鉆桿為米，彎曲 度為3° /每根，每根3°的變化將改變深度變化為/y=sin3° X3M。設(shè)定入鉆角度為-15。，為作出過(guò)渡曲線(xiàn)及使鉆頭在目標(biāo)深度水平，需要 5根鉆桿(如圖)。要求計(jì)算鉆機(jī)的最小回退距離L二我們知道兩個(gè)已知量入鉆角度-15° ,目標(biāo)深度9米5根鉆桿以3° /每根的過(guò)渡曲線(xiàn)產(chǎn)生的深度變化為：-15° 變?yōu)?12。產(chǎn)生的深度變化：Jyl=sin (15° +12° ) /2X3M。-12° 變?yōu)?9。產(chǎn)生的深度變化：Jy2=sin (12&

6、#176; +9° ) /2X3M。-9°變?yōu)?6。產(chǎn)生的深度變化：Jy3=sin (9° +6° ) /2X3M。-6°變?yōu)?3。產(chǎn)生的深度變化：Jy4=sin (6° +3° ) /2X3M。-3°變?yōu)?°產(chǎn)生的深度變化：Jy5=sin (3° +0° ) /2X3M。總計(jì)深度變化為：/ y= / y 1 + / y2+ / y3+ / y4+ A y5=由圖知：B=-Zly=A=Bctgl50 =Xctgl50 =L = A+15二米所以，在入鉆角度為-15。時(shí)，頂鉆起始位置需距

7、河中心米。在以上計(jì)算中，只是理論計(jì)算，而在實(shí)際操作中，可能由于水層下面的 土質(zhì)較軟，或是淤泥，每根鉆桿3°的變化很難保證，其將導(dǎo)致在目標(biāo)深度 處，鉆頭難以水平，為此在實(shí)際施工中，我們可適當(dāng)根據(jù)情況調(diào)整鉆頭前進(jìn) 路線(xiàn)。在鉆徑軌跡計(jì)算方面，各大廠(chǎng)商同時(shí)提供計(jì)算軟件，其對(duì)施工人員有較 好的指導(dǎo)意義，但其有局限性，在不同的地域土壤結(jié)構(gòu)，不同的施工地理?xiàng)l 件，不同的設(shè)備材料下，不能一概而論，因此，在實(shí)際操作中，我們要根據(jù) 條件，合理修正計(jì)算參數(shù)，讓理論計(jì)算更加接近實(shí)際。3、進(jìn)尺速度計(jì)算（1）井筒體積計(jì)算公式為：V = D2XL/25式中：V井筒體積，加侖/英尺D井孔直徑，英寸L一一井孔長(zhǎng)度，英

8、尺（2）泥漿體積流量計(jì)算公式為：Q二VXf式中：Q泥漿體積流量，加侖V井筒體積，加侖f一一流量因素其中流量因素f是指由于土壤結(jié)構(gòu)不同產(chǎn)生的泥漿流失或滲失而耗掉的 泥漿流量，f取值為廣5, 一般情況沙土： f取廣黏土： f取35隨著土壤塑性的增大，密實(shí)度的增加，f取值增加。井孔越長(zhǎng)，f取值越大。（3）進(jìn)尺速度計(jì)算最大的鉆孔速度取決于井筒尺寸，井下工具，地層條件，泥漿泵的容量 和效率，鉆井液的黏度以及流量因素。在保持環(huán)流并且避免泥漿泵超負(fù)荷所 需要的每節(jié)鉆桿的最快鉆孔時(shí)間（進(jìn)尺速度）為：T =井筒體積VX流量因素f泵的速率X泵送效率式中：V一一井筒體積，加侖/英尺T一一進(jìn)尺速度，分鐘/英尺泵的速率

9、一一加侖/分鐘其中泵送效率與泥漿的黏度系數(shù)有關(guān)。廠(chǎng)商設(shè)備出廠(chǎng)的泥漿泵的額定排 量是以海平面高度水的泵送量為基礎(chǔ)（水的馬氏漏斗黏度為26秒/夸脫）。在實(shí)際操作中，按以下方式估算泥漿黏度的增加對(duì)泥漿泵效率構(gòu)成的影 響：黏度每增加1秒/夸脫，相應(yīng)的以制造商標(biāo)定的額定排量為基礎(chǔ)減小 1%,也就是泥漿泵效率下降1機(jī)例：建設(shè)方需在低塑性，中等硬質(zhì)黏土中安裝一根16英寸的水管，承包 商使用的是鉆桿長(zhǎng)度為15英尺/每根，鉆桿直徑為英寸的鉆機(jī)進(jìn)行施工，泥 漿泵的額定排量為150加侖/分鐘。要求計(jì)算將英寸導(dǎo)向孔一次性擴(kuò)孔到24 英寸的最快擴(kuò)孔速度根據(jù)條件：低塑性，中等硬質(zhì)黏土，流量因素取f=3配置鉆井液黏度為50

10、秒/夸脫井筒體積 V= D2XL/25=24X24/25=23力口侖/英尺需要的泥漿體積流量：Q=VXf=23加侖/英尺X 3=69加侖/英尺69加侖/英尺X 15英尺/每根鉆桿=1035加侖/每根鉆桿差值：50秒/夸脫-26秒/夸脫二24秒/夸脫泵送效率：100%-24%=76%調(diào)整泵的額定排量：150加侖/分鐘X76%=114加侖/分鐘進(jìn)尺速度：T=1035加侖/每根鉆桿小114加侖/分鐘二分鐘/每根鉆桿因此，在將英寸導(dǎo)向孔一次性擴(kuò)孔到24英寸時(shí)，擴(kuò)孔速度必須以分鐘/ 每根鉆桿的速度進(jìn)行或者更低的速度進(jìn)行，才能保證在泥漿泵額定排量范圍 內(nèi)井孔內(nèi)泥漿量達(dá)到足夠。如果在速度計(jì)算中僅依照井筒體積和泥漿泵的額定排量計(jì)算，而不進(jìn)行 調(diào)整，進(jìn)尺速度為：23加侖/英尺X 15英尺/每根鉆桿+ 150加侖/分鐘二分鐘/鉆桿對(duì)以上計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，數(shù)值相差很大，如果未正確進(jìn)行計(jì)算，而盲 目施工，將難以保證井孔內(nèi)泥漿量達(dá)到足夠，直接導(dǎo)致回拖產(chǎn)品管線(xiàn)失敗。 4、