市政、油氣管道工程水平定向鉆簡(jiǎn)介

第一章

水平定向鉆穿越施工工藝過(guò)程介紹其工作過(guò)程是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向和探測(cè)，先鉆出一個(gè)與設(shè)計(jì)曲線(xiàn)相同的導(dǎo)向孔，然后再將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，把產(chǎn)品管線(xiàn)回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線(xiàn)穿越的施工過(guò)程。1.通過(guò)鉆出一條最理想的鉆進(jìn)路徑，在不破壞地表原狀的前提下，來(lái)完成管線(xiàn)鋪設(shè)的過(guò)程。2.理想的鉆進(jìn)路徑通常是：使鋪裝的管線(xiàn)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(shè)在計(jì)劃的位置。3.通常要求所使用的鉆機(jī)系統(tǒng)要具有足夠的扭矩來(lái)驅(qū)動(dòng)鉆頭或擴(kuò)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(shí)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(kuò)孔器。5．?dāng)U孔的目的是使管線(xiàn)的外壁與鉆孔壁之間產(chǎn)生足夠的環(huán)型空間，以便管線(xiàn)拖入鉆孔時(shí)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(gè)階段第一階段是按照設(shè)計(jì)曲線(xiàn)盡可能準(zhǔn)確的鉆一個(gè)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(xiàn)（一般為鋼管，PE管道，光纜套管）沿著擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔回拖到導(dǎo)向孔中，完成管線(xiàn)穿越工作。鉆導(dǎo)向孔預(yù)擴(kuò)孔回拖管道水平定向鉆施工的特點(diǎn)：1．定向鉆穿越施工具有不會(huì)阻礙交通，不會(huì)破壞綠地，植被，不會(huì)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(kāi)挖施工對(duì)居民生活的干擾，對(duì)交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響。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(xiàn)弧形敷設(shè)距離長(zhǎng)，完全可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求埋深，并且可以使管線(xiàn)繞過(guò)地下的障礙物。3．城市管網(wǎng)埋深一般達(dá)到三米以下，穿越河流時(shí)，一般埋深在河床下9—18米，所以采用水平定向鉆機(jī)穿越，對(duì)周?chē)h(huán)境沒(méi)有影響，不破壞地貌和環(huán)境，適應(yīng)環(huán)保的各項(xiàng)要求。4．采用水平定向鉆機(jī)穿越施工時(shí)，沒(méi)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(diǎn)。5．其它施工方法比較，進(jìn)出場(chǎng)地速度快，施工場(chǎng)地可以靈活調(diào)整，尤其在城市施工時(shí)可以充分顯示出其優(yōu)越性，并且施工占地少工程造價(jià)低，施工速度快。6．大型河流穿越時(shí)，由于管線(xiàn)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(xiàn)運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)。水平定向鉆機(jī)系統(tǒng)組成各種規(guī)格的水平定向鉆機(jī)都是由鉆進(jìn)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、鉆具及附助機(jī)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(jìn)系統(tǒng)：2

動(dòng)力系統(tǒng)：3

控向系統(tǒng)：4

泥漿系統(tǒng)：5

鉆具及輔助機(jī)具

第二章

施工設(shè)計(jì)和施工前的準(zhǔn)備非開(kāi)挖穿越施工的關(guān)鍵是作好穿越曲線(xiàn)即導(dǎo)向孔曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)和地質(zhì)勘察。穿越曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)和施工受許多因素的制約，其中最主要的是施工現(xiàn)場(chǎng)的地上和地下條件，地上條件包括地形，地貌以及周?chē)ㄖ?，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(xiàn)設(shè)計(jì)和施工之前必須進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)勘察，取得第一手的地質(zhì)資料，為編制施工方案和計(jì)算工程造價(jià)提供依據(jù)。1．1現(xiàn)場(chǎng)勘察內(nèi)容包括：1.原有地下管線(xiàn)及設(shè)施的直徑和埋深，原有電纜線(xiàn)路的走向等情況，并在地面作好標(biāo)記。一般的城市檔案館或測(cè)繪院有檔案可查。2.穿越地層的土質(zhì)類(lèi)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(guò)查找有關(guān)資料，開(kāi)挖探孔或鉆探的方式取得，以便為設(shè)計(jì)曲線(xiàn)走向和深度提供依據(jù)。地勘要求和項(xiàng)目見(jiàn)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)的該項(xiàng)目的《巖土工程勘察統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定》等?？辈閳?bào)告的主要內(nèi)容如下1)地表測(cè)量：2）土工測(cè)量：3）地下測(cè)量：

第二節(jié)鉆孔線(xiàn)路的設(shè)計(jì)方法鉆進(jìn)曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)施工的要求和實(shí)測(cè)資料，預(yù)先規(guī)劃出一條理想的鉆進(jìn)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(jī)器的型號(hào)，鉆桿的長(zhǎng)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(xiàn)的直徑、一次鋪設(shè)的管線(xiàn)成組根數(shù)、管線(xiàn)允許的最小曲率半徑以及泥土的類(lèi)型、導(dǎo)向孔和擴(kuò)孔器的形式和直徑，這些資料可確保待安裝的管線(xiàn)不至于受力過(guò)度、所備鉆液的配比是否適當(dāng)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(shè)施管線(xiàn)性質(zhì)、水平位置、垂直深度和離計(jì)劃路徑的左右方位、管線(xiàn)的直徑及所需要的最小凈空，這些資料是保證施工過(guò)程中安全施工的可靠保證。當(dāng)我們知道了穿越長(zhǎng)度，深度，入土角度和出土角度，管道曲線(xiàn)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(jìn)行鉆孔曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)和校正。穿越曲線(xiàn)一般有五段組成，有時(shí)簡(jiǎn)化為三段：如圖直線(xiàn)段和造斜段、水平直線(xiàn)段和出土及造斜段，如下圖：典型的穿越曲線(xiàn)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(shè)管線(xiàn)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(shí)，一般取R≥800--1200d，d為待鋪管線(xiàn)的直徑（毫米）曲率半徑選擇是否正確，可以從鋼材的各項(xiàng)性能參數(shù)計(jì)算得到驗(yàn)證。鉆孔穿越曲線(xiàn)設(shè)計(jì)的一般原則：鉆進(jìn)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)和規(guī)劃是成功穿越鉆進(jìn)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(jìn)規(guī)劃時(shí)，計(jì)劃導(dǎo)向孔離地下公用管線(xiàn)或其它障礙物的最小凈空是非常重要的。因?yàn)閿U(kuò)孔器必定穿過(guò)整個(gè)鉆孔，足夠的凈空是非常重要的。同時(shí)，也允許鉆頭在定位時(shí)有點(diǎn)偏差。2．鉆進(jìn)規(guī)劃軟件考慮到了鉆桿和管線(xiàn)的曲率半徑因素，以便提供規(guī)劃鉆進(jìn)路徑要求的數(shù)據(jù)；要注意的是：鉆頭的入土點(diǎn)和出土點(diǎn)的地面的標(biāo)高情況，對(duì)曲線(xiàn)的布局有一定的改變。3.當(dāng)穿越河流時(shí)，要保證管道在河底的一定埋深，根據(jù)河道的級(jí)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(dāng)然，還要看具體的地質(zhì)地層情況和河道管理部門(mén)的要求，選擇合適的穿越層位也很關(guān)鍵，盡量選擇容易成孔的層位。4.要對(duì)周?chē)h(huán)境和交通走向進(jìn)行詳細(xì)的了解和勘察，尤其大型管道項(xiàng)目，需要大型鉆機(jī)進(jìn)行施工，所以，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮穿越設(shè)備的進(jìn)出場(chǎng)道路情況，要能夠保證鉆機(jī)設(shè)備的安全進(jìn)入和撤離，同時(shí)要兼顧管道預(yù)制場(chǎng)地的情況。第一節(jié)典型的場(chǎng)地布置

1.1鉆機(jī)場(chǎng)地布置鉆頭入土點(diǎn)是定向鉆施工的主要場(chǎng)所，鉆機(jī)就布置在該側(cè)，所以施工占地比較大，大型鉆機(jī)的最小占地為50×40M，小型鉆機(jī)要15*10米左右，當(dāng)然也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況作相應(yīng)調(diào)整，以便盡量減少占地面積。重點(diǎn)考慮鉆機(jī)運(yùn)輸車(chē)輛的進(jìn)出和道路狀況，根據(jù)鉆機(jī)和管徑大小，找到合適的取水地點(diǎn)，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(chǔ)存坑。1.2管道預(yù)制場(chǎng)地

鉆頭出土點(diǎn)一側(cè)主要作為管道焊接場(chǎng)地，在出土點(diǎn)應(yīng)有一塊的場(chǎng)地作為預(yù)擴(kuò)孔、回拖時(shí)接鉆桿和安裝其他設(shè)備時(shí)使用，大型鉆機(jī)要30×20M，小型鉆機(jī)要10*5米左右；在出土點(diǎn)之后有一條長(zhǎng)度與穿越長(zhǎng)度相等的管線(xiàn)焊接作業(yè)帶。同樣要考慮運(yùn)輸鋼管和鉆桿車(chē)輛的道路情況，有時(shí)也要考慮管道試壓用水的來(lái)源和合適的泥漿儲(chǔ)存坑的問(wèn)題。第二節(jié)導(dǎo)向孔的導(dǎo)向過(guò)程

大型鉆機(jī)一般用有線(xiàn)式導(dǎo)向系統(tǒng)，導(dǎo)向人員只需要在顯示屏前及時(shí)掌握數(shù)據(jù)并及時(shí)調(diào)整參數(shù)即可。小型鉆機(jī)的手持式無(wú)線(xiàn)導(dǎo)向系統(tǒng)，在鉆孔過(guò)程需要至少兩名操作人員，一名鉆機(jī)操作者，操作鉆機(jī)，控制鉆具在地下的工況；另一名是定位探測(cè)儀操作員，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)、探測(cè)鉆頭