水平定向鉆穿越施工工藝

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(gè)階段:第一階段是按照設(shè)計(jì)曲線盡可能準(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(一般為PE管道,光纜套管,鋼管)沿著擴(kuò)大了的導(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,選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達(dá),開(kāi)動(dòng)泥漿泵對(duì)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(dòng)旋轉(zhuǎn)(或使用泥漿馬達(dá)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn))切削地層,不斷前進(jìn),每鉆完一根鉆桿要測(cè)量一次鉆頭的實(shí)際位置,以便及時(shí)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(jì)要求,如此反復(fù),直到鉆頭在預(yù)定位置出土,完成整個(gè)導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。見(jiàn)示意圖一:鉆導(dǎo)向孔。鉆機(jī)被安裝在入土點(diǎn)一側(cè),從入土點(diǎn)開(kāi)始,沿著設(shè)計(jì)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。1.2預(yù)擴(kuò)孔和回拖產(chǎn)品管線:一般情況下,使用小型鉆機(jī)時(shí),直經(jīng)大于200毫米時(shí),就要進(jìn)行予擴(kuò)孔,使用大型鉆機(jī)時(shí),當(dāng)產(chǎn)品管線直徑大于Dn350mm時(shí),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(hào)和地質(zhì)情況而定?；赝袭a(chǎn)品管線時(shí),先將擴(kuò)孔工具和管線連接好,然后,開(kāi)始回拖作業(yè),并由鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)后退,進(jìn)行擴(kuò)孔回拖,產(chǎn)品管線在回拖過(guò)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(rùn)滑,這樣即減少了回拖阻力,又保護(hù)了管線防腐層,經(jīng)過(guò)鉆機(jī)多次預(yù)擴(kuò)孔,最終成孔直徑一般比管子直徑大200mm,所以不會(huì)損傷防腐層。見(jiàn)示意圖二:預(yù)擴(kuò)孔和示意圖三:回拖管線。在鉆導(dǎo)向孔階段,鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑,為了使鉆出的孔徑達(dá)到回拖管線直徑的1.3~1.5倍,需要用擴(kuò)孔器從出土點(diǎn)開(kāi)始向入土點(diǎn)將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至要求的直徑。地下孔經(jīng)過(guò)預(yù)擴(kuò)孔,達(dá)到了回拖要求之后,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(kāi)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(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。2.2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(zhǎng),完全可以滿足設(shè)計(jì)要求埋深,并且可以使管線繞過(guò)地下的障礙物。2.3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。2.4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)。2.5與其它施工方法比較,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。2.6大型河流穿越時(shí),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,所以起到自然防腐和保溫的功用,可以保證管線運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)。3、水平定向鉆機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介:各種規(guī)格的水平定向鉆機(jī)都是由鉆機(jī)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,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(pán)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(pán)裝在鉆機(jī)主機(jī)前端,連接鉆桿,并通過(guò)改變轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)向和輸出轉(zhuǎn)速及扭矩大小,達(dá)到不同作業(yè)狀態(tài)的要求。3.2動(dòng)力系統(tǒng):由液壓動(dòng)力源和發(fā)電機(jī)組成動(dòng)力源是為鉆機(jī)系統(tǒng)提供高壓液壓油作為鉆機(jī)的動(dòng)力,發(fā)電機(jī)為配套的電氣設(shè)備及施工現(xiàn)場(chǎng)照明提供電力。3.3控向系統(tǒng):控向系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和控制鉆頭在地下的具體位置和其它參數(shù),引導(dǎo)鉆頭正確鉆進(jìn)的方向性工具,由于有該系統(tǒng)的控制,鉆頭才能按設(shè)計(jì)曲線鉆進(jìn),現(xiàn)經(jīng)常采用的有手提無(wú)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(shí)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(chǎng)布置圖1.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,DD330鉆機(jī)的最小占地為30×30M,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,DD60、DD-5的占地相應(yīng)要小得多。2.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20×20M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;在出土點(diǎn)之后有一條長(zhǎng)度與穿越長(zhǎng)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(chǎng)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(shí)間完成了兩條Φ219×8,一條Φ426×9,長(zhǎng)度為960米的管道穿越。大沽沙穿越焊接場(chǎng)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(huì)認(rèn)為:在工程項(xiàng)目招投標(biāo)過(guò)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競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)價(jià),承包商在開(kāi)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項(xiàng)目的施工,同時(shí)足夠的施工前的各類(lèi)信息還可以保證施工過(guò)程更安全,減少對(duì)周?chē)h(huán)境的破壞,使工程進(jìn)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)的公路打孔和油田定向鉆井技術(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(lèi)管道的施工。不僅應(yīng)用于河流和水道的穿越,同時(shí)還廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、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(guó)海岸地區(qū)的沖積層穿越,現(xiàn)在已經(jīng)能夠開(kāi)始在粗沙、卵石、冰磧和巖石地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行穿越施工。最長(zhǎng)的穿越施工已達(dá)6000英尺、管道直徑為18英寸。C、優(yōu)勢(shì)事實(shí)證明:水平定向鉆穿越是對(duì)環(huán)境影響最小的施工方法。這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)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(shí)不會(huì)影響河流運(yùn)輸并縮短施工期,證明是目前效率最高,成本最低的穿越施工方法。D、施工過(guò)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(shí),承包商也許會(huì)選擇并使用更大口徑的鉆桿(即沖洗管)來(lái)屏蔽導(dǎo)向鉆桿。沖洗管可以起到類(lèi)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)向孔的方向控制由位于鉆頭后端的鉆桿內(nèi)的控制器(稱(chēng)為彎外殼)完成。鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿是不做旋轉(zhuǎn)的,需要變換方向時(shí)若將彎外殼向右定位,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(cè)向儀進(jìn)行測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果傳導(dǎo)到地面的接收儀,這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理和計(jì)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(lái)監(jiān)測(cè)鉆桿與地球磁場(chǎng)的關(guān)系和傾角(鉆頭在地下的三維坐標(biāo)),將測(cè)量到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,以便確定鉆頭的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置的偏差,并將偏差值控制在允許的范圍之內(nèi),如此循環(huán)直到鉆頭按照預(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)大到合適的直徑以方便安裝成品管道,此過(guò)程稱(chēng)為預(yù)擴(kuò)孔,(依最終成孔尺寸決定擴(kuò)孔次數(shù))。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(duì)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(shí)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(duì)面的一側(cè)完成。擴(kuò)孔器一端接上鉆桿另一端通過(guò)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擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn),以保證將其順利拖入鉆孔?；赝嫌摄@機(jī)完成,這一過(guò)程同樣需要大量泥漿配合,回拖過(guò)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(chǎng)布局和設(shè)計(jì)A、道路施工現(xiàn)場(chǎng)兩側(cè)都需要重型設(shè)備,為縮減成本,通往兩側(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)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(lái)討論這些問(wèn)題為時(shí)已晚。B、工作場(chǎng)地1、鉆機(jī)一側(cè)——鉆機(jī)施工場(chǎng)地至少需要30M(100FT)寬,長(zhǎng)45M(150FT)的面積。該面積從入土點(diǎn)算起,入土點(diǎn)應(yīng)位于規(guī)定的區(qū)域內(nèi)至少3M(10FT)處,同時(shí)由于許多鉆機(jī)配套的設(shè)備或配件沒(méi)有規(guī)定的存放地點(diǎn),所以鉆機(jī)一側(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)可由許多不規(guī)則的小塊組成,以便節(jié)省占地面積,現(xiàn)場(chǎng)盡量要平整,堅(jiān)硬,清潔,以便有利于進(jìn)行施工。由于穿越施工時(shí)需要大量的淡水供攪拌泥漿用,所以施工現(xiàn)場(chǎng)要盡量靠近水源或便于連接自來(lái)水管道的地方。2、管道一側(cè)----為便于預(yù)制成品管道,管道一側(cè)要有足夠長(zhǎng)度的施工現(xiàn)場(chǎng),這也是要重點(diǎn)考慮的事情?，F(xiàn)場(chǎng)寬度應(yīng)滿足管道施工的需要(一般為12-