沿江高等級公路過河DN400定向鉆進施工方案

沿江高等級公路

過河DN400定向鉆進

施工方案

二零零八年九月一十七日

一、工程簡介

本工程是鎮(zhèn)江沿江高等級公路污水管網(wǎng)過河管道，采用DN400PE

管。長約50米。地質(zhì)主要為淤泥質(zhì)土，含水量較高。

二、施工主要布署

（一）、定向鉆進工藝簡介

定向水平鉆機是近些年來得到迅速發(fā)展的一種非開挖施工設(shè)備，

水平鉆機牽引法施工一般分為三步：

①鉆導(dǎo)成孔

利用不定期向鉆進設(shè)備在入口外開始定向鉆進，鉆進過程中通過

監(jiān)測和控制手段使鉆孔按設(shè)計軌跡延伸，并從另一端鉆出地表，完成

了導(dǎo)孔的施工，鉆孔軌跡的監(jiān)測一般采用地面步行導(dǎo)航儀。

②擴孔

如果欲安裝的管徑較大，不能同時完在擴孔和回拖作業(yè)時，必須

進行逐級擴孔。根據(jù)設(shè)備能力、地層條件和現(xiàn)場情況來確定每擴孔直

徑。一般可以采用回拉擴孔。最終擴孔直徑應(yīng)比管線直徑至少大205

以上。

③管線回拖

在出口處將管線通過回拉和擴孔鉆頭連接到鉆桿上，利用鉆進設(shè)

備一邊叵I轉(zhuǎn)一邊回拉，同時通過鉆桿輸送沖洗液到擴孔鉆頭，擴孔叵I

拖過程必須連續(xù)進行，中間不許有長時間的非作用停頓。

（二）、鉆孔工藝參數(shù)的確定

鉆孔工藝參數(shù)主要是指鉆桿頂推力、鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液流理等,

而鉆速、扭矩、泵壓等也是非常重要的技術(shù)指標，這些技術(shù)指標因鉆

進方法不同而不同。

1、頂桿力的確定

要使頂桿能夠順利穿越土層，而不使頂桿破壞，既要考慮桿身側(cè)

面與土之間的摩阻力，又要考慮土對桿頭的端阻力。根據(jù)施工經(jīng)驗，

在頂桿入一定深度之后，桿端土阻力遠比頂桿總頂力小，因此可以忽

略桿端土阻力，用桿與土之間的總摩阻力代替桿的總頂力進行計算。

2、鉆壓的確定

鉆壓是保證鉆頭有效破巖的必要條件。鉆壓的大小直接影響破巖

方式和鉆進效率。一般土層選擇片狀硬質(zhì)金鉆頭，每片切削刃上壓力

400N~600N。

3、轉(zhuǎn)速/鉆速的確定

一般情況下，鉆速和轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速的確定與巖土的性質(zhì)、設(shè)

備能力、鉆柱正動振動、孔壁穩(wěn)定性以及泥漿的潤滑減阻條件等密切

相關(guān)。原則上在設(shè)備能力和鉆桿質(zhì)量等完全滿足安全的條件下，小直

徑鉆孔可以開較高轉(zhuǎn)速，淺鉆孔可以開較高轉(zhuǎn)速，孔壁穩(wěn)定性好可以

開較高轉(zhuǎn)速，直孔可以開較高轉(zhuǎn)速，否則應(yīng)適應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。

4、沖洗液量的確定

沖洗液的主要作用是清除孔底巖屑、冷卻鉆頭、保護孔壁和潤滑

減阻等。沖洗液量的確定道先應(yīng)以能充分清除孔底巖粉為主要依據(jù)。

所有的巖屑必須經(jīng)過沖洗液攜帶至地表，在沉淀池或采用除砂設(shè)備進

行清除，不許再次被送入孔內(nèi)。因此，必須考慮泥漿的攜粉能力和在

鉆桿與鉆孔之間的環(huán)隙流速，確空在流速最低的孔段也能有效地攜帶

巖粉。

（三）、工期目標

我公司計劃工期日歷日15天。

（四）、施工現(xiàn)場組織與安排

a）現(xiàn)場施工組織網(wǎng)絡(luò)（見下頁附圖）

項目經(jīng)理

技術(shù)負責人生產(chǎn)副經(jīng)理

鉆

維

后

壓

運

工質(zhì)

進

修

漿

勤

輸

程測

組

組

組

組

供

技

檢

應(yīng)

術(shù)量

組

組

組州

b）現(xiàn)場施工人員安排

配備人數(shù)備注

管理人員5

拖管隊1隊15

其他6

三、施工方案

（一）、導(dǎo)向坑、下管坑的設(shè)置與制作

導(dǎo)向坑、下管坑是為鉆機進行鉆進工作和管道回拖提供入口和出

Do根據(jù)鉆機的型號確定導(dǎo)向坑的長度為6-15米（主要根據(jù)管道的埋

深確定）。下管坑長度為10-25米（根據(jù)管材和埋深確定）。導(dǎo)向坑和

下管坑開挖的寬度1.0~2.0米，深度在0~2.0米范圍，主要在破除道

路的結(jié)構(gòu)層并儲存鉆液和觀察鉆進過程。土質(zhì)條件好的情況下一般不

支撐，如遇到土質(zhì)較差采用木板支撐。

（二）、導(dǎo)向鉆孔

1、鉆進線形控制及測量

①測量儀器配備與檢驗

拖管施工需要進行三維動態(tài)測量，其精度要求較高，必須采用精

度高、性能優(yōu)良的測量儀器。為此，必須配備2”級經(jīng)緯儀和DS3水準

儀。拖管施工測量所使用的儀器、附件須及時送質(zhì)檢單位檢驗，做全

面鑒定并在使用過程中經(jīng)常進行檢查。

②控制測量

A、平面控制

(a)確保長距離井間拖管貫通，橫向、豎向誤差小于50mm,在兩

端頭井附近埋設(shè)地面導(dǎo)線點，利用空導(dǎo)點和地面導(dǎo)線點，以導(dǎo)線測量

形式，將平面控制成果引測到施工現(xiàn)場。

(b)用空導(dǎo)點和地面導(dǎo)線點建立平面控制網(wǎng)。導(dǎo)線測量采用SET2B

全站儀，方向觀測6測回，測角精度±1"，測距6測回，雙向觀測，

測距相對誤差W1/80000,對觀測結(jié)果進行平差。

A、高程控制

(a)利用施工區(qū)域附近的已知高級水準點，布設(shè)二等水準路線，將

高程引測到工作井附近，并設(shè)立施工高程控制點。

(b)水準測量采用DS3型水準儀配合準尺進行，往返觀測。

(c)地面高程傳遞到井下時;可用鋼尺垂直懸掛，下系線錘，然后

地面、井下兩臺水準儀同時觀測。井下布設(shè)一個地下起始高程控制點。

C、地面沉降觀測

(a)地面沉降點在路面用道釘埋設(shè)，特殊要求的構(gòu)筑物用紅三角標

記。

(b)地面沉降觀測施工中每天進行，沉降量控制在20涮以內(nèi)。

D、鉆進姿態(tài)測量

(a)保證鉆機嚴格按設(shè)計軸線推進，必須及時監(jiān)測鉆頭動態(tài)數(shù)據(jù)。

從而調(diào)整鉆進各施工參數(shù)，指導(dǎo)鉆頭正確、安全推進。

(b)在鉆頭后端安裝探棒，地面操作人員采用跟蹤接收器進行監(jiān)

控，鉆機操作人員根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)進行操作。

2、鉆進施工

鉆機進入場地后，首先調(diào)整鉆機的入地角度（一般占機入地角

8^12%）并固定機架，做到平穩(wěn)］、牢固。鉆機、入土點和出土點成一

條直線。

在鉆進過程中，適當?shù)仄疬\第一根鉆桿是非常重要的。在確信鉆

液系統(tǒng)已經(jīng)打開并可以給鉆機提供鉆液后，將鉆頭轉(zhuǎn)向朝下的位置，

馬克定位儀顯示鉆頭指向6點鐘的位置，開動鉆液泵。鉆頭噴嘴中有

鉆液流動后，才開始朝前推進并穿透地面。第一根鉆桿鉆進過程中必

須做到維持預(yù)設(shè)斜度，沒有任何轉(zhuǎn)向地直鉆。填加另一根鉆桿之前，

維持該鉆桿轉(zhuǎn)動直到將鉆頭拖回導(dǎo)向坑，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)再將該鉆桿送回地

To鉆機操作員觀察鉆液流量情況，保證鉆液流動慢卻連續(xù)的鉆液回

流至坑內(nèi)，防止添加一根新鉆桿后因缺乏鉆液可能導(dǎo)致鉆孔中局部干

燥而增大鉆進阻力。

鉆進開始后，定位員根據(jù)設(shè)計的鉆進曲線決定鉆孔的斜度、深度。

定位員和鉆機操作員之間及時聯(lián)系，通過導(dǎo)向儀反饋的信息來調(diào)整鉆

桿的斜度和鉆頭斜板的位置。鉆進過程中，遇到土質(zhì)變化或有障礙存

在都會在鉆壓表和鉆液壓力表上反映，因此操作員認真觀察各種壓力

的變化，有助于及時發(fā)一異常情況，調(diào)整鉆進速度，確保導(dǎo)向鉆進的

成功。在鉆進過程中，對于每根鉆桿重復(fù)鉆進是值得推薦的，因為為

有利地在鉆孔中維持環(huán)形空間也有利于充分混合泥土，并且鉆液可以

流過整根鉆桿。

鉆桿從導(dǎo)向坑進入按照設(shè)計軌跡順利地從下管F坑內(nèi)穿出，整個

導(dǎo)向鉆進過程結(jié)束。鉆進過程中監(jiān)控鉆進壓力和觀測流入導(dǎo)向坑內(nèi)的

土壤類型并做好記錄，為在擴孔時是否需要更改鉆液提供信息。

（三）、擴孔和拖管

1.擴孔

由地本工程采用的管道管徑400mm,因此擴孔采用逐級擴孔的方

法。根據(jù)土質(zhì)的情況逐級擴孔順序為：0180.中250、中320、中400、

①500。擴孔過程中，每個擴孔頭在擴孔后都要循環(huán)擴孔一至兩次，保

證孔道內(nèi)泥漿護壁良好和清理孔疲乏內(nèi)的鉆屑。

擴孔過程中關(guān)鍵是要控制好鉆頭的轉(zhuǎn)速和回擴速度，由于本工程

每次鉆進長度較長，鉆進過程中可能遇到多種土層，困此控制好轉(zhuǎn)速

和回拖速度是防止塌孔和卡鉆的關(guān)鍵。本工程中配置的鉆機型號均為

大型機械，設(shè)備的極好扭矩和回拖力遠遠大于實際情況，只要在回擴

過租中有效地控制速度，防止鉆具在不良土質(zhì)情況時產(chǎn)生彈性振動，

完全可以順利地完成擴孔工作。

擴孔完成即可進行施工作業(yè)。本工程使用的管材主要是HDEP管（實

壁）

2、連接

回拖時擴孔器和管道之間的連接非常重要，擴孔順和管道之間采

用萬向節(jié)和定制的拖頭連接，安裝時必須嚴格檢查，萬向節(jié)的各個鍵

銷安裝要到位，保險裝置不能缺少。拖頭與管道的連接要牢固和密封,

采用對銷進行加固，管道和拖頭之間的空隙用填充料填實，防止在回

拖過程中泥漿的滲入。

3、焊接

本工程中管道之間的連接采用的是電溶焊接工藝，管道連接時必

須做到每個接口嚴格把關(guān)，HDEP管的電溶焊接必須達到設(shè)計要求，目

測檢查接口套箍收縮均勻無空鼓。

4、進洞措施

由于管道的自重很大且管道拼裝后整體性很好，因此管道進洞時

不可能按照預(yù)定的軌跡進洞。在回拖進洞時采用汽車吊將管道部分吊

起，讓擴孔器連接的管道頭部自然下垂，使管道軌跡和進洞趨勢滿足

設(shè)計要求后在進行回拖施工。

3、泥漿的配置

泥漿的作用是懸浮和攜帶鉆屑、潤滑和冷卻鉆頭鉆具、穩(wěn)定孔壁、平

衡地層壓力、發(fā)揮水力效能、傳輸動力。本工程中穿越的地層比較復(fù)

雜，因此施工時采用的泥漿類型按照地質(zhì)情況進行配置。

(四)、技術(shù)措施

1、塌孔的現(xiàn)象

(1)泥漿的粘度、切力、密度、含砂量皆增高，泵壓忽高忽低，

有時分突然蹩泵。

(2)孔口返出的巖屑量增多，砂樣混雜，與鉆屑不同。

(3)回拉外具有遇卡現(xiàn)象，泥漿循環(huán)過程中環(huán)空突然堵塞，造成

蹩泵或卡鉆。

(4)泥漿性能不穩(wěn)定，變化快。

2、塌孔的危害

孔壁不穩(wěn)定就會出現(xiàn)孔壁坍塌，輕者會浪費很大的人力、物力和

施工時間，嚴重時會造成卡鉆甚至使導(dǎo)向孔報廢或埋管。

3、塌孔的原因

1)工程地質(zhì)不文地質(zhì)方面的因素

非開挖鋪管施工的地層主要在淤泥等地層均為不穩(wěn)定地層，當泥

漿液柱壓力補足以平衡地層壓力時,，就會發(fā)生塌孔。另外，在鉆進時

土層一旦被鉆開，孔壁巖土所產(chǎn)生的應(yīng)力與泥漿液柱壓力產(chǎn)生一個壓

差，此值若大于巖土的屈服強度，就會產(chǎn)生不同程度的剝落、掉塊和

坍塌，在泥漿的浸泡下為些現(xiàn)象會更趨嚴重。

2)機械或物理因素

(1)泥漿液流的沖蝕。液流的沖蝕的能力及其對塌孔的影響，取

決于液流的流態(tài)和液流的速度，若泥漿呈紊流狀態(tài)且流速越高的流液,

對泥皮及孔辟的沖蝕能力越大。大幅度降底粘度和切力之后出現(xiàn)塌孔

的主要原因應(yīng)在于此。

(2)回拉擴孔(回拖鋪管)過快，開泵過猛，都會產(chǎn)生孔內(nèi)液柱

壓力激動，使孔內(nèi)某點瞬時液柱壓力過小，造成孔壁巖土受力不均而

產(chǎn)生塌孔。

(3)當導(dǎo)向孔跡有曲率較大時，鉆具或鉆頭(回擴頭)回I轉(zhuǎn)不斷

碰撞、擠壓孔辟及鉆頭鉆具攪動泥漿沖蝕孔壁等因素，皆能促使孔壁

坍塌。

(4)因上部地層漏失或地下鉆款灌好泥漿以及地層涌，地層壓力

釋放，孔內(nèi)液柱壓力降低，導(dǎo)致辭塌孔。

(5)泥漿及濾液對孔壁巖土的長時間浸泡，降低巖土內(nèi)聚力和內(nèi)

麻擦角，也會發(fā)生塌孔。

(6)當鉆進地層含有泥頁巖時，泥頁巖的水化膨脹和裂解是造成

塌孔的關(guān)鍵。

4、塌孔的預(yù)防和泥漿類型

(1)阻止泥頁巖吸水，防止泥頁巖不穩(wěn)定。具體應(yīng)滿足以下兩個

條件：①泥漿液柱壓力2沁頁巖的孔隙壓力；②盡量減少水進入孔壁

巖土或孔壁兩邊的水滲出。

(2)對于地質(zhì)因素造成的塌孔可以提高泥漿密度，以較高的液柱

壓力來平衡巖土側(cè)壓力和垂直壓力。但是，若地層松散或破碎嚴重，

則提高官度出不會奏效，只有用高屈服值(動切力)和較大的動塑比

(動切力和塑性粘度的比值)比值的泥漿鉆進和循環(huán)。

(3)對于機械因素造成的塌孔，要在鉆進工藝措施和鉆進操作方

面注意以下問題：

①調(diào)整并保持合適的泥漿密度和流變性能(控制動塑比比值)

使泥漿具有一定的液柱壓力，保持泥漿在環(huán)形空間中低返速，呈平板

流型的狀態(tài)。

②開泵、起下鉆不要過猛過快，鉆桿盡量保持在張力下工作，

以減少鉆具、鉆頭對孔壁的劇烈撞擊和液柱產(chǎn)生壓力激動。同時要防

止鉆頭泥包和起下鉆時抽吸。

③鉆孔質(zhì)量要好，避免“狗腿子“、”大肚子”等現(xiàn)象形成。

④提高鉆進速度，縮短施工周期，減少泥漿浸飽時間，同時要保

持泥漿性能均勻穩(wěn)定，嚴防泥漿性能大幅度變化，也要根據(jù)地層情況

做好擴孔程序和鉆孔軌跡的設(shè)計。

(4)泥漿性能方面，要控制泥漿PH值在8.5?9.5之間，可以減

弱高堿性環(huán)境的強水化作用，并且適當降低失水量，提高泥漿濾液粘

度，減少進入地層的水分含量。

(5)使用防塌泥漿，防塌最根本的問題是抑制混頁巖的水化，這

不僅會維持孔壁穩(wěn)定。

且對上述情況也有利。要有效地抑制泥頁巖水化，最好是使用防

塌泥漿，一般選用的有以下幾種類型：

①低失水、高礦化度泥漿。如鹽水和飽和鹽水泥漿，還有氯化

鈣泥漿，皆屬抑制性泥漿。其特點是泥漿中的Na+、Ca+離子含量很高,

對泯頁巖有明顯的抑制水化膨脹的作用。故稱為高礦化度泥漿。尤其

是CaC12在泥漿中溶解度很大。能配成高鈣泥漿，其控制泥頁巖的水

化膨脹，防止泥頁坍塌效果更顯著。

②石膏泥漿。石膏泥漿中可提供300~500mg/L沈度的鈣離子，

此泥漿能防止泥頁巖地層的膨脹、坍塌，其性能穩(wěn)定具流動性好。

③鉀基泥漿。鉀基泥漿能夠提供鉀離子（K+）,其大?。ㄖ睆?/p>

為2.66A）恰好與微晶高嶺石晶格的氧原子六角環(huán)差不多（空穴直徑為

2.82A）,故易嵌入氧原子六角環(huán)中。于是一方面使結(jié)構(gòu)緊［密，另一方

面靠近粘土的晶格負電荷中心，使粘土負電荷減少，從而減弱了泥頁

巖的水化分散性，較好地預(yù)防了塌孔。

5、塌孔的處理

在使用防塌泥漿，積極做好防塌措施之后，還是不可避免地會出

現(xiàn)不同程度塌孔。若塌孔一旦出現(xiàn)，可采用以下處理措施：

（1）提高泥漿的粘度、切力，適當升同［密度，控制泥漿低失水,

以小排量循環(huán)沖洗或鉆進，使環(huán)形空間的泥漿呈平板型層流或塞流，

將塌塊和巖屑帶出。

（2）塌孔現(xiàn)象好轉(zhuǎn)時可換用防塌泥漿，孔內(nèi)情況下常時可以恢復(fù)

使用正常鉆進時的泥漿參數(shù)進行鉆進。

(3)塌孔嚴重、塌塊尺寸很大時，在保持環(huán)形空間層流狀態(tài)的前

提下可加大鉆頭水眼，使用同泵和適當排量沖洗，以便將坍塌的大塊

巖屑帶出地面。沖洗時可配制一定量的高切力、高粘度泥漿清掃孔底

和鉆屑。例如：

①CMDC泥漿封閉法：就是用Na-CMC處理泥漿，使其粘度、切力較

在，注入到坍塌孔段進行封閉的方法。Na-CMC加入沁漿后，既能降低

泥漿的失水，又能提高泥漿的觸變性，注入到易塌孔段后，可形成較

強網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利泥糊孔壁，使孔壁穩(wěn)定，防止了塌孔。

②純堿榜膠法：就是利用純堿和榜膠處理泥漿，用來封閉坍塌

孔段。其方法是：用純堿：格腔=1：1的比例加入泥漿，使泥漿具有高

牯度、高切力和低失水的特點，泥皮薄而韌，用來封閉疏松易塌地層

效果好。

四、工程質(zhì)量保證措施

一、質(zhì)量目標

本工程質(zhì)量目標：合格

1、質(zhì)量目標管理辦法

①牢固樹立起“質(zhì)量第一”和“為顧客服務(wù)”的思想。

②將企業(yè)和項目的質(zhì)量方件和質(zhì)量目標始終貫穿到質(zhì)量管理

工作中，橫向展開到各個有關(guān)部門，縱向分解到每個作業(yè)點，做到縱

向銜接，橫向協(xié)調(diào)。

③實現(xiàn)質(zhì)量管理業(yè)務(wù)標準化，管理流程程序化。明確規(guī)定出項

目各個部門，各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理職能、職責、權(quán)限，并把各單位工

作體系之間字整個項目部范圍中聯(lián)系起來。

④建立一套靈敏、高效的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)，規(guī)定質(zhì)量休息反

饋、會傳遞處理的程序和方式，保證整個項目部的信息全面、及時、

準確。

2質(zhì)量目標控制內(nèi)容

①嚴格工藝紀律，施工現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝和操作規(guī)程是操作乾進

行生產(chǎn)的依據(jù)和法規(guī)，任何人都必須嚴格執(zhí)行，做以依規(guī)程工作，違

反必糾。

②掌握施工生產(chǎn)現(xiàn)場的質(zhì)量動態(tài)，這就是指照一定的要求，奪

質(zhì)量狀況進行綜合統(tǒng)計與分析，用數(shù)據(jù)和控制圖及時掌握質(zhì)量現(xiàn)狀，

發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，明確對策和方向，迅速予以改正。

③加強質(zhì)量檢驗工作，充分發(fā)揮質(zhì)量檢驗的重要作用，促使工程

質(zhì)量在管理狀態(tài)下穩(wěn)定與提高。

④建立質(zhì)量管理點，在施工生產(chǎn)現(xiàn)中，對需要控制的質(zhì)量特性,

工程關(guān)鍵部位或質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)，在一定時期內(nèi)一定條件下強化監(jiān)督管

理，并指派具有嫻熟技能、豐富經(jīng)驗的施工人員操作，使工序處于良

好的受控狀。

四、項目質(zhì)量管理網(wǎng)絡(luò)圖

公司質(zhì)檢站

項目部技術(shù)負責人

班組質(zhì)檢員

五、安全文明施工

安全生產(chǎn)指導(dǎo)思想：貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，有效

地控制和防止事故的發(fā)生。

（一）、安全目標

1、無工傷、死亡事故。

2、無交通死亡事故

3、無等級火警事故。

（二）、施工安全生產(chǎn)總體措施

1、由資深安全員擔任專職安全條線負責人，成立安全綜合辦公室,

全面負責施工全過程的安全檢查，安全布置，安全監(jiān)督和安全獎懲。

2、全體管理人員牢固樹立起“抓安全一刻不忘，管理安全理直氣

壯”的觀念，做到施工現(xiàn)場“發(fā)現(xiàn)隱患立即整改，發(fā)現(xiàn)違單間立即停

止”，確保項目安全目標的達到。

3、每月組織各施工要線和班組進行安全設(shè)施大檢查，進地總結(jié)評

比和獎懲。

4、所有油口，臨邊的安全設(shè)施在解除前，應(yīng)得到安全部門的同意。

5、各施工操作需均應(yīng)設(shè)若干滅火器，實地統(tǒng)一管理，在各施工操

作面上設(shè)消防龍頭。