水平定向鉆管道敷設(shè)技術(shù)

1、水平定向鉆管道敷設(shè)技術(shù): in recent years, China used the excavation level directional drilling technology of all kinds of pipe laying have madegreat progress in telecommunications, tap water, sewage, gas, electricity and heat pipe laying, have been widely used.Keywords: directional drilling; Pipeline laid; Pilo

2、thole1、前言隨著現(xiàn)代文明意識和環(huán)保意識的逐漸加強(qiáng)， 開挖路面進(jìn)行各 類地下 管線施工導(dǎo)致的社會問題， 交通問題和環(huán)境污染問題已越 來越受人民的 關(guān)注， 城市限制開挖施工的法規(guī)也陸續(xù)出臺， 本文 介紹的就是用來進(jìn)行 非開挖施工的水平定向鉆穿越施工技術(shù)。 近 幾年來水平定向鉆穿越技術(shù) 在世界各國及各個行業(yè)得到了廣泛 的應(yīng)用尤其在環(huán)保和市政管網(wǎng)改擴(kuò)建項 目及大型管道穿越江河 工程工程上更顯出了獨特的優(yōu)勢。2、概述 水平定向鉆進(jìn)管道鋪設(shè)技術(shù)是在不去除地面障礙物的情況 下，管道從障礙物的底部地下穿越， 與其它管線鋪設(shè)方法相比它 對環(huán)境 影響小， 障礙物下管線覆蓋深度大， 對管線保護(hù)的效果好。 由于

3、不需要 去除地上障礙物， 并且施工現(xiàn)場恢復(fù)工程量較小， 可以減少工程建設(shè)投資其工作過程是通過計算機(jī)控制導(dǎo)向和探測， 先鉆出一個與設(shè) 計曲線 相同的導(dǎo)向孔， 然后再將導(dǎo)向孔擴(kuò)大， 把產(chǎn)品管線回拖到 擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線穿越的施工過程。3、技術(shù)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(xué)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 筑物根底的破壞和不良影 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， 管線弧形敷設(shè)距離長，完全可以滿足設(shè)計要求埋深，并且 可以使管線繞過 地下的障礙物。3、采

4、用水平定向鉆機(jī)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、 成功率高施工平安可靠等特點。4、與其它施工方法比擬，進(jìn)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。4、適用范圍 石油、天然氣、水、化工原料等管道穿越，河流、公 路、鐵 路、大堤、建筑物、湖泊、海灣、漁塘以及其他不宜進(jìn)行大型開 挖 的地段，均可采用水平定向鉆進(jìn)行管線鋪設(shè)施工。5、適用地層1、 最好的地層： 粉質(zhì)粘土、 粉砂、細(xì)沙、 軟塑粘土、 淤泥。目前 鉆機(jī)技術(shù)正朝著多功能、集

5、前提工作即為管線回拉 力計算，+K 粘 n DL3、 難穿地層：硬塑粘土、鐵板砂、粗砂、中等硬度巖石、 卵礫石、流砂。6、水平鉆機(jī)設(shè)備系統(tǒng) 各種規(guī)格的水平定向鉆機(jī)都是有鉆機(jī)系統(tǒng)、 動力系統(tǒng)、 控向 系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、鉆具及輔助機(jī)具，平安保護(hù)系統(tǒng)等。 它們的結(jié) 構(gòu)及功能介紹如下：6.1 鉆機(jī)系統(tǒng) 鉆機(jī)系統(tǒng)的主要功能是為鉆桿提供足夠大的扭矩和推 拉力， 以實現(xiàn)導(dǎo)向鉆進(jìn)和回拉擴(kuò)孔鋪管。 與之相配匹的輔助功能為： 鉆 機(jī)的鉆進(jìn)架與水平面之間的夾角可調(diào)，以滿足不同入射角的要 求。鉆機(jī)入 射角的大小，也是衡量鉆機(jī)性能的主要指標(biāo)，與鉆機(jī) 的總體布置與結(jié)構(gòu)設(shè) 計有關(guān)， 將直接影響到成孔軌跡設(shè)計。 成化及自動化方

6、向迅猛開展。針對某一特定工程進(jìn)行鉆機(jī)選型時， 可參考以下公式：F 拉=n Lf【泥-d 5 1 (D- 5 1 )】式中 :F 拉一計算的拉力( t)L 穿越長度( mf 摩擦系數(shù)， 0.1? 0.3D 生產(chǎn)管直徑( m )D 生產(chǎn)管內(nèi)徑( m泥泥漿密度( t/m3 )，一般取Si生產(chǎn)管壁厚(mK 粘粘滯系數(shù)， 0.01? 0.03 定向鉆機(jī)最終根據(jù)回拉力計算結(jié)果進(jìn)行選型， 通常按回拉力 的 1.5 3 倍進(jìn)行鉆機(jī)性能選擇。6.2 動力系統(tǒng) 動力系統(tǒng)由液壓動力源和發(fā)電機(jī)組成動力源， 是為鉆機(jī)系統(tǒng) 提供高 壓液壓油作為鉆機(jī)的動力， 發(fā)電機(jī)為配套的電氣設(shè)備及施 工現(xiàn)場照明提 供電力。6.3 控向系

7、統(tǒng) 控向系統(tǒng)是通過計算機(jī)監(jiān)測和控制鉆頭在底下的具體 位置和其他參數(shù)， 引導(dǎo)鉆頭正確鉆進(jìn)的方向性工具， 由于又該系統(tǒng)的 控制， 鉆頭才能按其設(shè)計曲線鉆進(jìn)， 現(xiàn)經(jīng)常采用的有手提無線式 和有線式兩種 的控向系統(tǒng)。在中、大型鉆機(jī)進(jìn)行大型工程施工中采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)， 將 軌跡規(guī) 劃設(shè)計系統(tǒng)與鉆機(jī)的自動鉆進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來， 實現(xiàn)定向鉆 進(jìn)的自動導(dǎo)航， 解決隨鉆跟蹤監(jiān)控方式與有纜式監(jiān)控方式所存在 的弊端。6.4 泥漿系統(tǒng) 泥漿系統(tǒng)由泥漿混合攪拌罐和泥漿及泥漿管路組成， 為鉆機(jī) 系統(tǒng)提供適合鉆進(jìn)工況的泥漿。泥漿是鉆液與鉆孔中鉆屑的混合物。 鉆液是指在鉆進(jìn)施工中 用來與 鉆孔過程中切削下來的土 或沙石 屑混合，懸

8、浮并將這些 混合物排出 內(nèi)部傳感器、潤滑鉆具等作用，由水、膨潤土和聚合物組成。鉆孔的一種液體。鉆液具有冷卻鉆頭冷卻和保護(hù)其6.5鉆具及輔助機(jī)具鉆具及輔助機(jī)具主要指鉆機(jī)在鉆孔及擴(kuò)孔作業(yè) 時所使用的 各種機(jī)具。鉆具要有適合各種地質(zhì)的鉆桿、鉆頭、泥漿馬達(dá)、 擴(kuò)孔器及切割刀等機(jī)具；輔助機(jī)具包括卡環(huán)、旋轉(zhuǎn)活接頭、各種管徑的拖拉頭及推管器針對大管徑。7、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 階段：第一階段是按照設(shè)計曲線盡可能準(zhǔn)確的鉆一個導(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。7.1地質(zhì)勘探及地下管

9、線探測 地下管線探測主要了解有關(guān)地下已有 管線和其它埋設(shè)物的位置，為設(shè)計鉆進(jìn)軌跡提供依據(jù)。一般采用物探法，按其定位原理分為：電磁法、直流電法、磁法、地震波法和紅外輻射法等。7.2鉆進(jìn)軌跡設(shè)計導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計是否合理對管線施工能否成功至 關(guān)重要。鉆孔軌跡的設(shè)計主要是根據(jù)工程要求、地層條件、地形特 征、地下 障礙物的具體位置、鉆桿的入出土角度、鉆桿允許的曲率半 徑、鉆頭的變向能力、導(dǎo)向監(jiān)控能力和被鋪設(shè)管線的性能等，給出最正確鉆孔路線。圖中：a 1入土角a 2 出土角A 入土點D出土點B 第一曲線段和直線段軌跡變化點C-直線段和第二曲線段軌跡變化點h 軌跡鋪管深度L1+ L2+L3 定向鉆鋪管水平長度

10、注：滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的最小曲率半徑。鋼管定向穿越，標(biāo)準(zhǔn)要求R=1500D PE管穿越施工沒有明確標(biāo)準(zhǔn)要求，一般以鋼管穿越 標(biāo)準(zhǔn)為根本依據(jù)，考慮 PE管的柔韌性比鋼管好得多，一般取R> 1000D。同時，最小覆土深度還應(yīng)必須大于生產(chǎn)管管徑的5-6倍以上。7.3場地布置1、入土點：定向鉆施工的主要場所，鉆機(jī)就布置在該側(cè)，所以施工占地比擬大，可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況作相應(yīng)調(diào)整。2、出土點：主要作為管道焊接場地，在出土點應(yīng)有一塊20 x 20m的場地作為預(yù)擴(kuò)孔、回拖時接鉆桿和安裝其他設(shè)備時使用；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。7.4鉆導(dǎo)向孔鉆機(jī)被安裝在入土點一側(cè)，從入土點開始， 沿著設(shè)計好的線 路，鉆一條從入土點到出土點的曲線，作為預(yù)擴(kuò)孔和