凱斯水平定向鉆

1、1凱斯60系列定向鉆機(jī)構(gòu)造及工作原理凱斯60系列定向鉆機(jī)是凱斯公司向公用設(shè)施建設(shè)提供的一種新的施工方 法，它為告別在馬路、人行道下安置管道需要開挖道路或在河流段安裝管道需 要空架或沖槽等舊方法，提供了嶄新且有效的手段。1凱斯水平定向鉆機(jī)的工作原理先用鉆頭在馬路、人行道或河流底下實(shí)施鉆孔。操作人員利用控向儀傳回 的鉆頭在地下情況數(shù)據(jù)（如：鉆頭位置、深度），在地面上操作鉆機(jī)來控制鉆頭在地下的方向，使鉆頭繞 開地下原有的公用服務(wù)設(shè)施管線順利鉆出地面。鉆子L完成后，利用回?cái)U(kuò)器對(duì) 原孔道進(jìn)行再擴(kuò)大，同時(shí)鉆桿就可拖拽著與回?cái)U(kuò)器相連的電纜或其它管道沿原 孔道拉回，便可完成地下管線的敷設(shè)工作。施工全程無需破壞

2、路面，或進(jìn)行水 下作業(yè)，起到了減少工程成本、提高效率、改善環(huán)境的效果。2凱斯整體優(yōu)化鉆機(jī)為了適應(yīng)迅速發(fā)展的非開挖施工需求和工程承包商對(duì)設(shè)備越來越高的品位 要求。鉆機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)集中在四大部分：采用六缸發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力、動(dòng)力頭倍力推拉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，鉆進(jìn)/回拖和扭 矩的液壓系統(tǒng)各自獨(dú)立、多方位采用優(yōu)化技術(shù)，給用戶一個(gè)全新概念的定向鉆 機(jī)。1. 2. 1六缸發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力，提供強(qiáng)勁的后備能力凱斯公司的6030鉆機(jī)采用六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，作為這一級(jí)別定向鉆機(jī)的主動(dòng)力。 六缸發(fā)動(dòng)機(jī)提供了充足的后備功率，13. 6t的鉆進(jìn)/回拖力是同檔機(jī)中最高的。凱斯的這一設(shè)計(jì)理念，相信在 不久的將來會(huì)成為同行效仿的對(duì)象。1.2.2

3、倍力推拉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輸出高效率的鉆進(jìn)動(dòng)力凱斯6010和6030定向鉆 機(jī)分別可以輸出驚人的11500磅和300磅的鉆進(jìn)回拖力，突破了傳統(tǒng)鉆機(jī)性能 級(jí)別的限制。高效率的推拉是通過配備享有專利的凱斯倍力推拉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。倍力推拉系統(tǒng)以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，增加了雙倍的承載能力，籍此降低施工者的風(fēng) 險(xiǎn)，各主要部件的載荷降低50%，延長(zhǎng)了推拉鏈條的壽命和提高設(shè)備的可靠 性。2. 3鉆進(jìn)/回拖、扭矩液壓系統(tǒng)獨(dú)立傳統(tǒng)定向鉆機(jī)在鉆邊回拖和扭矩的輸出上都采用一套液壓系統(tǒng)，帶來的隱 患是，當(dāng)工程需要扭矩和回拖力同時(shí)達(dá)到最大時(shí)，一套液壓系統(tǒng)就不能提供充 足的出力。凱斯60系列鉆機(jī)將這一部分改為兩套獨(dú)立的液壓系統(tǒng)后，可以分別 提

4、供鉆進(jìn)/回拖和扭矩需要的動(dòng)力，這是同類鉆機(jī)中唯一的。兩套液壓油路鉆 機(jī)工作時(shí)，鉆劃回拖、扭矩力均可以同時(shí)達(dá)到最大，并始終保持這一工作狀 態(tài)。2. 4整體優(yōu)化提升，以人為本，為操作者提供最大的便利凱斯對(duì)60系列鉆機(jī)的整體優(yōu)化提升，不僅體現(xiàn)在施工抗風(fēng)險(xiǎn)能力的提高。 同時(shí)也兼顧操作者使用機(jī)器時(shí)的舒適、方便、易維護(hù)。根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的 操作椅，全天候的電子控制面板，降低操作人員的工作強(qiáng)度；上掀式整體機(jī)罩 方便保養(yǎng)、維修；多孔位錨樁機(jī)構(gòu)，分類后支撐定位，遇復(fù)雜地形依然可以穩(wěn) 固鉆機(jī)：這樣的優(yōu)化性提升在設(shè)備中還有多處。2凱斯6030定向鉆機(jī)在黃浦江工程中的應(yīng)用1機(jī)型的確定xx海底電纜建設(shè)公司（簡(jiǎn)稱：海纜

5、公司）最近承接上海信息（網(wǎng)絡(luò)）港，自北向南從黃浦江底埋設(shè)光纜的項(xiàng) 目。由于黃浦江米市渡口通訊光纜是保證松江與上海市區(qū)電信通訊聯(lián)絡(luò)順暢的 最關(guān)鍵樞紐，而且地理?xiàng)l件特殊，根據(jù)工程要求，海纜公司與凱斯定向鉆機(jī)中 國(guó)總經(jīng)銷商一美國(guó)十方國(guó)際公司的技術(shù)人員共同分析，最終確定使用凱斯6030 水平定向鉆機(jī)作為項(xiàng)目的施工設(shè)備。凱斯6030的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)作為主機(jī)動(dòng)力，儲(chǔ) 備了充足的后備支持功率；倍力推拉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的抗拉能力，比普通設(shè)備高一 倍；鉆放回拖和扭矩的動(dòng)力輸出獨(dú)立，液壓系統(tǒng)互不干擾；這些優(yōu)勢(shì)是完成這 一挑戰(zhàn)性工程的有力保障。2配套設(shè)備的確定定向鉆施工除主機(jī)外，主要配套設(shè)施，包括如控向儀、泥漿系統(tǒng)以及泥 漿、

6、鉆具的選配都是需要根據(jù)工程的實(shí)際情況來確定的。2. 2. 1控向儀米市渡口工程距離長(zhǎng)，深度落差大，海纜公司專門訂購(gòu)了美國(guó)DCI公司的 MARKIV型有線控向儀。有線控向儀主要由信號(hào)棒、遙顯儀、探測(cè)儀、信號(hào)傳輸 線組成。信號(hào)棒裝在特制的無磁鉆具體內(nèi)，傳輸線與信號(hào)棒連接，向鉆進(jìn)控制 臺(tái)傳輸控向參數(shù)（傾仰角、旋轉(zhuǎn)方位、溫度等，不能提供深度信號(hào)）。有線控向參 數(shù)不受空間電磁波的干擾。適合長(zhǎng)距離穿越。DCI公司的MARIV型有線控向儀 是對(duì)無線控向模式的技術(shù)改良，控向能力在小型控向儀中首屆一指（深度43m， 距離用0m）。信號(hào)棒需要的能量通過電纜從鉆機(jī)獲得，保證不間斷進(jìn)行長(zhǎng)距離 穿越的需要。十方公司和凱

7、斯公司為米市渡口工程，特別從美國(guó)聘請(qǐng)了 DCI公 司的控向?qū)＜襇r. Joezeck專程到現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。十方公司派兩名非開挖方面 的專職工程師現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助工作。2. 2凱斯泥漿系統(tǒng)針對(duì)黃浦江穿越距離長(zhǎng)，泥漿用量大，海纜公司訂購(gòu)了兩套凱斯BPM335 泥漿混配系統(tǒng)。泥漿配置效果直接影響鉆進(jìn)時(shí)成孔質(zhì)量，而泥漿的固體顆粒遇 水后容易結(jié)塊，不能充分水化的特性，困擾了鉆機(jī)生產(chǎn)商和用戶。凱斯水平定 向鉆機(jī)泥漿系統(tǒng)的混配方式，設(shè)計(jì)為前剪切混配，即在泥漿顆粒入水前，對(duì)其 充分切碎，增加顆粒接觸水的面積，減少顆粒相互沾粘成團(tuán)，泥漿顆粒進(jìn)入泥 漿罐后，被抽吸式循環(huán)系統(tǒng)直接送人泥漿罐，進(jìn)行360。攪拌，獲得最好的混配

8、效果。凱斯泥漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，非常方便于野外施工的搬遷。定向鉆施工需要用大量的泥漿，泥漿在定向鉆進(jìn)工藝中的作用，被比喻為 “人體的血液。它對(duì)孔道起到潤(rùn)滑、固壁、清理的作用，同時(shí)循環(huán)冷卻信號(hào) 棒，保證信號(hào)棒的正常工作溫度。凱斯提供十幾種泥漿產(chǎn)品，為用戶在普通地層和復(fù)雜地質(zhì)制備有效的泥漿 提供途徑。適用于沙層的凱斯高效硼潤(rùn)土、用于沙土層的一步法復(fù)合型硼潤(rùn) 土，十多種凱斯泥漿添加劑，可以配置成不同的泥漿液，用于耕土、沙土、沙 礫土和巖層成孔用。由于泥漿的種類很多，如何使用卻因地而異。所以施工前 對(duì)施工段的土質(zhì)狀態(tài)應(yīng)當(dāng)充分了解，才能確定恰當(dāng)?shù)哪酀{配比。3凱斯6030水平定向鉆機(jī)穿越黃浦江工程的施

9、工過程1工程施工準(zhǔn)備過程米市渡口的地質(zhì)和上海大多數(shù)地區(qū)一樣，屬于沖擊平原級(jí)土層，因此泥漿 以化學(xué)聚合物為主。再考慮到穿越距離長(zhǎng)，為防止融土包裹鉆具，所以在化學(xué) 聚合物中，按比例配專用的凱斯防糊鉆液，可進(jìn)一步降低孔道中的阻力。雖然 地質(zhì)資料表明米市渡口的土質(zhì)為教土，但黃浦江歷史久遠(yuǎn)，江底情況復(fù)雜，遠(yuǎn) 非一份地質(zhì)報(bào)告能夠完全表述。為此，現(xiàn)場(chǎng)還預(yù)備了凱斯專用的高效硼潤(rùn)土以 及配合使用的凱斯其它輔助添加劑，為土質(zhì)變化準(zhǔn)備了應(yīng)急措施。米市渡口段的工程要求光纜埋設(shè)長(zhǎng)度為360m，以吳礎(chǔ)口為曠伎水平面， 向下埋深24m，光纜距河床底部最低點(diǎn)6m。出、入口分別距離江岸50m。敷設(shè) 三根由43硅心管。這個(gè)工程的

10、主要難度即特點(diǎn)在于：出、人土點(diǎn)的光纜位置與最底部的高落差(24m)；施工段位于航運(yùn)繁 忙的水道上，水急船多；在260米寬的江面下鉆進(jìn)時(shí)，大約有一百多米江中 心的水面上不能進(jìn)行控向探測(cè)。根據(jù)這些實(shí)際情況，十方和海纜公司的技術(shù)人 員有針對(duì)性地制定了施工方案。施工分為四階段：第一階段入射改平，這一段的鉆進(jìn)深度要達(dá)到24m左右。水平距離不少于 130m，并形成一個(gè)改平拐點(diǎn)；第二階段改平鉆進(jìn)，在拐平拐點(diǎn)處保持方向，完 成江底的水平穿越，穿越距離約120m左有，深度距河床6m；第三階段向上出 土，完成向上的方向調(diào)整，保證在預(yù)定的出土點(diǎn)；第四階段回拖，根據(jù)施工條 件的限制，采用一次性擴(kuò)孔回拖，置人埋設(shè)的管材

11、。2工程的實(shí)地實(shí)施過程在做了充分的準(zhǔn)備工作后，開始第一階段的鉆進(jìn)。裝備了無磁鉆桿的第一 根鉆桿以20。的大入射角插入地表，在同一角度下，連續(xù)鉆進(jìn)四十三根鉆桿后，鉆進(jìn)深 度到達(dá)水下25m處，鉆進(jìn)長(zhǎng)度132m。從江面上看，在這里已經(jīng)無法進(jìn)行控 向，在設(shè)計(jì)方案中要施工的第二階段；司鉆手采用三根鉆桿累計(jì)變化，形成了 一個(gè)比較大的拐點(diǎn)后，進(jìn)入改平鉆進(jìn)，司鉆手在沒有深度信號(hào)的情況下，依靠 控向系統(tǒng)提供傾仰角、轉(zhuǎn)向舵面參數(shù)，保持鉆板在地下處于360。旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)， 控制水平前進(jìn)方向，在水平定向鉆穿越中，這一方式叫“百鉆。鉆完第八十九 根鉆桿后，司鉆手將鉆板停留在十二點(diǎn)鐘的位置，開始進(jìn)行第三階段的操作。 連續(xù)對(duì)八根鉆桿進(jìn)行角度調(diào)整，使鉆板保持斜直線向上，水平方向要完成一百 一十米左右的穿越距離；二月二十日鉆板終于在離原定的出土點(diǎn)不到半米處出 現(xiàn)，雖然出土點(diǎn)未能與預(yù)定點(diǎn)完全重合，但這一距離的誤差在估計(jì)范圍內(nèi)。由于埋設(shè)的三根HDPE硅心管總集束后的直徑不超過90mm，所以可采用一 次性目擴(kuò)回拖。考慮到回拖孔道長(zhǎng)，拐點(diǎn)彎度大，要