定向鉆施工方案

-.z.臨濟管線張馬路-中林路管段更換工程施工定向鉆施工方案**市中宇建立工程**二0一五年十一月二日定向鉆穿越施工方案由于本工程施工三條穿越，為保證施工工期，方案安排兩臺鉆機同時施工，谷登GD1500-BL、GD900-BL各一臺。1.定向鉆穿越施工流程測量放線測量放線鉆光纜管導向孔鉆機等設備安裝系統(tǒng)調校泥漿配置管道組對焊接〔線路〕回拖光纜套管無損檢測補口、補傷〔線路〕清管、試壓〔線路〕防腐層檢測回拖管道清理場地、恢復地貌主管發(fā)送便道修筑、作業(yè)帶清理及平整場地管道與鉆具連接發(fā)送準備管道嚴密性試壓鉆主管導向孔擴孔洗孔2.施工前了解穿越點的地質情況和地形地貌，掌握穿越的構造、設計深度要求，進展技術交底，檢查施工穿越設備、配套設備及各種施工機具是否齊全完好，施工材料準備齊全，管材檢驗合格并經監(jiān)理工程師認可。穿越主管線使用正確，質量符合設計要求。3.按照施工方案及時向業(yè)主、監(jiān)理工程師、文物部門遞交施工方案，審批通過后辦理"穿越施工許可證〞。4.查明穿越段地下是否有管道、電纜、光纜等障礙物。相關手續(xù)辦理完成以及征地協(xié)調工作完成后，進場施工。5.測量放線1)測量放線由參加接樁的測量工程師主持；測量儀器經法定計量部門校驗合格且在有效期內使用。2)依據設計平面圖、斷面圖、設計控制樁、水準標樁進展測量放線，采用GPS定位，全站儀進展測量，測量放線中對測量控制樁全過程保護。3)首先依據設計圖紙復核兩端控制樁的準確性，然后根據設計圖紙?zhí)峁┑膬啥丝刂茦斗懦龉艿来┰街行木€及鉆機位置中心線，并在中心線上每隔50m設加密樁。4)穿越中心線放線定樁后，放出主管道中心線，穿越管道應與穿越中心線成直線擺放，主管道布管中心線距穿越中心線3.5m，放線時還應放出兩端連接段的中心線。6．考慮施工期間為保證施工場地的完好，需修筑施工便道及施工場地，修筑方式采用土工布鋪底，上方鋪設管排，局部松軟地段鋪設δ=20mm鋼板。施工便道轉彎處需加寬，滿足15米的轉彎半徑。7.入土點一端，場地按照50米×50米考慮，鉆機場地墊平壓實，保證鉆機、動力站、泥漿泵等設備的進場就位。泥漿池的尺寸為10m×10×2m，水池的尺寸為10m×7m。8.出土點施工場地需修筑約6米寬的進場道路，道路推平壓實，滿足大型設備的進出場要求；出土點場地施工面積按40×30米考慮。施工場地布置標準化，嚴格按照HSE標準要求進展施工，如下列圖片為我公司穿越施工現(xiàn)場布置。施工現(xiàn)場圖9.管道發(fā)送布置：穿越回拖管線采用發(fā)送支架和發(fā)送溝結合發(fā)送的方式。10.鉆機錨固、泥漿池在入土點、出土點分別挖砌排漿池和蓄水池各1個，排漿池蓄水池尺寸為10m×10m×2.6m，邊坡坡度1：0.75，排漿池四周砌筑加固墻，坑內鋪墊防水塑料布。鉆機采用錨箱固定，錨箱布置在管道中心線上，距鉆機0.5m處，在鉆機場地挖5.6m×3.2m×2.2m錨坑1個，坑底做300mm中砂墊層和150mmC20素混凝土墊層。在墊層上用磚砌筑4300mm×2200mm的池壁，池壁四周外與周圍土壤間空余局部用混凝土澆注，將鋼制地錨箱吊入錨坑內。施工時鉆機下鋪墊δ=12mm鋼板60m2，鋼板與錨箱用16#槽鋼連接焊接。圖-260mm圖-260mm橢圓封頭φ325圖-1鉆機鋪墊鋼板20m×3m錨箱11.施工用水：用DN65消防水龍帶和潛水泵抽取淡水送入儲水罐中。12.鉆機就位：根據設計交底與施工圖放出鉆機場地控制線和設備擺放位置，確保鉆機中心線與入土點、出土點成一條直線。為保證放線準確性所用儀器應用GPS定位。在存放鉆機、發(fā)電機、泥漿泵、泥漿罐等設備場地鋪墊雙層塑料布，將鉆機各部件組裝，試運行。測量控向參數：按操作規(guī)程標定控向參數并做好記錄。在管線中心線上至少選定三個點測定磁方位角并采取防磁干擾的方法布置人工磁場。圖：測量控向13.泥漿配置：按地質情況編寫配置方案進展泥漿配置。泥漿是定向穿越中的關鍵因素，本穿越經過砂巖、泥巖等地層，對泥漿的護壁及攜帶能力提出了較高的要求，我們將采取以下措施：針對本工程為地質特點，我們選用優(yōu)質的定向鉆專用土粉，配合加一定比例的添加劑，確定泥漿配制方案。這些泥漿配制方案都是針對地質預告得出的，假設地質條件改變，其配制方案也隨之改變。1〕將施工用水存入水罐，在水中參加純堿，加速粘土顆粒分散,提高水的PH值為9.5左右；2〕鉆導向孔階段要求盡可能將孔內的物質攜帶出孔外，同時維持孔壁穩(wěn)定較長的時間，保持孔內泥漿面,減少鉆桿摩阻,保證導向孔順利完成。其根本配方是：膨潤土4%：高聚物0.2%；潤滑劑0.3%。3〕預擴孔階段要求泥漿一定的動切力和良好的流動性,提高泥漿攜帶能力，其根本配方為：膨潤土4%，高聚物0.2%；潤滑劑0.3%4〕清孔和回拖階段要求泥漿具有很好的護壁、攜帶能力；同時還有很好的潤滑能力，減少摩阻；其根本配方如下膨潤土4%，高聚物0.2%；潤滑劑0.4%；各階段泥漿性能總體應符合下以下要求:漏斗粘度表觀粘度動切力中壓失水備注45-5510-14≥15≤3為了便于泥漿工操作，根據上述泥漿配比要求，結合現(xiàn)場配漿設備制定現(xiàn)場施工泥漿配比方案，以下配置方法不是固定不變的,施工中要根據地層及工藝狀況隨時調整泥漿配比.，各階段現(xiàn)場配泥漿配比方下表：階段每罐泥漿材料用量(35m3)彭潤土(袋)高分子聚合物(Kg)潤滑劑(Kg)單項壓力封閉劑〔Kg〕導向孔30-407-870-90擴孔45-556-870-100回拖20-305-690-1005〕根據地質資料情況，適時調正泥漿配制方案，在施工過程中根據不同的地層斷面及時平穩(wěn)調整泥漿性能。根據之前施工經歷，泥漿粘度要到達90″以上。14.鉆機試鉆：各動力、泥漿泵調試正常，鉆桿清理編號后試鉆，鉆進1～2根鉆桿后檢查各部位運轉情況，各鉆進參數顯示正常后依次鉆進。鉆導向孔控向，對穿越精度及工程成功至關重要，開鉆前仔細分析地質資料，確定控向方案，泥漿與司鉆重視每一個環(huán)節(jié)，認真分析各項參數，鉆導向孔要隨時對照地質資料及儀表參數分析成孔情況，到達出土準確，成孔良好。圖：歷城區(qū)南水北調干渠穿越為防止鉆孔時導向孔與設計穿越曲線的偏移，控向采用目前國際最先進的PⅡ控向軟件〔該軟件可直接用于對接穿越〕和地面信標系統(tǒng)進展精準控向。當地面信標系統(tǒng)使用的電纜接通交流電后產生交變磁場，PⅡ軟件即通過四次采集交流線圈數據并分析這些頻率，并對導向探頭和線圈之間進展矢量計算，篩選和取平均值后，最后得出導向探頭準確位置。同時，在施工中嚴格按照施工標準，確保每根鉆桿的操作，符合設計所規(guī)定的曲率半徑范圍。按設計穿越曲線繪制控向曲線，確定控向方案，并使用人工磁場鉆導向孔。鉆桿鉆進時每根鉆桿最大折角不超過1.0°，連續(xù)4根鉆桿累加折角不超過3°。導向孔的偏差應符合：導向孔曲線與設計曲線的偏移量半徑不應大于2m，出土點沿設計軸線的縱向偏差應不大于穿越長度的1/500，且不大于2m；橫向偏差應不大于穿越長度的0.5％，且不大于6m。在開鉆前，準備萬能表格紙，在開鉆后，繪制鉆進導向孔的縱坐標曲線圖和橫坐標曲線圖，曲線圖〔不得涂改〕將作為永久保存竣工資料。導向孔曲線圖每一米取一個點〔三維坐標〕。穿越出、入土點的管線連接按每個焊口測一點〔三維坐標〕錄入數據庫。導向孔鉆進時，鉆具組合為：91/2″動力鉆具+65/8″無磁鉆鋌+65/8″S-135鉆桿。圖：定向鉆穿越示意圖另外，針對本工程地質情況，我們在導向孔鉆進過程中，為防止鉆桿抱死，每隔300～400米處加一個泥漿分流器。主管線導向孔完成后，進展一遍修洗孔，洗孔時同樣每隔300～400米處加一個泥漿分流器。15.鉆導向孔按設計穿越曲線繪制控向曲線，確定控向方案，并使用人工磁場鉆導向孔。鉆桿鉆進時每根鉆桿最大折角不超過0.5°，連續(xù)4根鉆桿累加折角不超過2°。導向孔的偏差應符合：導向孔曲線與設計曲線的偏移量半徑不應大于2m，出土點沿設計軸線的縱向偏差應不大于穿越長度的1％，且控制在+5.5m～-3m之間；橫向偏差應控制在±2m之間；鉆頭準確出土后，拆卸鉆具并連接擴孔器。擴孔器入洞前噴射泥漿，以檢查水嘴是否暢通，一切無誤后開場擴孔作業(yè)。1〕根據之前施工經歷以及地質資料，為確保工程順利施工，本工程擴孔采用增大擴孔直徑級別，按照標準Ф325mm管線擴孔至Ф600mm可滿足施工要求，但根據該條穿越實際情況，為防止巖屑在孔內堆積，出現(xiàn)卡管情況，擴孔級別增大至Ф600mm。因此本標段管道穿越擬采用4級擴孔+1級洗孔〔根據實際情況可增加擴孔次數及洗孔次數〕。2〕在每級擴孔施工中，要認真觀察擴孔情況。如果發(fā)生擴孔不順暢等，要進展一次洗孔。3〕根據地質情況及上一級擴孔情況，合理確定下一級的擴孔尺寸和擴孔器水嘴的數量和直徑，保證泥漿的壓力和流速，從而提高攜帶能力。圖：擴孔示意圖根據地質情況及上一級擴孔情況，合理確定下一級的擴孔尺寸和擴孔器水嘴的數量和直徑，保證泥漿的壓力和流速，從而提高攜帶能力，減少巖屑床的生成。根據施工實際扭矩和推拉力情況，確定洗孔級數。保證洗完孔后，扭矩和推拉力都正常，方準備回拖。16.管道回拖施1)對鉆機進展維護保養(yǎng)，對鉆具進展檢查，確保設備及鉆具完好。2)穿越擴孔施工前穿越管道按規(guī)定施工完畢檢驗合格。3)穿越管道回拖用發(fā)送架準備就緒。4)管道就位時防止與發(fā)送架亂碰，嚴禁損傷防腐層。5)管道回拖前，應使用電火花檢漏儀按設計要求的檢漏電壓全面檢查防腐層，如有損傷應及時修補。17.導向孔鉆進完成，進展擴孔工作同時完成回拖管道的發(fā)送架擺放、擺管、墊管及沿線的防護工作。采用土袋和滑輪支架墊支，接觸面鋪墊膨潤土且抹黃油及澆水潤滑。當洗孔完成后，萬向旋轉接頭、"U〞型環(huán)，即將Ф750的巖石擴孔器與外徑Φ610mm的鋼管用分動器連接，然后管線檢查合格后，用起重機將回拖管道角度與出拖管前檢查拖管頭要焊接結實，并經檢驗確認無缺陷。要對管線進展全面檢查，確保防腐層無損。18.確保管線回拖成功的措施1〕設備：采用大功率定向鉆設備，**谷登生產的GD61500-BL型鉆機。2〕本工程施工時采用S135級45/8″鉆桿，從而降低鉆進過程中鉆桿事故的幾率，保證施工的連續(xù)性。3〕泥漿配比：針對本工程砂礫地質，在泥漿配比嚴格按照泥漿工程師要求進展配比，泥漿粘度控制到90″以上。4〕擴孔技術：根據本工程地質資料以及對**定向鉆穿越的施工經歷，本次擴孔擴孔至Φ950mm。5)確保導向孔平滑、順暢、滿足設計曲率半徑的要求，并防止出現(xiàn)S彎。6)最后一次擴孔〔清孔〕前對鉆機等主要設備進展一次全面檢查和維護保養(yǎng)，拖管前再進展系統(tǒng)檢查，確?；赝线^程中設備不出現(xiàn)問題。7)管線回拖采用發(fā)送支架的方式進展。8)及早做好拖管的各項準備工作，在各項工作準備好后，再進展最后一次擴孔〔清孔〕，盡量壓縮擴孔完成后和回拖前的停工時間，減少風險，假設停工時間超過24小時，需要再進展一次清孔后再回拖。9)調整好管道的入孔角度，與出土角保持一致，防止因管線彎曲造成應力過大而使回拖困難，根據施工實際情況，可將洞口沿軸線方向前挖20米左右，以到達降低支撐高度，管道入洞容易的目的。10)通過調整泥漿性能，提高泥漿懸浮、攜帶、潤滑、固孔、堵漏等成效。適當增加聚11)在回拖時進展連續(xù)作業(yè)，防止因停工造成卡鉆。回拖前仔細檢查旋轉接頭、連接頭、擴孔器的連接，確定連接結實方可回拖，回拖時兩岸要加強聯(lián)系，協(xié)調配合將管線敷設到預定位置。12〕在開鉆前準確測定各項原始控向參數,排除環(huán)境和人為影響因素,優(yōu)選各項原始控向參數,盡可能接近原始控向參數的真實值,將誤差值控制在最小范圍內。13〕在鉆機就位時，準確測量鉆機就位控制線，最大限度內確保鉆機軸線與管位中心線保持一致，以防止在鉆進過程中鉆頭軌跡偏離設計控制曲線。14〕在鉆進過程中全角變化率〔井斜和方位的變化〕要盡可能小導向孔采用特殊剛性下部鉆具組合來防止井下失控，有利于于鉆孔曲線的圓滑。15〕在鉆進、造斜時，嚴格控制井斜和方位的變化率，按照設定參數進展微調，當傾角、方位受地層影響或調節(jié)過量時，不要急于每根都去調節(jié)，要根據現(xiàn)場情況判斷鉆頭的走向趨勢，其最終取三次數據采集的平均值，確保導向孔軌跡沿設定曲線鉆進，提高導向孔質量。16〕根據地層變化情況，進一步優(yōu)化鉆機推力、轉速和泥漿排量等技術參數。17〕在鉆導向孔的過程中要密切注意控向參數變化，如發(fā)現(xiàn)數據異常時要及時調整，必要時布人工磁場進展校驗，確保鉆頭沿預定軌跡鉆進。18〕當遇到障礙物及周圍環(huán)境因素可能對探頭產生影響，要提前沿穿越路徑布線圈，設定人工磁場，檢測探頭反應數據是否準確，并及時作出調整。19〕鉆導向孔時不能長時間停鉆，以防所鉆孔徑產生鍵槽，導致導向孔發(fā)生變形，影響導向孔的質量；在擴孔和回拖過程中控制鉆進速度，不宜忽快忽慢、甚至停鉆，這樣會導致所擴孔徑嚴重變形，在軟硬交界的地層中尤為明顯，因此在施工過程中要保持勻速，當因故停鉆時要定時活動井下鉆具。20〕為了防止特殊不均勻地層及存在地層傾角容易跑偏、且不易調整的特點，本工程特使用1.75°單彎螺桿動力鉆具，糾偏調節(jié)和破碎巖石效果好。21〕定向設備采用美國因洛克公司生產的PⅡ有線控向系統(tǒng)，在整個穿越過程中采用地面人工磁場配合PⅡ系統(tǒng)進展準確跟蹤定位，仔細分析測量數據，嚴格控制出土位置偏差。22〕根據現(xiàn)場施工場地條件，沿穿越路徑在設計出土點附近布地人工磁場，并結合控向軟件反應的磁場參數，控向工程師由此作出正確判斷，可使得定向鉆出土點誤差控制在設計出土點允許范圍內。23〕加深探孔深度，勘察設計穿越曲線以下地層是否為軟硬交替地質條件，假設不是，建議穿越深度加大，避開不良地層；假設仍為軟硬交替地層，導向孔鉆進時，采用美國PⅡ控向設備，及時糾偏，調整方位角，同時合理控制泥漿排量，使用環(huán)保泥漿。24〕選用加重鉆桿V15065/8″鉆桿，增加鉆桿強度，防止鉆桿斷裂，做好泥漿配比，控制好泥漿排量。25〕增加擴孔級別，同時擴孔完成后，對鉆孔進展修孔、洗孔，直到鉆機數據到達拖管要求，方可進展管線回拖，同時配置一套夯管錘，在鉆機拖力較大時，采用夯管助力的方式完成管線回拖。圖：管線回拖示意圖26〕回拖過程中，使用的泥漿必須符合規(guī)定的要求，并與穿越段地質條件相匹配，保證孔內的光滑性；使用的泥漿量必須保證充滿整個孔洞，盡量在回拖時使管道在孔洞內處于漂浮狀態(tài)，減少管道在孔洞內與孔洞壁間的磨擦，防止在孔洞內管道防腐層被損傷。27〕回拖必須連續(xù)進展，除非不可抗拒原因，中間不得停頓。焊口熱縮套焊口熱縮套環(huán)氧樹脂圖：熱熔膠涂抹保護熱縮套定向鉆穿越是一項風險性非常大的施工方法，地質資料不準，泥漿配比不適宜，控制參數不當等較多因素都會導致出現(xiàn)卡鉆、塌孔、出土點偏差過大、管線無法回拖等問題，針對出現(xiàn)的不同問題應及時解決。19.剩余泥漿處理剩余泥漿的計算：根據以往施工經歷，鉆導向孔有28%左右的剩余泥漿，預擴孔有67%左右的剩余泥漿，回拖管線有44%左右的剩余泥漿。即：剩余泥漿=〔πR12+πR22……+πR102〕×L×67%+πR鉆頭2×L×28%+πR102×L×44%在入、出土點分別配置一套泥漿回收系統(tǒng)和泥漿泵，將出土點回收的泥漿用泥漿泵，通過鉆桿將泥漿回收到入土點儲漿罐。鉆進回流泥漿經泥漿池收集沉淀后用泥漿泵送至儲漿罐，沉淀棄渣約鉆進泥漿總量的15%用罐車送至當地環(huán)保部門指定的位置排放。圖：泥漿凈化回收系統(tǒng)圖：泥漿凈化回收系統(tǒng)20.穿越出土點偏差較大應對措施1)施工前做好穿越長度、出入土點標高和磁方位角的測量，尤其是磁方位角的測量誤差控制在0.1°范圍內。2)假設穿越場地周圍干擾因素過強，采用人工磁場輔助測量糾偏措施。21.穿越過程冒漿的應對措施1)詳細掌握地層巖土的不均勻性，制定不同地層穿越施工時的泥漿排量參數。2)施工過程中及時調整鉆進速度、泥漿排量和泥漿壓力。3)施工過程中防止越級擴孔和增加適量的添加劑。4)采用環(huán)保泥漿原料，及時處理因冒漿引發(fā)的問題。22.管孔塌孔的應對措施1)根據擴孔施工中扭矩的變化情況和返漿成分判斷成孔情況，調整泥漿配比，增大泥漿護壁功能攜帶泥沙能力。2)改變泥漿排量和鉆進速度。3)降低擴孔級差，增加擴孔次數。23.卡管應對措施1)穿越曲線合理，最后一級擴孔時逐步增大潤滑劑比例，減少孔內摩擦阻力。2)調整穿越管道入土角度，采用適合的管道發(fā)送方式。3)做好設備維護和易損件備貨，保證設備運轉正常。5)配備卷揚機、滑輪組和鋼絲繩等機具設備，出現(xiàn)卡管后及時將被卡管道拽出，重新穿越。圖：采用滑輪組解卡示意圖6)在管道回拖時如遇到回拖力增加至超出預計的最大平安拉力時，可判斷為管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌導致抱管現(xiàn)象產生。出現(xiàn)此種情況時，可立即在管尾安裝夯管錘進展錘擊，使管道受到夯管錘的振擊后，擺脫穿越孔洞對其的束縛，從而回拖作業(yè)得以繼續(xù)進展。夯管錘的使用安裝如下列圖所示。圖：夯管錘安裝使用示意圖7)假設單使用滑輪組尚不能將管道拽出，則可使用夯管錘與滑輪組的組合方式進展解卡，具體的安裝使用示意圖如下列圖所示：圖：滑輪組與夯管錘結合使用解卡示意圖24.鉆桿斷裂應對措施施工過程中，假設鉆桿發(fā)生斷裂，在分析確定斷裂位置后，采用打撈器的方式進展打撈，從而保證施工的快速恢復，確保鉆孔的正常鉆進。圖：打撈器圖24.HSE管理為了到達標準施工，滿足設計和業(yè)主要求，有效地防止施工作業(yè)中的各種傷害，保護員工的平安和安康，防止對環(huán)境造成污染和破壞，創(chuàng)一流施工業(yè)績，在該項穿越工程施工中全面推行HSE管理。1〕管道穿越工程施工應遵守國家和行業(yè)有關安康、平安與環(huán)境的法律、法規(guī)及相關規(guī)定。2〕管道穿越工程施工應制定可行的施工作業(yè)平安措施和應急預案，配備足夠的應急資源并進展應急演練。3〕做好施工交通平安管理工作，運輸機械應定期保養(yǎng)，各機械部件運轉平安可靠。4〕施工中應佩戴防護服、平安帽、目鏡和工作鞋等勞保用品。5〕管道穿越工程施工應限制在施工便道及施工作業(yè)帶的占地寬度內。應對表層土、水源、風景、自然保護區(qū)、文物古跡和化石資源、野生動物等進展保護。棄渣、施工廢棄物應按要求進展處理，并防止泄露和揚塵。6〕施工中造成的土地、植被等原始地貌、地表的破壞，應按設計要求