水平定向鉆施工重點環(huán)節(jié)介紹[詳細]

1、水平定向鉆施工重點環(huán)節(jié)介紹及經(jīng)驗交流,四.泥漿配置,一.水平定向鉆概述,二.施工現(xiàn)場勘察,目 錄,三.穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,五.施工過程注意問題,六.施工經(jīng)驗,一、 水平定向鉆概述,1、發(fā)展前景 隨著城市高速現(xiàn)代化,地下管網(wǎng)建設(shè)迅速發(fā)展,管道穿越由于其技術(shù)綜合成本低、施工周期短、環(huán)境影響小、不影響交通、施工安全性好等優(yōu)勢日益受到人們的青睞。但面臨下述問題 1)市場競爭激烈,導(dǎo)致價格下降 2)地下管網(wǎng)復(fù)雜,增加施工的風(fēng)險,2 、施工工藝 1)、管線勘察 2)、穿越曲線設(shè)計 3)、鉆機進場 4)、泥漿配置 5)、鉆導(dǎo)向孔 6)、擴孔 7)、回拖 8)、環(huán)境保護 9)、地貌恢復(fù),一、 水

2、平定向鉆概述,二、 施工現(xiàn)場勘察,一旦施工地點確定，應(yīng)對相應(yīng)區(qū)域進行勘測并繪制詳細準(zhǔn)確的地質(zhì)地貌圖紙。最終施工的精度取決于這一勘測結(jié)果的精度。 1、地下管線探測 城市地下管線資料殘缺不全，有的資料精度不高或與現(xiàn)狀不符等問題，以致影響地下管線規(guī)劃建設(shè)的科學(xué)性和在工程建設(shè)過程中挖斷、挖穿地下管線的事故時有發(fā)生。 1）、地下管線探查 地下管線探查是通過現(xiàn)場調(diào)查和不同的探測方法探尋各種管線的埋設(shè)位置和深度 方法： 要求業(yè)主提供工程現(xiàn)場地下管網(wǎng)資料 尋找施工現(xiàn)場周圍的工作井，查看管線的走向，情況不明打電話讓相應(yīng)負責(zé)部門到現(xiàn)場標(biāo)明 詢問當(dāng)?shù)鼐用?用管線探測儀進行測量 鉆機出入土點挖工作坑，至少1.5米深,

3、二、 施工現(xiàn)場勘察,2）、地下管線測繪 地下管線測繪是對已查明的地下管線位置的平面位置和深度進行測量。 我們要 沿穿越方向，對已探測地下管線的深度及管線走向做出標(biāo)記； 根據(jù)探查結(jié)果，對現(xiàn)場地下管網(wǎng)進行復(fù)查，準(zhǔn)確掌握地下各種管線和其他基礎(chǔ)設(shè)施的分布及埋深，為導(dǎo)向孔軌跡提供準(zhǔn)確的設(shè)計依據(jù)。 2、地質(zhì)勘察 較長穿越工程應(yīng)當(dāng)讓業(yè)主提供工程現(xiàn)場的地質(zhì)勘察報告，根據(jù)地質(zhì)勘察報告可以進行鉆機及鉆具組合的選擇，也是我們提供工程報價的依據(jù)。,二、 施工現(xiàn)場勘察,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,1、導(dǎo)向儀,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,操作界面,設(shè)置 1Pt.C

4、al單點校準(zhǔn)，2Pt.Cal雙點校準(zhǔn)，Tele Ch信號頻道 Target Depth目標(biāo)深度，Target Pitch目標(biāo)傾角，Grade /% Grade斜度/百分?jǐn)?shù)，Ues Metric/Use English使用公制/ 使用英制，Cold/Normal Screen冷暗/正常屏，Set Time 設(shè)定時間，Code代碼(維修用)，Exit退出。,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,2、碳棒的磁力線（信號）,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,3、定位點,后定位點,中位線,前定位點,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,4、干擾信號 .有源（主動）干擾 包括高壓電纜，變電站，汽車發(fā)動

5、機等所有有主動 信號產(chǎn)生的物體。 .無源（被動）干擾 包括大型鋼結(jié)構(gòu)，金屬護欄，含鹽量高的地層及金 屬含量高的地層，所有能夠吸收并扭曲信號的物體。 5、影響 .深度不準(zhǔn)確.定位困難.角度面向角丟失 6、解決辦法 盡量遠離干擾，調(diào)整工作時間，盲打。 7、碳棒超過40 （ 104 ）會發(fā)出警報聲，碳棒一 端的溫度點如果變黑則表示碳棒接觸到超過104 的溫度，應(yīng)視為失靈。,1、工程前期的交底，要對工程概況有所了解，根據(jù)現(xiàn) 場情況初步確定能否進行穿越施工，及大概需要的 長度、出入土點位置。 2、物探，繪制物探圖 根據(jù)現(xiàn)場情況定出物探范圍，物探一定要做到細致， 把范圍內(nèi)的井蓋全部打開，并用雷迪跟蹤探測，

6、確 定管線走向及與穿越交叉處的深度，注意沒有井蓋 的管線，例如由電線桿下來的電力，墻邊的電信等。 物探完成后繪制物探圖，具體定出出入土點位置， 測量預(yù)計穿越長度。,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,3、設(shè)計導(dǎo)向軌跡 物探完成后，根據(jù)距離入土點最近的管線的深度及 距離，定出入土角，如果不能達到所需要的角度可 以適當(dāng)延長入土點與管線之間的距離；根據(jù)距離出 土點最近的管線的深度及距離，定出出土角，如果 不能達到所需要的角度可以適當(dāng)延長出土點與管線 之間的距離；最后根據(jù)與所有管線交叉處的有效安 全距離定出導(dǎo)向軌跡。有效安全距離應(yīng)減去擴孔上 浮的距離。如果有彎曲度，可以調(diào)整出入土坑的方 向，盡量減小

7、導(dǎo)線軌跡的弧度。,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,4、鉆機入場后的擺放，定位，角度等 鉆機入場后，根據(jù)設(shè)計出的導(dǎo)向軌跡，確定鉆機的 擺放位置，擺放鉆機盡量使入土點和出土點在一條 直線上，以方便導(dǎo)向，調(diào)整入土角度盡量按照設(shè)計 的角度入土。,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,5、導(dǎo)向 由于有時物探和導(dǎo)向之間相距時間較長，所以導(dǎo)向 之前根據(jù)物探圖把管線重新確定一遍，做到管線心 中有數(shù)，導(dǎo)向時注意軌跡與管線之間的距離，并隨 時調(diào)整，如果遇到障礙可以調(diào)整鉆進方向及深度； 如果遇到軟土或硬土，角度調(diào)整不能達到要求時， 給操作工提供的鉆進數(shù)據(jù)可以有提前量，但要隨時 注意角度變化。隨時與操作工溝通，

8、讓操作工知道 目前鉆進的進度，注意土質(zhì)變化，調(diào)整需要變化角 度的距離，記錄導(dǎo)向記錄，繪制三點定位圖。,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,三、 穿越曲線設(shè)計,在施工前要求業(yè)主提供穿越設(shè)計圖紙，按照圖紙?zhí)峁┑膮?shù)進行施工，如有問題及時與業(yè)主及設(shè)計進行溝通。 如果業(yè)主沒有設(shè)計圖紙，要求我們自己進行設(shè)計，可按如下方式： 1、在曲線設(shè)計時五個關(guān)鍵參數(shù)為： （1）入土角度 （入土角通常選擇在8-12度（14%-21%）之 間）， （2）最大穿越深度（根據(jù)地下管線探測結(jié)果） （3）曲率半徑 （鋼管：R大于、等于1500D（D為鋼管直徑）； PE，PVC 管： R 大于或等于1500d 和R 大于或等于1

9、000D （d為鉆桿直徑，D為待鋪管直徑） （4）穿越長度 （現(xiàn)場實際測量） （5）出土角度 （出土角應(yīng)控制在5-12度（8.7%-21%）之間，）鋼管時出土角5-8度（8.7%-14%）之間,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,2、選擇合適的曲率半徑 1）曲率半徑不宜太小，否則鉆進時對鉆桿偏磨嚴(yán)重，并且回拖管線時摩擦阻力增大，可能發(fā)生卡鉆的危險。 2）管線回拖來說，選擇曲率半徑越大越好。 但選擇曲率半徑太大時，則每根鉆桿的可調(diào)角度小，由于鉆機的傾斜角已確定，則穿越深度太深，有時可能延長鉆進的長度。 根據(jù)穿越管的管徑、穿越長度、要求的穿越深度、地層條件等選擇合適的曲率半徑。,三、 穿越“儀器

10、”概述，流程及曲線設(shè)計,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,3、每根鉆桿的深度算法 下一根鉆桿的深度=現(xiàn)在的深度-百分?jǐn)?shù)鉆桿長度 例如現(xiàn)在深度是2米，角度是20%，如果鉆進，下一 根的深度為2-20%3=1.4米,4、整體算法 三角函數(shù) 根據(jù)需要的深度及管材的曲率半徑算長度 取中 在平均曲率下，根據(jù)入土角度，長度和深度的互算 角度/2長度=深度，深度角度/2=長度,三、穿越“儀器”概述，流程及曲線設(shè)計,6、施工過程中角度變化的簡單計算方法： 3米鉆桿為例，穿越深度為3米，此時儀器離出土點距離為30米，工作坑深度1.5米，每根鉆桿調(diào)整1為0.03米， 1.5/0.03=50 即10根鉆桿要累計

11、調(diào)整50個斜度（）即每根調(diào)整后角度為（1、2、3、4、5、5、6、7、8、9）其和為50。 每根鉆桿增加1 ，平穩(wěn)上升，有利于管線回拖。,四、 泥漿配置,泥漿是定向鉆穿越工程中非常重要的因素，可以說，泥漿的質(zhì)量，很大程度上，決定了定向鉆施工的成與敗。泥漿一般由水、膨潤土及泥漿添加劑等配成，根據(jù)穿越工程的實際情況，泥漿的成分配比需要作適當(dāng)調(diào)整 泥漿的質(zhì)量，主要從以下三個方面來控制： 1、水。泥漿用水，宜用堿性的水. 2、膨潤土。宜用鈉膨潤土，不使用鈣膨潤土， 3、配置好的泥漿pH值控制在810 如果地質(zhì)情況復(fù)雜、穿越直徑和長度較大，對泥漿的性能要求就比較高，相應(yīng)要采取不同的措施，通過添加泥漿添加

12、劑改善泥漿性能，以確保能夠穿越成功。,四、 泥漿配置,1、泥漿的作用： （1）泥漿具有適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃有?，攜帶鉆屑能力強，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態(tài)，通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面。 （2）泥漿有較強的護壁作用，能夠提高孔壁的穩(wěn)定性，尤其對于孔徑較大、容易坍塌的地層。 （3）泥漿具有較強的潤滑性能，為管線回拖提供有效的潤滑作用，特別是當(dāng)穿越長度較長，加入潤滑劑降低摩擦系數(shù)可以降低管線的回拖力。 （4）泥漿能夠?qū)︺@具起降溫作用。,四、 泥漿配置,2、常用泥漿化學(xué)處理劑 為了保證水平定向鉆進泥漿的穩(wěn)定性和提高泥漿的各種工藝性能，以適應(yīng)各種情況下的鉆進要求，泥漿中使用著各種各樣的泥漿添加劑。水平定

13、向鉆進泥漿常用的泥漿添加劑有：A.純堿；B.防塌劑；C.降失水劑；D.潤滑劑； A. 純堿 碳酸鈉（Na2CO3），又叫蘇打。純堿在水中容易電離和水解，在配制時加入從而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入適量純堿可使泥漿的失水下降，粘度增大。 D. 潤滑劑 它提高了泥漿的潤滑性，從而降低了摩擦力，減少鉆具與泥漿的摩擦，可防止粘附性卡鉆。,四、 泥漿配置,3、泥漿在不同地層的配置 1）、粘土層的泥漿性能要求及組成 A其主要特點：成孔性好，可鉆性好，鉆具在土中旋轉(zhuǎn)推進、造斜和出土都能比較好的成孔，不易坍塌，是最適宜穿越的地層。 B.泥漿的組成： 膨潤土+ 純堿+ 降失水劑 在一般的條件下，采用上

14、面的配合比；施工中要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 2）、砂層和細砂、卵石、礫石（少量的）地層的泥漿性能要求及組成 A其主要特點：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力強。導(dǎo)向孔和回擴孔時極易坍塌，泥漿含砂量高造成機具對巖屑的重復(fù)破碎，機具和設(shè)備磨損較重。 B.泥漿的組成： 膨潤土（一級）+ 防塌劑（聚合物）+ 降失水劑+ 潤滑劑 在一般的條件下，可采用上面的配合比；施工中要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 3）、泥巖： 成孔性極好的泥巖，這類巖層在管徑小、距離短的情況下，一般用清水就可以完成工程， 但建議在清水中添加一些堿，提高造漿率和攜帶懸浮能力，能使工程更加順利的完成。,四、 泥漿配置

15、,4、泥漿粘度值表,四、 泥漿配置,用馬氏漏斗測量粘度,五、 施工過程中注意問題,1、設(shè)備就位、安裝、調(diào)試 定好穿越長度后，根據(jù)入土點、入土角度結(jié)合現(xiàn)場實際情況使鉆機準(zhǔn)確就位。鉆機設(shè)備、泥漿設(shè)備安裝完成后，對設(shè)備進行調(diào)試、檢查、確保設(shè)備安全運行。導(dǎo)向設(shè)備儀器安裝完成后，對其進行校準(zhǔn)，確保導(dǎo)向孔的精度。,五、 定向鉆施工工藝,2、導(dǎo)向孔鉆進 要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭。 在導(dǎo)向孔鉆進時，每鉆進一根鉆桿，至少測量一次方向及鉆頭的實際位置，對探測點要做好標(biāo)記。根據(jù)儀器顯示數(shù)據(jù)進行及時調(diào)整，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求。 司鉆認真記錄鉆進過程中的扭矩、推力、泥漿壓力。以便對地質(zhì)情況有所

16、了解，為擴孔器孔徑及類型的選擇提供依據(jù)，根據(jù)施工經(jīng)驗對擴孔速度進行控制。,五、 施工過程中注意問題,五、 定向鉆施工工藝,3、 擴孔 擴孔次序：根據(jù)管徑、鉆機噸位及地質(zhì)條件確定每級擴孔器的選擇，一般擴孔至管徑的1.31.5倍，根據(jù)扭矩及拉力的大小決定是否需要清孔。 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(dǎo)致所擴孔徑嚴(yán)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(dāng)因故停鉆時要定時活動鉆具。 鉆桿必須確保連接到位、牢固才可回擴，以防止回擴過程中發(fā)生脫扣事故。 根據(jù)各種不同土質(zhì)配制不同濃度的泥漿，使其擴孔時回拖力的數(shù)值和扭距值控制在鉆機正常工作參數(shù)之內(nèi)。

17、回擴過程根據(jù)不同地層地質(zhì)情況以及現(xiàn)場出漿狀況確定回擴速度和泥漿濃度及壓力，確保成孔質(zhì)量。,五、 施工過程中注意問題,五、 定向鉆施工工藝,4、 回拖 管線回拖時連接順序：動力頭動力頭保護短節(jié)鉆桿擴孔器分動器U型環(huán)拖拉頭管線 原則上要求擴孔（或清孔）與鋪管一氣呵成，中間不允許有長時間的非作業(yè)停頓。 回拖時鉆機應(yīng)先開泵打水，保證擴孔器排漿暢通，當(dāng)擴孔器快要入土?xí)r，同時指揮鉆機旋轉(zhuǎn)，通過鉆桿輸送泥漿到擴孔器，一邊旋轉(zhuǎn)一邊回拉。 回拉鋪管過程中，要密切注意拉力、扭矩、水壓等參數(shù)的變化，同時還要隨時關(guān)注現(xiàn)場有無異常情況出現(xiàn)，及時處理多余的泥漿。拉管中要派專人負責(zé)裝卸及運輸鉆桿，以保持整個拉管作業(yè)的連續(xù)性

18、。入土和出土之間密切配合，用對講機互通信息，隨時保持聯(lián)系。 另外，對出土處管線也要派專人進行維護，防止管線劃傷，確?；乩瓡r管線安全及行人安全。,五、 施工過程中注意問題,五、 定向鉆施工工藝,5、 回拖速度 管線回拖快慢三個因素 1、孔壁的失水量 2、鉆屑造漿性能 3、管材的長度 孔壁的失水量：泥漿從擴孔器流出后假如保留在了孔中，經(jīng)過鉆頭的攪拌作用形成濕滑的泥，后面拖的管材經(jīng)過時將起到一個很好的潤滑作用，這樣就減小了回拖阻力。回拖管材時出土坑中不停地有泥漿流出，那孔的失水量一定很小，潤滑作用就好。 鉆屑的造漿性能：不論是清水、泥漿，在擴孔時會切削下鉆屑，水或泥漿與這些鉆屑攪拌后就會使其性能改變

19、。如果鉆屑造漿性能本身就很良好的話，就會使原來的水或泥漿長時間保持性能，但如果造漿性能不好就破壞了原泥漿的效果，大大地降低了流動性、攜帶孔內(nèi)殘余物和潤滑的作用，會使回拖力大為上升。 管材的長度：管材越長時摩擦距離越長，回拖阻力越大。 措施： 失水量大、造漿性能差、不論管材長短都宜保證回拖力不很大時快拖； 失水量小、造漿性能差或失水量大、造漿性能好且管子長時宜用偏快速度回拖，管子短時宜用偏慢速度回拖；,五、 施工過程中注意問題,六、 施工經(jīng)驗,在定向鉆鋪管施工過程中，經(jīng)常發(fā)生一些生產(chǎn)事故，給施工單位、建設(shè)單位及管線業(yè)主帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失 1、鉆桿方面 1) 、 鉆桿絲扣扭損 鉆桿的傾角遠大于了鉆

20、機塔架的傾角，加鉆桿時由于兩根鉆桿的夾角不同，絲扣不能對正，斜著往上擰，絲扣嚴(yán)重受損； 2）、鉆桿磨損 定期對鉆桿進行檢查，如磨損，鉆桿損傷、嚴(yán)重彎曲等，并做相應(yīng)標(biāo)記， 3）、擅自加大動力頭絲錐強度 動力頭絲錐強度提高，那薄弱環(huán)節(jié)就不在該處而在孔內(nèi)的鉆桿上了，動力頭絲錐保住了，卻把孔中的鉆桿扭斷了。 2、導(dǎo)向技術(shù) 導(dǎo)向工作是定向鉆鋪管中的一個重點。雖然從施工流程來看只是一個施工環(huán)節(jié)，但是整個工程從擴孔、清孔、拖管都無一不受導(dǎo)向軌跡的影響。在導(dǎo)向施工前要做到“胸有成竹”，事先計劃好所需的軌跡數(shù)值，使整個軌跡盡量形成一條平滑的曲線，不宜猛糾硬調(diào)。,六、 施工經(jīng)驗,3、拖管中斷 拖管時由于客觀原因限

21、制，中途需要停頓，這時要隔一段時間向孔中送一次沖洗液，不能使孔內(nèi)壁的殘留鉆屑失水后抱死管材,六、 施工經(jīng)驗,4 管線回拖經(jīng)驗總結(jié) 為了避免不必要的損失，提高水平定向鉆鋪管工程施工的成功率，保證管線鋪設(shè)的質(zhì)量達到設(shè)計要求，我們應(yīng)該對施工不斷進行經(jīng)驗總結(jié)，它包括以下五個方面內(nèi)容： 4.1 鉆機的固定方面 回拉管材時，鉆機是不能移動的，而一般情況下，鉆機的自重根本無法與鋪管的回拉力相抗衡，因此鉆機必須用地錨固定住。25T鉆機的地錨，一般是用大錘打錨桿，把鉆機前支撐架固定在地面上。如果回拉力很大，在必要情況下，采用鋼絲繩套住鉆機大梁，然后埋后地錨將鉆機拉住，條件允許情況下可以租用挖掘機用鋼絲繩拉住鉆機

22、,六、 施工經(jīng)驗,4.2 鉆具方面 回拉鋪管鉆具的組合 擴孔器與分動器連接處有起固定作用的螺母，螺母一端專門設(shè)有插銷孔，組裝鉆具時必須在插銷孔中穿入鐵絲作為插銷，以防止螺母在回拉鋪管過程中松動脫落。 U形環(huán)屬易損件，一般情況下使用的是國外進口產(chǎn)品，因為有些國產(chǎn)U形環(huán)強度不如進口U形環(huán)的強度大，容易拉斷，使用壽命短，耐久性也不好。 U形環(huán)上的固定螺母要用扳手?jǐn)Q緊，并且要插上插銷，防止松動脫落。 上述兩處是很容易被忽略的，要特別引起重視，否則可能會造成嚴(yán)重的事故導(dǎo)致拉管失敗。,六、 施工經(jīng)驗,4.3 擴孔方面 （1）孔內(nèi)的清潔狀況。 如果沒有清孔或清孔不徹底，拉管時會帶出大量的殘余泥土，影響施工場地，并且會大大增加拉管的回拖阻力。 拉管時，拉力和扭矩都會很大，必須再次清孔，直到孔內(nèi)殘留物較