6月 29

                                                                                                    水平定向穿越技术

         采用水平定向钻穿越技术进行管线穿越施工,不开挖地面,就能穿越公路、铁路、河流,甚至能在建筑物底下穿过,是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法。 尤其在环保、市政管网改扩建项目及大型管道穿越江河工程上更显出了其独特的优势。  

         水平定向钻穿越技术的工作过程是通过计算机控制进行导向和探测,先钻出一个与设计曲线相同的导向孔,然后再将导向孔扩大,把产品管线回拖到扩大了的导向孔中,完成管线穿越的施工过程。水平定向钻非开挖技术在国外已广泛使用,在国内也逐渐普及。 1 水平定向钻穿越施工工艺  使用水平定向钻机进行管线穿越施工,一般分为二个步骤:第一步骤是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔;第二步骤是将导向孔进行扩孔,并将产品管线(一般为PE、MPP、PVC管道,光缆套管,钢管、复合管等)沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中,完成管线穿越工作。 1.1 导向孔 导向孔的钻进是整个定向钻的关键,导向设备采用无线或有线定位系统进行确定控向方案,泥浆和司钻要重视每一个环节,认真分析各项参数,互相配合钻出符合要求的导向孔,钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况,并随时做好每一根钻杆的导向孔记录(推力大小、导向孔的难易程度、扭矩大小等)操作员密切注意泵压、扭矩、推力的变化。 1.2 预扩孔导向孔完成后,要将该钻孔进行扩大到合适的直径以方便安装成品管道,此过程称为预扩孔,通常,在钻机对岸将扩孔器连接到钻杆上,然后由钻机旋转回拖进入导向孔,将导向孔扩大,同时要将大量的泥浆泵入钻孔,以保证钻孔的完整性和不塌方,并将切削下的岩屑带回到地面。导向孔完成,钻头出土后要及时卸掉,装上扩孔器进行预扩孔。根据地质状况及管径分级扩孔,最后孔径D=1.2-1.3Dn(Dn为管线直径)。扩孔时按照设计要求适当调整泥浆排量,控制回拖速度,按照设计扩孔参数平稳扩孔,操作员密切注意泵压、扭矩、回拖力的变化,严禁憋泵、憋钻、强行回扩。扩孔完成后,分析成孔情况,必要时再用扩孔器进行清孔。 1.3回拖管道预扩孔完成以后,成品管道即可拖入钻孔。管道预制应在钻机对面的一侧完成。扩孔器一端接上钻杆另一端通过旋转接头接到成品管道上。旋转接头可以避免成品管道跟着扩孔器旋转,以保证将其顺利拖入钻孔。回拖由钻机完成,这一过程同样需要大量泥浆配合,回拖过程要连续进行直到扩孔器和成品管道自钻机一侧破土而出。 2 水平定向钻施工的特点 1)定向钻穿越施工具有不会阻碍交通,不会破坏绿地,植被,不会影响居民的正常生活和工作秩序,解决了传统开挖施工对居民生活的干扰影响。 2) 现代化的穿越设备的穿越精度高,易于调整敷设方向和埋深,管线弧形敷设距离长,完全可以满足设计要求埋深,并且可以使管线绕过地下的障碍物。 3)施工占地少,工程造价低, 施工速度快。 3 工程实例 3.1 工程概况某工程位于平顶山市西北部,河道土质为粉砂层,上层为2-3米粘土,下层为粉砂。地下水位较低,本次管道横向穿越河道总长度560米,管道为直径355毫米的复合钢管。 3.2 施工设计基本参数 1)导向轨迹设计满足规范要求的最小曲率半径,即R=1500Dn=750m,由于本工程穿越地层主要是细砂、砾石、粘土,该地层成孔差、稳定性差,为了减小管道的弯曲应力,穿越段增大穿越管道的曲率半径至R=2000Dn,即R=960m。 2)钻进角和曲率半径在大多数穿越施工中,入土角通常选择在8–12度之间,多数施工应首先钻一段斜直线,然后再钻一段大半径曲线。此曲线的曲率半径由成品管线的弯曲特性决定,随直径增大而增大,钢管道曲率半径的拇指法则是100FT/IN(一般取管道直径的1000—1200倍)。斜直线将导向孔曲线按照预定的走向引导到设计的深度,然后是一段在此深度上的长长的水平直线,然后到达向上的弯曲点再到出土点。出土角应控制在5-12度之间,以便于成品管道的回拖。 3)穿越参数设计穿越参数设计见表1所示。 4)钻孔施工钻具组合表该工程施工的钻具组合见表2所示。 3.3泥浆配制根据地质资料情况,确定泥浆配制方案,实施泥浆开钻,开钻前配制好30方优质泥浆。泥浆在定向穿越中起关键作用,我们将针对不同的地层采用不同的泥浆,若地质情况复杂,则对泥浆要求比较高,为了对付不同的情况,我们将采取以下措施: 1)按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂,配出合乎要求的泥浆。 2)使用的泥浆添加剂有:聚合物HFEC,滤失剂DFD-140,润滑剂,根据不同的穿越地质条件,确定加入不同的添加剂。 3)为了确保泥浆的性能,使膨润土有足够的水化时间,在用量不能改变的情况下,将采取增加泥浆储存罐的数量。 4)废泥浆的处理:在焊接场地挖一个废浆收集池,收集废泥浆,经沉淀之后处理;在钻机场地也挖一个泥浆回收池,泥浆经过回收池沉淀后,再经过泥浆回收系统回收;回收不了的泥浆排送到指定的地方。 3.4 管线回拖导向孔经分级预扩、清孔,孔径达到管线回拖要求的条件,将检验合格的穿越管线吊上滑送架并检查无误后回拖。回拖是穿越的最后一步,也是最关键的一步,在回拖时采用的施工方式是:Φ650扩孔器+40T回拖旋转接头+Dn500穿越管线(Dn500是3×φ250 MPP管线 + 1×φ75 MPP管线)。在回拖时进行连续作业,避免因停工造成卡钻。回拖前仔细检查旋转接头、连接头、扩孔器的连接,确定连接牢固方可回拖,回拖时两岸要加强联系,协调配合将管线敷设到预定位置。 3.5管线保护 1)管线回拖前对预制完成的管线进行验收,验收内容:管线质量是否合格,是否按照设计要求对所有管线进行了摆设,是否符合管线的椭圆度,拉头做的是否合格,确认合格接到甲方通知后方能回拖。 2)管线回拖前必须对管线进行逐个检查,发现管皮脱落、管线变形等问题必须通知甲方进行更换,以防在回拖过程中出现不必要的麻烦和带来不必要的经济损失,以延误甲方投入社会带来经济效益的时间。 3)最后一次扩孔要提高泥浆的润滑性能,回拖时保持最后一次扩孔的泥浆性能,避免大幅度调整泥浆造成的孔壁坍塌,给拖管增加阻力。 4)管线回拖前必须检查两端封闭情况,管线回拖就位后,仍然保持管线两端密封,确保管线内干净。 5)管线回拖全过程必须有专人负责巡线检查,补漏人员现场及时补漏。 3.6、质量保证措施 1)防止钻孔时呈“S”型的措施定向设备采用美国DCI公司MARKIV定位设备,在定向钻进过程中严格控制全角变化率,尽量缩短测量间隔长度,特别是遇到地层软硬变化或砾石时,参数测量间距不得超过2米。调整方位要及时,并留有余量,禁止反复大幅度调整角度,防止出现“S”型轨迹。 2)确保定向钻出误差在设计范围内的措施一是钻机测量就位时,利用全站仪准确放出钻机就位中心线;第二准确测量标定控向参数,要求细心并尽可能多测取参数比较,以确定最佳参数,在管中心线的三个不同位置测取,且每个位置至少测四次,并做好记录。 3)确保扩孔顺利的措施首先要做好导向孔,必须满足管线曲率半径的要求,特别是不能出现”S”型曲线;二是针对不同地层适时调整好泥浆,本穿越段地层较复杂,针对不同地层及时调整泥浆配比方案,适当控制泥浆粘度,增加滤失剂、润滑剂和防塌剂加量,稳固孔壁,减少縮径,稳定泥浆性能,防止大幅度调整泥浆,引起孔壁坍塌。 4)确保回拖成功的措施 在现场我们准备两台卷扬机,以保证回拖顺利完成。 4、结束语由于本工程为大管径复杂地层穿越,穿越地层主要是细砂、砾石、粘土,该地层成孔差、稳定性差,导向孔钻进时,推力较大,要求地锚固必须牢固,泥浆性能达到高粘度、好流动,适当加大泵压,提高水马力。

written by GNSolidscontrol


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