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有关水平定向钻穿越工艺在某工程中的应用分析
RSS 打印 复制链接 发布时间2017-05-23 13:49:43

 有关水平定向钻穿越工艺在某工程中的应用分析

摘要由于水平定向钻进技术具有的优点使该技术在供水管道穿越公路广场河流等多方面得到很好的应用在应用中施工技术不断得到完善显现出?#24049;?#30340;社会效益和经济效益本文笔者以工程实例并结合自己的工作经验对水平定向穿越施工工艺进行了阐述分析仅供同行参考

关键词水平定向钻技术,市政工程;

随着我国城镇化建设步伐的加快市政配套管线设施穿越已建成市政道路施工现象越来越多水平定向穿越技术是一种比较成熟的管线施工技术对环境的影响最小?#20064;?#29289;下管线覆盖的深度大对管线的保护作用大维修费小等优点尤其适合在一些无法实施开挖作业的地区如闹市区城市道路高速公路铁路建筑物河流农作物及植被保护区等目前已广泛应用于市政供水电信电力等领域

一 工程概况

中兴路(姚隘路—民安路)污水管道改造工程是宁波市城市排水有限公司为改善区域污水管道的排水能力而实施的管道改造工程原管线南起姚隘路已建污水窨井北至中兴路与民安路交叉口已建污水窨井因规划考虑实际施工管线为设计W4井旁已建污水窨井至中兴路与民安陆交叉口已建污水窨井主要管管径D500-D1000管材采用HDPE管因考虑地下水丰富和管线复杂的不?#23478;?#32032;故本工程采用定向钻施工

一 定向穿越施工工艺

水平定向钻穿越技术作为管道无沟铺设的一种方法早在上世纪7O年代就开始在美国开始应用了80年代后期得到迅速发展该工艺是近些年来发展起来的一?#20013;?#30340;铺设地下管线的新技术通过计算机控?#24179;?#34892;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施工工艺流程如下

(一) 穿越施工准备

1.测量放线

测量放线的基准是线路控制桩和各种水准基标对于交桩后丢失的控制桩和水准基标应根据定测资料于施工前采用测量方法给予恢复测量人员依据水准基标定测资料对管道控制桩进行测量放线并在控制桩上注明桩号里程高程等根据测量合格的控制桩测定管线中心线并按照施工图纸要求设置如下辅助控制桩

(1)标志桩根据设计图纸在穿越起止点处设置明显的标志桩

(2)边界桩在临时占地的两侧边界线上每50m设置一个边界桩

根据轴线桩?#22303;?#26102;占地边界桩拉百米绳撤白灰线划线完毕及时清点?#20064;?#29289;并做好记录

2.场地准备

场地选择包括钻机场地和布管场地钻机场地较宽根据钻机设备进行工艺布置必须因地制宜综合考虑入土点钻机场地周边环境等因素一般控制在40×60范围内布管场地较狭长的除出土点出需要30×30范围?#26576;?#22303;场地外还需比穿越管道长80m左右的布管场地宽度为8m左右(能满足布管施工即可)布管线路尽量为?#27605;ߡ?/p>

布管作业时管子应首尾衔接相临管口成锯齿形分开布管的间距应与管长基本一致每l020根管应核对一次距离发现过疏或过密时应及时调整管子的两端应垫上沙袋或干草做支撑支撑的位置应设在距两端管口11.5m 的位置上支撑高度应为0.30.5m 在坡地布管?#20445;?#35201;注意管子的稳定性支撑墩的宽度应加大管?#24433;?#25918;要平整坡度大于15°?#20445;?#24212;停止市管组装焊接?#20445;?#38543;用随布遇有水渠道路堤坝等构筑物?#20445;?#24212;将管子布设在位置宽阔的一侧而不应直接摆放其上在吊管和放置过程中应轻起轻落不?#24066;?#25302;拉钢管并保持管内清洁每段管子布完之后应对每段管子进行核对以保证管子类型壁厚防腐层类型等准确无误

3.安装钻机加工管材拖拉的辅助配件

将钻机就位在穿越中心线位置上钻机就位完成后进行系统连?#21360;?#35797;运转保证设备正常工作在此过程中钻机锚固是关键点钻机施工中锚固以稳平实为原则在钻机锚固前应对锚固区域用仪器进行地下管线检测防止将锚杆打在地下管线上合理的锚固是顺利完成钻进及回拖的前提钻机锚固能力反映了钻机在钻进和回拖施工时利用本身功率的能力一台钻机推力再大如果钻机在定向钻钻进过程中发生移动仍会导致钻机无法按预定计划完成钻进工作在回拖?#20445;?#22914;果锚固不好而使钻机移动会导致管道拖不动如果进一步加大钻机拖力则会出现钻机的全部功率作用钻机机身容易发生设备破坏和人员伤亡

(二)进行穿越施工

l钻导向孔

待一切准备就绪开始钻导向孔一般导向孔轨迹由三段组成即入口造斜段?#27605;?#27573;和出口造斜段在钻进过程中根据控向系统显示的数据随时调整钻头的走向钻进入土角一般在8°12°之间 出土角5°12°管道曲率半径一般1000D1200D为了更好地控制导向在造斜?#25105;?#33324;每根钻杆调整一次角度每次调整的角度一般不超过0.8°以便回拖顺利当导向孔?#23588;?#22303;角达到水平夹角为0°时的计算穿越深度与设计埋深不同时(误差超过0.5m)则应调整入土?#27605;?#27573;?#26576;?#24230;及其调整控向角度同理当导向孔从水平到达出土角计算出?#26576;?#22303;点但达不到穿越长度位置?#20445;?#35843;整水平?#27605;?#27573;长度;达到出土角而没有符合地面标高?#20445;?#35843;整?#23380;?#38075;杆长度及其控向角度

定向穿越的技术精度要求

A定向钻进曲线段导向孔的实?#39318;?#23567;曲率半径不应小于设计文件和施工方案的规定且实?#26159;?#32447;与设计曲线的偏移量不大于lm

B入土点出土点的纵横向位置?#24066;?#20559;差执行DG/TJ08-310-2005详见下表

注表中L为穿越管道长度单位为m

穿越施工中为确保钻进曲线?#19981;?#21450;定向穿越精度要求应采取如下措施

A作好定向钻基础数据的测量测量出穿越的实际方位角测量出入土点到出土点的实际距离测量出入土点和出土点的高程差测量出所用钻具?#26576;?#24230;并控制其误差在?#24066;?#33539;围之内

B基础数据确保准?#27867;?#25511;向人员通过计算机显示屏严格按照设计曲线控制钻头钻进的方向控向过程要逐步实现不要?#26412;?#35843;向以防卡钻并防止因单根钻杆调整角度偏差过大形成“s”形钻孔如果单根钻杆改变的角度过大应及时抽回本根钻杆重新钻进以达到钻进设计的需要钻进过程中如遇泥浆压力异常应及时分析钻进情况必要时抽回几根钻杆调整钻进方向

需补充的是定向钻进敷管在穿越公路铁路河流时最小穿越层厚度应符合相关专业要求相关专业无特殊要求应符合给水管道的最小覆土要求

2.扩孔

钻孔完成后?#26029;?#38075;头及控向系统接上扩孔器从出土点向入土点进行预扩孔扩孔的次数及扩孔器类型根据管径及地?#26159;?#20917;确定注意当沿程土质不一?#24615;?#21147;不均?#20445;?#30001;于钻杆扩孔器自身重力的作用易形成不均匀?#20004;?#36896;成预扩孔偏移故选择合理的钻具和钻具组合对定向穿越能否成功尤为重要扩孔器类?#20572;?#20013;硬土采用飞刀式扩孔器主要是切割成孔软土采用桶式扩孔器主要是?#36153;?#25104;孔亦有两种同?#31508;?#29992;飞刀式在前桶式在后扩孔由小到大逐级进行扩孔?#26412;?#26681;据穿越管?#24230;?#23450;一般比管径大150200mm例如穿越φ630mm给水管可分四次扩孔各级扩孔分别为φ200mmφ400mmφ600mmφ800mm对于地?#26159;?#20917;较好?#20445;?#21487;跳级使用扩孔器这样不仅节省扩孔时间还可?#36234;?#30465;泥浆用量.

3.回拖

导向孔经过预扩达到了回拖要求之后即接上穿越管线进行回拖作业最大回拖力计算

回拖力Fmax=F摩+F自

其中1.管道在洞内自重产生的摩擦阻力

F自=f Po L

(Po=1000ρgπ(D2一d2)÷4)

2.管道在洞中的?#25345;?#32508;合摩擦阻力

F摩=π D τ φ L

公式?#24471;?/p>

φ为固相含量系数(1040)

τ为泥浆的切应力(19.5pa)

f为管道和孔壁之间的摩?#26009;?#25968;(0.20.6)

Po为每米管道的重量(N/m)

ρ为钢管密度P=7.85×10-6kg/mm3

g为重力加速度 g=9.8N/kg

D为钢管外径

L为管道长度(m)

d为钢管内径d=D-2×δ

δ为壁厚

根据穿越管道回拖力计算选择合适的钻机这里需要注意的是穿越施工回拖力还必须小于?#35206;?#31649;相应标准尺寸对应的最大牵引力PE管尤其要注意否则要采取强度更高的母管或变换牵引位置等措施同时还要严?#31400;?#21046;管材焊缝质量以防管材焊缝被拉裂?#35206;?#31649;最大回拖力计算公式如下

F=14π(DN)2/3×SDR式中

F——最大回拖力N

DN——管道公称外径M

SDR——标准尺寸比即管材公称外径与壁厚的比值其反映管材的强度

回拖前应将管道安装完成管道内外防腐层及管道预水压试验等应符合设计文件规定并经验收合格

另外在预扩孔?#20445;?#26681;据出土角和管线的埋深在工作管线入土点前端按一定比例放坡挖一条发送沟发送?#30340;?#19981;得有石块树根和?#21442;?#31561;以避免管线底部与地层摩擦划伤防腐层并降低回拖拉力然后把?#21892;?#31649;线放入?#30340;ڣ?#19968;般在?#36947;?#27880;满水让?#21892;?#31649;完全漂浮起来或采用专用滚轮架空等方法以便减少管线对地的摩擦力保护防腐层在确认各项工序都到达到设计标准时开始回拖

4.定向钻穿越的泥浆工艺

定向穿越泥浆是水平定向穿越的一个关键部位是成功穿越的重要保证其具有润滑钻具冷却钻头和发射器携带土屑减少腐?#30784;?#38477;低拖管时钢管和洞壁的摩?#26009;?#25968;降低回转扭矩和回拉力稳定孔壁固孔护管等作用在施工中应根据穿越的地?#26159;?#20917;选用合适的泥浆配制及用量需要注意问题I)在穿越过程中泥浆因失水携带钻屑而变稠要注意随时过滤及稀释;)施工中若发生冒浆现象要及时采取措施以免因泥浆?#31508;?#25289;力增大导致工程失败)穿越过程中若遇土层交替变化应及时调整泥浆以满足工程需要工程中φ630和φ1020给水管道在穿越河道和国道时泥浆配比如下

A钻导向孔阶?#25105;?#35201;求尽可能将孔内的泥沙携带出上同时维持孔壁的稳定配方为78%预水化钠基膨润土+0.20.4%增粘剂+0.3%降滤失剂

B预扩孔阶?#25105;?#35201;求泥浆具有很好的护壁效果防止地层坍塌提高泥浆携带能力配方为78%预水化钠基膨润土+0.30.5%增粘剂+0.4%降滤失剂

C扩孔回拖阶?#25105;?#35201;求泥浆具有很好的护壁携砂能力同时还有很好的润滑能力减少阴摩力和扭矩配方为78%预水化钠基膨润土+030.5%增粘剂+0.4%降滤失剂+0.2%3%的润滑剂

在国道?#20445;?#20026;保证道路面不?#20004;?#36824;采用以下措施A施工中加大泥浆配比增加泥浆粘度的方法来维护钻稳定具体为I) 回扩孔时泥浆的马氏粘度值必须保证在5055S之间泥浆比重应大于1.03g/cm泥浆注入土中与粘土混合后产生的泥浆比重应大于1.10g/cm3)选用进口高度膨润土增加泥浆的高造浆率保证泥浆具有优良的悬浮能力)为了增加钻孔的护壁效果防止塌孔在泥浆中按比例加入高分子聚合物使钻孔壁形成一层保护层达到?#24049;?#30340;护壁功能

B施工时连续进行保证钻中的泥浆粘度始终处于一种?#25345;?#29366;态使泥浆没有时间沉淀保证孔内稳定性;

C在预扩孔时扩孔速度不能太快扩孔时间大于3分钟/根并均速扩孔不得忽快忽慢使孔内泥浆均匀分面

(三)竣工收尾

收尾工作内容包括完善穿越两侧管道拆卸临时设备钻机设备及材料退场处理废弃泥浆平整场地恢复地?#24067;?#25972;理竣工资料等设?#35206;?#21368;前要对泥浆设备和钻具进行认真清洗钻杆及钻挺的螺纹要上油并装上保护套 用过的泥浆要进行分离固体物集中深埋泥浆水排放到非养殖的河沟中

结论

工程实例证明水平定向钻穿越技术在此供水管线中的应用非常成功与传统的顶管技术相比具有更安全可靠缩短工期节约成本的特点这种非开挖技术在市政供水管线施工中已最大限度地取代顶管技术

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