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简述水平定向钻牵引施工技术
摘要:在牵引管道时应根据地质情况以适宜的速度拖管,保证成孔的泥浆的稳定性。如出现管道拖不动,应及时将钻机移到管道人地端,与挖掘机及其他机械配合,将管道拖出地面。检查并改善相关保障措施,如采取更大的回扩头,使用添加剂,使用具有更大动力的钻机等。
关健词:施工;准备;控制;导向孔;扩孔;泥浆技术
水平定向钻是当今复杂条件下敷设管线的重要施工方法,尤其对横穿大江大河的管线,可在不影响航道正常航行情况下施工。目前,我国的水平定向钻的施工设备已经随着我国现有的钻机设计和制造技术完善,不断开发和创新。
1工程概况
水平定向钻可承担各种不同材质管线的穿越任务,钻机性能的发挥依赖于适宜的地质条件和合理的轨迹设计。在牵引管施工中多处发生导向孔时卡钻、扩孔时塌方的情况,经及时采取有效的处理措施才保证了工程的顺利进行。现结合本工程实践对水平定向钻牵引管道施工技术主要控制要点做如下讨论。非开挖水平定向钻牵引管道施工的主要工艺流程是:施工准备→导向孔施工→反拉扩孔、成孔、牵引管道→砌检查井→验收→清场。宝岗大道通信管线工程全长约2km,其中定向钻施工全长约1km,包括江南西、南田路等路口,施工工期仅30d。主要为弱电线路包括电信、移动、联通、广电及电力调度光缆等。施工主要采用开槽埋设,混凝土包方加固施工方式;在需穿越江南西广百广场、南田路口及公交站场时,采用水平定向钻牵引管方式施工敷设110HDPE(高密度聚乙烯)管12孔。
2施工准备阶段的控制
2.1确定设计轨迹与选择合理穿越地质地层
如果地质条件理想,穿越曲线位于豁土、亚毅土、或淤泥等造浆能力好的地层,施工时可以适当加长曲线长度,且拖拉力不会增加很多,可加快工程进度。如果穿越曲线所在的地层不理想时,则会降低穿越成功的可能性,甚至导致钻孔无法完成。在本工程施工中大部分处于均质豁土及砂土层,故施工完成顺利,但由于地质资料复杂而且欠缺,导致部分在横越江南西广百广场处钻孔完成不够完善,施工中经过多次试钻都成功后,最终在拉管过程中卡了两根管,由于在人口密集的广场,严重影响工期及交通。所以事先充分了解施工地段的地质条件是穿越成功的重要前提。
2.1.1地质要求
必须先勘察穿越工程处的地质情况,不同地层需要选用不同的钻具及结构。穿越地层必须详勘,一般按要求在穿越中心两边各15m,沿中心线方向间距设勘察孔,而对于复杂的地质则勘察孔必须加密。穿越段地质勘探应提供以下参数值:各岩土层厚度、取样深度、含水量、颗粒度、液性指数、塑性指数、液限、塑限、标贯击数、承载力标准值等数据,并提供水质报告、穿越地段地形和地质钻探剖面图,供施工单位使用参考。
2.1.2轨迹设计
根据铺管设计标高、地层及地形情况,以及钻杆曲率半径、工作场地、地下管线分布等情况,确定定向钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角,计算出测定空间坐标,设计定向钻的轨迹图及制订特殊地层、地段的特殊施工方案,并且要准备常用的施工应急材料,以保证施工任务的顺利完成。目前国外著名的钻机制造商可提供商品化的轨迹规划设计软件,通过采集所需的全部信息,利用计算机进行最优化钻孔轨迹设计,从而可大大提高轨迹设计的科学性和设计效率。
弧形导向孔轨迹由两部分组成:造斜段和直线段。造斜段是钻杆进人敷管深度的过渡段,直线段是管道穿越障碍物的敷设段。
导向孔轨迹的形态取决于穿越起点(A点)、穿越终点(B点)、敷管深度(h)、造斜段曲率半径(R1、R2)等参数。其中R1由钻杆最小曲率半径(Rd)和敷管深度(h)决定,根据经验Rd≥1000d(d为钻杆直径,50mm);R2由所敷管的弯曲半径决定,工程中取R2≥47mm,见图1。其计算公式如下:
(1)
(2)
式(1)、(2)中:L一造斜段距离;a一钻杆人射角。
检查批回扩和回拉时的泥浆出口
图1导向孔轨迹
2.1.3集泥池
为保证附近环境卫生状况,在钻进前应先在两端挖好集泥浆池,安装好泥浆泵,及时抽出导向钻及扩孔阶段的泥浆。并做好集泥浆池相关的安全防护措施,确保安全生产文明施工。2.2钻机描固
本工程采用履带式钻机为美国威猛牌D24一X型及水平导向钻机DDW一X型(X表示额定推拉力的大小)。钻机主要功能是为钻杆提供足够大的扭矩和推拉力,以实现导向钻进和回拉扩孔铺管,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管道的前提,钻机锚固能力反映了钻机在钻进和回拖施工过程中利用本身功率的能力。一台钻机推力再大,如果钻机在定向钻进过程中发生移动,仍会导致钻机无法按预定的计划完成钻进工作。在回拖时,如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于机身
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