水平定向钻进管线铺设工程]

1一、工程概况工程名称：光机电变电站10kV分倒路工程工程地点：通州区建设规模：12孔Ф150MPP管+2孔Ф100MPP管872.2米。施工方法：采用非开挖定向钻进技术铺设。场地地质条件及管线情况：1、地形地貌场地地形比较平坦，施工区域空间比较宽敞。2、地层情况0—1.0米为杂填土、1.0—3.0米为粘土、3—5米为粉质粘土。3、地下管线情况根据甲方提供资料及人工调查与咨询，施工区域内原有管线为：污水、中水、上水、电力电缆。二、编制依据：1．现场踏勘场地情况。2．工程设计图纸。3．国家和北京市有关电力管道施工规范、规定以及质量检验评定标准、技术要求。4．《水平定向钻进管线铺设工程技术规范》三、施工方案1、工艺原理导向钻进非开挖铺管技术是利用地表放置的钻机、随钻测量仪器以及有关钻具，沿欲铺设管线设计轨迹钻成一个先导孔，然后回拉扩孔，2将孔径扩大到铺管要求的口径，并将管线同步或分步拉入，以实现不开挖铺管的施工技术。该技术的关键部分是先导孔钻进技术，它是利用放置在钻头内部的探头发射信号，导向仪器可随时测出钻头位置、深度、顶角、工具面向角等参数，与钻机配合及时调整钻孔方向，实现有目标的引导式钻进，即导向钻进。导向钻进中采用了带斜面的非对称式钻头，当回转和给进同时进行时，钻孔呈直线延伸；当只给进不回转时，受斜面反力的作用，钻孔沿斜面法线的反方向延伸。因此，钻机操作人员可根据测出的钻机参数判断钻头位置与设计轨迹的偏差，并随时进行调整，确保钻孔沿设计轨迹前进。导向钻进非开挖铺管技术最显著的特点是铺管精度高、施工距离长，尤其是在城市管网极为复杂的地区，可精确控制要铺管线位置，可以避免损坏其它地下设施，同时也可以保直钻进铺设钢管，用于管棚支护水平降水等工程施工。2、机具与配套仪器导向钻进非开挖铺管施工用的钻具、仪器、设备主要有：导向钻具、钻杆、反向扩孔钻头、分动器、钻井液等等，其工作特性分述如下：（1）导向钻具导向钻具用来成孔和变向，成孔是以高压水射流和切削作用共同完成的，变向是由非对称钻头、钻机、仪器的相互配合来实现的。变向曲率的大小与地层、钻头斜面角度、给进力大小、高压射流流速、压力、钻杆柔性等有关，一般情况Ф50mm钻杆的最小曲率半径为30m，如果条件许可，尽可能增加曲率半径，使钻孔平缓，以便减少拉管阻力，降低孔内事故率。导向钻具是由切削斜掌和探头盒组成。切削斜掌上镶有硬质合金，3用于破碎土层，形成钻孔。探头盒用来放置探头，探头盒上开有信号发射窗口，并用非金属材料密封，以防高压流体进入探头室。另外，探头盒具有一定的强度和输送高压流体的通道。（2）钻杆。钻杆是导向钻进铺管技术的关键部分之一，它具有高强度、高弹性、耐高压等基本特性。在反向扩孔回拉工作管线时，钻杆承受较大的拉力和扭矩，同时钻杆是在弯曲和回转状态下工作，因此钻杆的材料选择、热处理工艺以及丝扣设计加工都要求比较严格，应具有高的抗疲劳强度。在导孔钻进中，钻孔可能是曲线或直线不断变化，因此钻杆应具有高的弹性和韧性。另外，钻杆也是输送高压流体的通道，因此钻杆连接部位必须具有可靠的密封性。（3）反向扩孔钻头反向扩孔钻头用来扩大导孔，便于拉管。不同地层及不同工作管径，应有不同结构形式的反扩钻头。例如用于含石块土层的流线型钻头具有如下特点：★反螺旋切削刃，导流效果好，便于排屑。★流线性锥面，回转阻力小，卡钻机会少。★流线性锥面可将砖块、石块之类硬物不经破碎压入周围土层。（4）分动器分动器放置在反扩钻头之后和将要拉入的工作管之前，可实现反扩钻头旋转，拉入的工作管不回转。（5）导向仪器导向仪器用来测量地下管线，控制钻孔方向，它由探头、接收器、同步显示器、发射机四部分组成。4（6）钻机我公司的导向钻进非开挖铺管的钻机为全液压动力头式钻机。型号动力头转速（rpm）回转扭矩（N.m）给进力（kN）回拉力（kN）动力头行程（m）入射角（度）ZT-250-10055001503003.58-20（7）钻井液钻井液是由水和膨润土（高质量粘土）级成的一种悬浮液。当需要时，也可以加入某些天然添加剂改善钻井液性能。其作用是：★通过喷射实现水力切削★为井底钻杆传递能量★润滑切削头并冲洗管柱★通过环状间隙把钻屑从孔中输送到地面★稳定钻孔，防止垮塌★形成泥皮以避免钻井液失水干膨润土粉的比重约为2.3克/升，加量6%溶液的PH值在8-9之间。在钻进过程中，应注意监控和维持诸如粘度、饱和度这些技术参数。当工程情况变化时，这些参数可以按需要进行调整。钻井液在专用的搅拌池中配制。从钻孔中返回的泥浆需要经泥浆清洁设备处理后，再送回泥浆池，与新鲜泥浆混合后再使用。钻屑对钻井液固含量的增加，应始终控制在30%以下，只有这样才能保证钻孔不被沉淀物堵塞。3、施工技术导向钻进非开挖铺设地下管线施工技术主要包括导向孔施工和扩孔及铺管施工技术，其中关键技术是导向孔的设计和施工，导向孔的设计5和施工受许多因素的制约，最主要的有施工现场地表和地下情况。地面情况包括地形、地貌以及，周围建筑物、道路、河流等，地下情况包括地下原有公用管线、地下水位、地层、土壤情况等。因此，在导向孔设计和施工之前必须有详细的现场勘察资料。导向钻进非开挖铺管工程施工主要过程为：勘察现场—导向孔轨迹设计—施工前准备—导向孔施工—反拉扩孔及铺管施工—竣工资料编写（1）现场勘察现场勘察资料一方面是导向孔轨迹设计的重要依据，另一方面也是决定施工难易程度、计算工程造价的基础。现场勘察包括地表测量和地下勘察两部分，勘察资料必须精确、可靠并将勘察结果反映在施工剖面图和平面图上。★地表测量地表测量主要是根据市政管理部门提供的审批路线，对管线工程周围地形进行测量，先按施工区域地形及路线范围初步定出钻孔中线和地表走向，测量中心线地面的标高或相对高度，根据要求的铺管深度初步确定导向孔造斜长度、入射点位置、铺管长度、下管位置。另外还应考虑施工用的钻机、泵站以及下管用吊车等设备放置操作所占用的场地和空间，测量河道周围地形地貌以及水流缓急情况，结果标注在施工平面图上。★地下勘察地下勘察包括地下原有管线及设备的勘查和土壤的勘查。1）地下原有管线及设施勘查对于穿越城市街道尤为重要。街道两侧地下往往有污水管、自来水管、高压电缆、通信电缆、热力管线等，有时纵横交错，有些地方甚至还有基础或人防工程等。6导向孔设计时都应避开这些设施，并保持距这些设施一定的安全距离。这些设施的位置和走向应标注在施工剖面图和平面图上。了解相关部门的管线档案资料、查找现场原有的井盖等标志、测量管线深度将有助于确定管线的准确位置。对于金属管线或电缆线可用管线仪对其进一步验证。2）土壤调查对于工程十分重要。对水平定向钻进穿越土壤的调查，包括调查钻进技术、土壤力学参数及对颗粒尺寸分布曲线的分析。土壤调查的目的是为了获得土层的全面的详细资料、不同土层之间的边界位置和特殊物理性能。所有的调查应遵循DIN18319规定。（2）导向孔轨迹的设计导向孔轨迹设计是在管线剖面图的基础上，设计出钻孔的最佳曲线。一般原则是离开现在管线越远越好，离开压力管线、电力管线、光缆越远越好；将钻机放置在有风险管线的一侧；钻孔曲线越简单越好；弧型部分曲率半径越大越好。下面介绍钻孔轨迹角度值的取得原则。入土角和出土角应分别在6°至15°之间（取决于欲铺设的工作管直径等）。所铺管的允许最小弯曲半径可以用下列公式计算。然而，为了易于铺管，最小弯曲半径应尽可能大。Rmin=206·DA·S/K(m)Rmin—最小弯曲半径（m）206—常数（Nm/mm2）DA—管子的外径（mm）7S—安全系数K—管子的屈服极限（N/mm2）入土点或出土点与欲穿越的最近障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）至少应为5m。与水体的最小距离至少应为5—6m，以保证不发生泥浆喷涌。出于钻进技术考虑，第一段和最后一段钻杆轨迹应是直线状的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这两段个别杆轨迹的长度各自至少应为5米。对入土点与出土点有高差的情况，应专门另作考虑。（3）施工前准备施工前准备包括施工组织和施工人员培训。施工组织设计的内容应包括工程概况、施工技术方案、施工进度计划和施工图说明、质量目标、安全措施、人员安排等等；施工导向孔是一项技术性很强的工作，施工前除对施工人员进行一般性技术培训外，最重要的是对司钻和使用导向仪的工作人员进行培训。为保证施工的顺利进行，安全知识也必须列为培训的一项重要内容。（4）现场准备与传统的铺管方法完全不同，水平定向钻进只需要很小的施工场地。场地大小取决于钻进长度、工作管直径和所钻地层情况。水平定向钻进穿越工程需要两个分离的工作场地：设备场地（钻机的工作区）和工作管场地（与设备场地相对的钻孔出土点工作区）。1）设备场地对于本穿越工程来说，设备的工作场地约为15×15m，但安装钻机的地基必须平整、坚实，必要时应用混凝土对钻机前支点处的地基进行加固。安装钻机时应保证钻机导轨中线和设计导向孔轨迹在同8一垂直面上，导轨和水平面夹角与设计的入射角一致，机上钻杆与地面交点在设计的入地点上。2）工作管场地管柱的工作场地一般应离出土点约10m左右，而宽度约为5—10m。在穿越工程设计时，应尽量设法将欲安装的管线做到以全长度一次拉入，并尽可能避免水平方向的弯曲。（5）导向孔施工导向孔轨迹是直线和曲线连接而成，钻具回转和给进同时进行时，钻头直线前进。当不回转只给进时，钻头沿斜掌面法线方向前进。由于钻头是靠土层对造斜面的反作用力而使钻孔变向，故地层愈硬，造斜效果愈好；地层愈软，造斜效果愈差；当钻头前方为空洞时，将不能造斜。另外，给进速度对造斜效果也有影响，斜掌面的大小也会影响造斜效果。导向钻进中应使钻孔实际轨迹尽可能接近设计轨迹。实钻中不可避免地会发生偏设计轨迹的情况，一般采用以深度控制为主，顶角控制为辅的方法来纠正钻孔偏差。以深度控制为主，就是当实际钻头浓度大于或小于该点设计深度时，不管钻头倾角如何时，进行造斜钻进，使深度偏差缩小。（6）反拉扩孔、铺管施工导孔完成后，取下导向钻头，接上反扩钻头、分动器即可进行回拉扩孔。扩孔时应视地层的不同选择不同类型的反扩钻头，同时根据地层情况，选择泥浆配方。一般情况下，地层粘质成份多，可用清水和刮刀钻头扩孔，自然造浆保持孔壁稳定。如果地层砂质成份含量高，必须选用优质泥浆，最好用钻井液和钻液宝进行处理，使泥浆达到一定粘度，低的失水量，同时能抑制地层土体的分散，保持孔壁稳定。根据铺管直9径的大小逐级进行扩孔。通常情况下，扩孔直径达到铺管直径的1.5倍即可拉管。在进行钻进作业的同时，在工作管场地（钻机的对面）对成品管、套管或管束进行焊接并测试。在接好的工作管前端焊接拉管头，然后通过旋转接头和扩孔器与保留在孔中的冲洗钻管连接。通过回转和向着钻机方向拉动冲洗钻管及扩孔器开始回拖，旋转接头使冲洗钻管转动而管柱不转动。四、拟投入的主要施工机械设备计划序号名称规格型号单位数量1钻机ZT-25台12钻杆Ф50根1003发电机台24柴油动力站台15扩孔器Ф160-1000组26导向仪雷迪386台17管线探测仪台18注浆机台1五、劳动力安排计划主要劳动力泥浆工机械工电工杂工数量2824六、确保安全生产文明施工组织措施1、过路保护措施施工完成后，为了防止公路塌方塌陷，在管道回拖后，采用专用的10注浆设备，向管道的缝隙注浆，以防止塌方，并延长管道使用寿命。2、安全生产1）成立由项目经理为组长的安全生产小组，负责施工现场的安全生产工作，现场配备专职的安全员。2）在开始工作前和施工期间，对参加施工的工地工作人员作简单的安全介绍，简介应包括：识别带电体和控制电路；当地应急设施的位置与通道；地下设施和高空设施的位置与类型；工地安全：警示标示，屏障，指挥人员的标牌，要求的个人保护装备及急救程序。3）现场人员之间必须有很好的联系，钻机操作人员、定位人员和管道一侧的人员应用双通道无线设备进行联系，共同完成钻进操作。在无线设备故障或不能使用前，手势信号应一致。当穿越或靠近危险设施时，不能只依靠定位仪，还应通过小心的手工挖掘使危险设施暴露出来。不要仅依靠以前其他人所做的地下物体的定位工作。4）工地工