云南安通丽江燃气顶管定向钻方案

1丽江市城市燃气综合利用项目一期工程管道非开挖穿越工程顶管定向钻施工方案编制人：赖海荣审核人：孙荣松批准人：左洪茂编制日期：2015年1月6日中国石油天然气管道工程有限公司珠海分公司江苏扬安集团有限公司2一、编制说明本施工组织设计在结合本公司同类工程施工经验的基础上编制，对本项目的整个施工过程从技术管理、物资管理、人员组织、工程进度及质量控制、文明施工、安全措施等方面进行精心安排和策划。二、编制依据2.1工程设计文件、实际施工场地情况、甲方提供地勘资料。2.2本公司科学管理制度和本公司体系文件等。2.3《地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规程》。3三、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，一般分为二个阶段：第一阶段是按照工程设计图的设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。3.1钻导向孔:根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。3.2预扩孔和回拖产品管线：一般情况下，使用小型钻机时，直经大于DN200毫米时，就要进行扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于DN350毫米时,就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。本工程所使用材料为PE管。回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管壁，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大1.5倍，所以不会损伤管材。在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。四、水平定向钻施工的特点：4.1定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响单位和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、单位的干扰，4和对交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。4.2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。4.3城市管网埋深一般达到3-6米及以下，穿越河流时，一般埋深在河床下9—18米，所以采用水平定向钻机穿越，对周围环境没有影响，不破坏地貌和环境，适应环保的各项要求。4.4采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。4.5与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低，施工速度快。4.6大型河流穿越时，由于管线埋在地层以下9—18mm，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，所以起到自然防腐和保温的功用，可以保证管线运行时间更长。五、水平定向钻机系统简介：各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成，它们的结构及功能介绍如下：5.1钻机系统：是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，它由钻机主机、转盘等组成，钻机主机放置在钻机架上，用以完成钻进作业和回拖作业。转盘装在钻机主机前端，连接钻杆，并通过改变转盘转向和输出转速及扭矩大小，达到不同作业状态的要求。5.2动力系统：由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力，发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。5.3控向系统：控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的具体位置和其它参数，引导钻头正确钻进的方向性工具，由于有该系统的控制，钻头才能按设计曲线钻进，现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。5.4泥浆系统：泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。5.5钻具及辅助机具：是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。钻具5主要有适合各种地质的钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等机具。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。六、施工过程和技术：6.1导向孔：导向孔是在水平方向按预定角度并沿预定截面钻进的孔，包括一段直斜线和一段大半径弧线。在钻导向孔的同时，也许会选择并使用更大口径的钻杆（即冲洗管）来屏蔽导向钻杆。冲洗管可以起到类似导管的作用，还可以方便导向钻杆的抽回和更换钻头等工作。导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器（称为弯外壳）完成。钻进过程中钻杆是不做旋转的，需要变换方向时若将弯外壳向右定位，钻进路线即向右沿平滑曲线前进。钻孔曲线由放置在钻头后端钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量结果传导到地面的接收仪，这些数据经过处理和计算后，以数字的形式显示在显示屏上，该电子装置主要用来监测钻杆与地球磁场的关系和倾角（钻头在地下的三维坐标），将测量到的数据与设计的数据进行对比，以便确定钻头实际位置与设计位置的偏差，并将偏差值控制在允许的范围之内，如此循环直到钻头按预定的导向孔曲线在预定位置出土。6.2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，（依最终成孔尺寸决定扩孔次数）。例如，如需安装36英寸管线，钻孔必须扩大到48英寸或更大。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。6.3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。七、现场布局和设计：7.1道路：施工现场两侧都需要重型设备，为缩减成本，通往两侧施工现场的道路应尽可能利用现有道路以减少新修道路距离，或利用管道线路的施工便道，所有相关道路使用权的协议都应由业主提供。7.2工作场地：67.2.1、钻机一侧——钻机施工场地至少需要15米宽，长20米的面积，该面积从入土点算起。同时由于许多钻机配套的设备或配件没有规定的存放地点，所以钻机一侧施工现场可由许多不规则的小块组成，以便节省占地面积，现场尽量要平整，坚硬，清洁，以便有利于进行施工。由于穿越施工时需要大量的淡水供搅拌泥浆用，所以施工现场要尽量靠近水源或便于连接自来水管道的地方。5.2.2、管道一侧----为便于预制成品管道，管道一侧要有足够长度的施工现场，这也是要重点考虑的事情。现场宽度应满足管道施工的需要，同样在出土点一侧也需要足够的施工现场，总长度以能够摆放下所预制的管道为准（场地的总长度一般为穿越管道长度再加上30米）。在回拖前，要将管道预制完成，包括焊接，试压等工序，在回拖过程中，不能再进行管道的连接工作，因为回拖过程是要连续进行的，若此时进行管道连接将可能造成地下孔洞的塌方，极可能造成整个工程施工的失败。7.3施工现场勘察：一旦施工地点确定，及时对相应区域进行勘测并绘制详细准确的地质地貌图纸。最终施工的精度取决于这一勘测结果的精度。7.4施工设计参数：7.4.1、覆盖层厚度----考虑的因素包括所穿越地点特征、未来场所的加宽和加深、现有管道和电缆的位置等因素，覆盖层应至少是3-6米厚。对于穿越其它障碍物的会有另外的要求。7.4.2、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1--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。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。出土角应控制好，以便于成品管道的回拖。7.5钻孔施工：所有的测向控向工具都包括地下测量电子设备和地面接收设备，可以测得钻头所在位置的磁方位角（用于左/右控制）和倾斜角（上/下控制）以及钻头的钻进方向。7.5.1、精度：穿越施工精度很大程度上取决于磁场的变化。例如，大型钢结构（桥梁，桩基，其它管道）和电力线路会影响磁场读数。而穿越出土点的导向孔目标偏差值应控制在左右3米，长度3米～10米的范围内。77.5.2、完工图纸：一般来说，导向孔的测量和控制应在钻导向孔时每钻进一根钻杆或隔9米测量计算一次。八、地质调查：8.1探孔数量探孔数量取决于计划穿越地点的地层情况及穿越长度。如果穿越长度为400米左右，在两侧的穿越工地各钻一个钻孔就足够了，如果钻孔结果表明该地区地质状况比较单一，就不必进行进一步的钻探取样。如果勘探报告表明该地区地质条件比较复杂，或者发现有岩石或有粗沙层存在，这时就需要做进一步的详细的地质调查。长距离大口径穿越施工时，如出现粗砂，卵石，风化岩或硬岩应每隔200米取样一次，若有明显迹象表明地质结构异常复杂，这时就需要打更多的地质探孔进行更多的采样工作。所有采样探孔都应沿穿越断面方向，采样深度以计划的穿越深度为准。如有可能，取样探孔最好选在穿越中线一侧约8米处。当甲方勘探任务完成后，探孔必须封好以防止在施工过程中的泥浆泄漏。8.2探孔深度所有的探孔深度都应至少达到穿越点以下12米或预定的穿越深度以下6米，两者之中取其大者。有时将穿越深度定的深一些或实际穿越曲线比设计的位置深一些，无论对施工方还是对业主来说都是很有益的，关键是穿越位置要选在地层结构一致的利于成孔的地层中进行，这样才利于穿越的成功。九、人机配备：主要劳动力配备计划工种级别人数备注项目经理高级工1钻机操作人员高级工1预备1人导向操作人员高级工1预备1人辅助操作人员中级工5预备2人材料保管人员初级工1主要施工机具配备计划序号设备名称型号规格数量国别产地制造年份81定向钻机40T1套中国20122水泵5KW2台上海20103电焊机2501台成都20104汽油发电机5KW2台上海20115工程车2台十、规范要求：非开挖工程施工必须符合《地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规程》的要求。十一、质量保证措施：标准坚持“科学组织，精心施工，信守合同，质量第一”的质量方针并根据本工程质量管理的特点，制定完善的工程质量管理制度，建立有效的质量保证体系，从保证质量的组织措施，管理措施和控制措施三方面严格入手，在单位工程的分部分项施工工序技术上严格把关，以达到工程质量创优规划及目标的实现。11.1质量保证体系11.1.1、保证质量的组织措施①建立工程质量保证体系。②建立严密的组织体系项目部经理主抓工程安全、质量管理，内部由质检工程师与各分项工程项目负责人及技术质量主管、工序自检检验员共同构成一个严密的树状质量自保体系，负责全面质量控制和改进，外部依靠具有相应资质的检测试验机构对原材料和半成品的检验和送验，在监理工程师的严格监理和热情指导及抽检下，在设计单位的经常细致的监督抽查下，一定能够确保工程质量。③严格检查验收制度，对于隐蔽工程和指定项目，未经监理工程师签证不得施工。同时，建立内部验收签证制度。对于重点工程子项及其关键工序，需经专职质检工程师验收和签证方可进行下道工序施工。④坚持工程自检制度，规范