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如何解決水平定向鉆施工中的問題和關鍵技術

1、水平定向鉆穿越施工技術:

用水平定向鉆機進行管道穿越施工壹般分為兩個階段:第壹階段是按照設計曲線盡可能準確地鉆壹個導向孔;第二階段,擴導孔,將產品管道(壹般為PE管、光纜套管、鋼管)沿擴大的導孔拉回導孔內,完成管道穿越工作。

1.1鉆導孔:

根據穿越的地質條件,選擇合適的鉆頭和導向板或井下泥漿馬達,啟動泥漿泵對準穿透點鉆進,鉆頭在鉆機的推力下(或使用泥漿馬達帶)由鉆機帶動旋轉

移動鉆頭旋轉)切割地層,不斷前進。每鉆壹根鉆桿,都要測量鉆頭的實際位置,以便及時調整鉆頭的鉆進方向,確保完成的導孔曲線符合設計要求。

之後,鉆整個導向孔,直到鉆頭在預定位置出土。見圖1:鉆導向孔。

鉆機安裝在穿透點壹側,從穿透點沿設計路線鉆壹條從穿透點到開挖點的曲線,作為預擴孔和回拖管道的導向曲線。

1.2預擴孔和回拖產品管線:

壹般使用小型鉆機時,直徑大於200mm時需要進行預擴孔;使用大型鉆機時,當產品管線直徑大於Dn350mm時,需要進行預擴孔。預擴孔的直徑和頻率取決於具體的鉆機型號和地質條件。

回拖產品管線時,先將擴孔工具與管線連接,然後開始回拖作業,由鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉後退,進行擴孔和回拖。產品管道在回拖過程中不會因為膨脹而旋轉。

好的孔內充滿泥漿,產品管道懸掛在擴大的孔內,管壁和孔周邊用泥漿潤滑,既減少了阻力,又保護了管道防腐層,並由鉆機多次預鉆。

擴孔後,最終孔徑壹般比管徑大200mm,所以不會損傷防腐層。見圖2:預擴孔和圖3:拖回管道。

在導向孔鉆井階段,所鉆的孔通常小於回拖管道的直徑。為了使鉆孔達到回拖管道直徑的1.3 ~ 1.5倍,需要用擴孔器將導孔從開挖點到埋設點擴大到所需直徑。

地下孔預擴孔滿足回拖要求後,依次連接鉆桿、擴孔器、回拖接頭和安裝好的管道,在擴孔的同時將管道回拖至埋點。

2、水平定向鉆施工的特點:

2.1定向鉆穿越施工不妨礙交通,不破壞綠地和植被,不影響商店、醫院、學校和居民的正常生活和工作秩序,解決傳統開挖施工對居民生活的幹擾,對交通、環境和周邊建築基礎的破壞和不利影響。

2.2現代穿越設備穿越精度高,敷設方向和埋深容易調整,管道弧形敷設距離長,完全可以滿足埋深的設計要求,可以使管道繞過地下障礙物。

2.3城市管網的埋深壹般不超過三米。穿越河流時,埋深壹般在河床下9-18米。因此,采用水平定向鉆機過河,對周圍環境無影響,不破壞地貌和環境,符合環保要求。

2.4水平定向鉆機穿越施工時,沒有水上或水下作業,不會影響河流的航行,不會損壞河流兩岸的堤壩和河床結構,施工不受季節限制。具有工期短、人員少、成功率高、施工安全可靠的特點。

2.5與其他施工方式相比,出入速度快,施工場地可靈活調整,特別是在城市建設中,更能充分顯示其優勢,且建築面積小,工程造價低,施工速度快。

2.6大型河流穿越時,由於管道埋於地層以下9-18 mm,地層中氧氣等腐蝕性物質很少,起到天然防腐保溫的作用,能保證管道較長時間運行。

3.水平定向鉆機系統介紹;

各種規格的水平定向鉆機由鉆機系統、動力系統、定向控制系統、泥漿系統、鉆具和輔助機械組成。它們的結構和功能介紹如下:

3.1鉆機系統:是鉆井作業和通過設備進行拖航作業的主體,由主機和轉盤組成。主鉆機放置在鉆機框架上,完成鉆井作業和拖航作業。轉盤安裝在主機前端,與鉆桿連接,通過改變轉盤的轉速和扭矩,可以滿足不同作業狀態的要求。

3.2動力系統:由液壓動力源和發電機組成的動力源為鉆機系統提供高壓液壓油作為鉆機的動力,發電機為配套用電設備和施工現場照明提供動力。

3.3方向控制系統:方向控制系統是通過計算機監測和控制鉆頭在井下的具體位置和其他參數,引導鉆頭正確鉆進的定向工具。由於該系統的控制,鉆頭可以按照設計曲線鉆孔。目前常用的方向控制系統有兩種:便攜式無線和有線。

3.4泥漿系統:泥漿系統由泥漿混合攪拌罐、泥漿泵和泥漿管線組成,為鉆機系統提供適合鉆井條件的泥漿。

3.5鉆孔工具和輔助工具:鉆孔和擴孔所用的各種工具。鉆井工具主要包括適用於各種地質的鉆桿、鉆頭、泥漿馬達、擴孔器、切割刀等工具。輔助工具包括卡環、旋轉接頭和各種直徑的牽引頭。

穿越施工現場平面布置圖

1.進入點是定向鉆施工的主要場所,鉆機布置在這壹側,所以施工面積比較大。DD330鉆機最小面積為30×30M,但可以根據現場實際情況進行調整,DD60和DD-5的面積要小得多。

2.出土點壹側主要作為管道焊接場地,出土點應使用20×20M場地進行預擴孔、回拖、連接鉆桿和安裝其他設備;開挖點後有壹個與穿越長度相同的管道焊接作業區。

交叉示例

大沽沙穿越鉆機現場布置圖

在1998年9月至10年9月期間,我公司僅用45天就完成了2條φ 219× 8和1條φ 426× 9管道的穿越,長度為960米。

大沽沙穿越焊接現場(僅顯示兩條管道)

水平定向鉆穿越施工工藝流程圖

利用水平定向鉆技術穿越河流等障礙物的施工方法已在世界範圍內得到廣泛應用。水平定向鉆穿越承包商協會認為,在工程項目投標過程中,采用水平定向鉆。

承包商應盡可能多地獲取相關信息,以做出完整的、有競爭力的報價,承包商應在開工前獲取以下信息,以確保未來工作的順利進行,並在此條件下完成工程。

目的施工,同時施工前充分的信息可以保證施工過程更加安全,減少對周圍環境的破壞,使工程順利進行。

壹.概述

壹、開發和使用

水平定向鉆井技術最早出現於20世紀70年代,是傳統公路鉆井和油田定向鉆井技術的結合。目前已成為壹種流行的施工方法,可用於輸送石油、天然氣、石化產品,

水、汙水等物質和電力、光纜各種管道的建設,不僅用於穿越河流、水道,還廣泛應用於公路、鐵路、機場、沿海、海島和有建築物、管道密集的地區。

等等。

b、技術限制

定向鉆施工技術最早應用於美國沿海地區的沖積層穿越,現已能在粗砂、卵石、冰磧、巖石區等復雜地質條件下展開穿越施工。最長的跨越施工達到6000英尺,管道直徑為18英寸。

C.優勢

事實證明,水平定向鉆穿越是對環境影響最小的施工方法。這項技術還可以為管道提供最大的保護層,相應地降低維護成本。同時不會影響河道運輸,縮短工期,被證明是目前效率最高、成本最低的穿越施工方法。

d、施工流程和技術

1.導向孔(Pilot hole):導向孔(pilot hole)是在水平方向上以預定角度沿預定截面鉆出的孔,包括直對角線和大半徑弧線。鉆導向孔時,承包商可以選擇和使用更大的直徑。

鉆桿(即沖洗管)用於保護導向鉆桿。沖洗管可以起到類似於導管的作用,並且它還可以便於取出導向鉆桿和更換鉆頭。導向孔的方向由位於鉆頭後端的鉆桿控制。

控制器(稱為曲殼)完成。鉆井過程中,鉆桿不旋轉。當需要改變方向時,如果將彎曲殼定位在右側,則鉆孔路徑會沿平滑曲線向右前進。鉆孔曲線是通過將其放置在鉆頭的後端來鉆孔的。

桿內的電子測向儀進行測量,並將測量結果傳送給地面的接收器。經過處理和計算,這些數據以數字形式顯示在顯示屏上。該電子裝置主要用於監測鉆桿和地球磁場。

場關系和傾角(鉆頭在地下的三維坐標),將實測數據與設計數據進行對比,從而確定鉆頭實際位置與設計位置的偏差,將偏差值控制在允許範圍內。

這樣,直到鉆頭按照預定的導孔曲線在預定的位置出土。

2.預擴孔:

導向孔完成後,該孔應擴大到合適的直徑,以便於成品管道的安裝。這壹過程稱為預鉸孔(鉸孔次數根據最終孔尺寸確定)。例如,如果需要安裝36英寸的管道,則鉆孔。

該孔必須擴大到48英寸或更大。通常是將擴孔器連接在鉆機對面的鉆桿上,然後鉆機旋轉將其拉回導向孔內,擴大導向孔。同時向孔內泵入大量泥漿,保證鉆進。

井眼完整無坍塌,並將切屑帶回地面。

3.回拖管線:預擴孔完成後,可將成品管線拖入鉆孔。管道的預制應在鉆機的另壹側完成。擴孔器的壹端連接到鉆桿,另壹端通過旋轉接頭連接到成品管線。旋轉接頭

成品管可防止隨擴孔器旋轉,以確保其能順利拖入鉆孔。回拖由鉆機完成,這個過程也需要大量的泥漿配合。回拖過程應持續到擴孔器和成品管自鉆孔。

飛機的壹側沖破地面。

二、網站布局與設計

壹、道路

工地兩邊都需要重型設備。為降低成本,通往兩側施工場地的道路盡量利用現有道路,以減少新建道路的距離,或利用管線的施工便道。所有相關的道路使用權協議應由業主提供。在投標階段討論這些問題為時已晚。

B.工作場所

1.鉆機的壹側-鉆機施工現場的面積至少應為30米(100英尺)寬,45米(150英尺)長。該區域應至少在從入口點開始的指定區域內。

3米(10英尺)。同時,由於鉆機的許多配套設備或附件沒有指定的存放地點,鉆機壹側的施工場地可以由許多不規則的小塊組成,以節省占地面積,使場地盡可能大。

應平整、堅硬、清潔,以便於施工。由於穿越施工時需要大量的新鮮水來攪拌泥漿,因此施工場地應盡可能靠近水源或方便連接自來水管道的地方。

2、管道的壹側——為了便於成品管道的預制,管道的壹側要有足夠長度的施工場地,這也是需要重點考慮的。場地的寬度應滿足管道施工的需要(壹般

12-18m)。同樣,挖掘現場壹側需要壹個寬30米(100英尺)、長45米(150英尺)的施工現場。總長度以能夠放置預制管道為準。

地面總長度壹般為穿越管道長度加30米。)回拖前,管道應進行預制,包括焊接、通球、試壓和防腐。在回拖過程中,管道不能再連接。

由於拖拉過程是連續的,如果此時連接管道,很可能會造成地下孔洞坍塌,整個工程建設失敗。

c、施工現場調查

壹旦確定了建設地點,就要對相應的區域進行勘測,並繪制詳細準確的地質地貌圖。最終施工精度取決於本次測量結果的精度。

d、施工設計參數

1.覆蓋層厚度-需要考慮的因素包括穿越河流的水流特性、季節性洪水的沖刷深度、未來河流的加寬和加深、現有管道和電纜的位置等。壹旦確定了施工地點,

地質調查完成後,將確定穿越層的厚度。壹般來說,覆蓋層至少應有6米(20英尺)厚。以上僅針對渡河,其他障礙穿越還會有其他。

請求。

2.鉆孔角度和曲率半徑-在大多數交叉結構中,貫入角度通常選擇在8-12度之間。在大多數施工中,應先鉆壹條斜直線,然後鉆壹條大半徑曲線。

速率半徑由成品管道的彎曲特性決定,並隨著直徑的增加而增加。鋼制管道曲率半徑的經驗法則是100FT/IN(壹般是管道直徑的1000-1200倍)。傾斜的直線將引導。

孔曲線按照預定的走向引導到設計深度,然後在這個深度壹條很長的水平直線,然後到達向上的彎曲點,然後到達挖掘點。開挖角度應控制在5-12度之間,以便

拖回已完成的管道。

e、鉆孔施工

所有測向控向工具包括井下測量電子設備和地面接收設備,可以測量鉆頭的磁方位角(用於左/右控制)和傾角(用於上/下控制)以及鉆頭的鉆進方向。

1.準確性:穿越施工的準確性很大程度上取決於磁場的變化。比如大型鋼結構(橋梁、樁基等管道)、電力線等都會影響磁場的讀取。導向孔穿越開挖點的目標偏差值應控制在從左至右3米(10英尺),長度為-3米至10米(-65438)。

2.竣工圖:壹般來說,鉆導孔時,應每根鉆桿或每9米(30英尺)測量和計算壹次導孔的測量和控制。承包商應提供帶有上述測量和計算的導向孔施工圖紙。陀螺儀、探地雷達和智能清管球等替代方法也用於定位。

第三,地質調查

壹、勘探孔的數量

勘探孔的數量取決於擬建穿越場地的地層條件和穿越長度。如果穿越長度為300米(1000英尺),則在兩側每個穿越點鉆壹個鉆孔就足夠了。如果鉆探結果顯示穿越長度為300米(1000英尺),

如果該地區的地質條件相對簡單,則無需進壹步鉆探取樣。如果勘探報告顯示該地區的地質條件復雜,或發現巖石或粗砂層,則需要進壹步的詳細資料。

地質調查。長距離大直徑穿越施工中,若出現粗砂、卵石、風化巖或硬巖,每隔180m-240m (600 - 800FT)取樣壹次,若有明顯跡象,見下表。

明代的地質結構極其復雜,需要鉆更多的地質勘探孔進行更多的取樣工作。所有取樣勘探孔應沿穿越斷面方向,取樣深度以計劃穿越深度為準。如有可能,應進行取樣勘探。

最好選擇在中心線壹側大約8米(25英尺)的地方。勘探任務完成後,必須封閉勘探孔,防止施工中漏漿。

b、探測孔深度

所有勘探孔的深度至少應為交叉點以下12m (40FT)或預定穿越深度以下6m (20FT),以較大者為準。有時交叉深度設置得更深或實際交叉。

曲線比設計位置深,對承包商和業主都有利。關鍵是穿越位置要選在地層結構壹致的地層中,有利於穿越成功。

c、土壤的標準分類

合格的地質學家或地質學家應能夠根據統壹土壤分類系統或ASTM設計書D-2487和D2488對材料進行分類。他可以讓現場技術人員或鉆井公司提交壹份副本。

提供的野外鉆探記錄將對今後的施工非常有益。該記錄將包括材料的視覺分類以及鉆井公司根據取樣結果對地層結構的解釋和評價。

d、標準穿刺試驗

標準貫入試驗為了更好地確定顆粒材料的密度,地質工程師通常根據ASTM規範D1586進行標準貫入試驗SPT。這是壹種現場試驗方法,用標準重量的重錘來舀。

將V型取樣器打入土層壹定深度,記錄其進入12英寸深度時的擊數。獲得的數據是標準抗穿刺值,可用於估計試驗場地中非聚合土壤的相對密度。壹些鉆井公司也使用它。

我公司將選擇在粘結土或巖石地區的小範圍內進行該試驗,以確認密實土壤的壹致性和巖石的硬度。

e、取芯取樣方法

大多數地質勘探公司更喜歡使用取芯取樣器來獲取地下巖心樣本。這些測試通常根據ASTM規範D-1587進行。除了取樣器是壹個薄壁,有壹個鋒利的切割邊緣,由液壓驅動,沒有。

除了鋼瓶之外,這種試驗和上面提到的標準穿刺試驗類似。所需的液壓值可在現場記錄中找到。這種方法可以獲得相對完整的樣品,用於更詳細的實驗室分析。樣品可以在野外找到。

用手持穿刺儀進行野分析。對於定向穿越,上述切割勺取樣器通常可以滿足施工需要。

粒度分析

用篩子分析樣品的粒徑是最重要的實驗之壹,它是對施工現場用切勺取樣器獲得的顆粒材料進行的力學試驗。這些樣品被送到實驗室,通過壹系列篩子後,根據它們的粒徑和重量,得到不同粒徑的百分比。

g、巖石條件

如果在土壤調查中發現有巖層存在,需要確定巖層類型、相對硬度和無側限抗壓強度,並由專業勘探公司使用金剛石鉆頭取芯筒取樣。典型的巖心樣本直徑為

50毫米(2英寸)。地質專家根據巖心與總取芯長度的關系對巖石類型進行分類。通過將巖石與十種已知硬度的材料進行比較,就可以知道巖石的硬度。抗壓強度沒問題。

測量巖心,然後通過壓縮實驗獲得。這些數據屬於巖石的物理參數,從而確定使用什麽類型的穿越設備和鉆頭,也可以估算出穿越進尺。

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