水平定向钻.docx

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水平定向钻

水平定向钻穿越铺管技术

（“拖拉管或牵引管”）

一、适用范围及其优势

适用范围

（1）地质条件:

从理论上说,应该是除了流沙层以外的所有土质都能进行拖拉管施工。

但从实践来看，那些含有碎石、木桩的建筑回填土层也不适宜进行拖拉管施工。

因为旋转的偏向鸭嘴形钻头遇到硬物且没有打碎时，就会偏离方向；再则，松散的回填土层很难形成孔壁，容易塌方，导致标高失控。

（2）管材、管径、管长：

管材可采用钢管、PE管、HDPE管等。

管径在DN3000~DN1000范围内均可；管长应根据钻机的功率和管材的自重及施工工艺而定。

如孔扩得大一点，膨润土多一些，管子的孔中呈悬浮状，阻力就小，管长就相对长一些。

优势

（1）顺利穿越障碍。

采用“拖拉管”技术，可控制方向、避绕地下障碍物，河流、湖泊、公路、铁路、闹市区、建筑物等不再成为铺设管线的障碍。

（2）减少对已建基础设施的破坏且不影响城市交通。

水平定向钻机在路面下钻孔铺管，不需要破坏路面，使已建的街道免遭开膛破肚之苦。

也不影响河流航运或地面的交通秩序。

（3）加快施工进度。

采用“拖拉管”技术，钻杆自动装卸，效率更高、安全性更好，可以加快施工进度、缩短周期，管线埋藏越深，这种优势越明显。

（4）综合效益好。

避免了开挖时尘土飞扬、泥泞不堪的现象，其综合经济效益和社会效益高于开挖施工，是一种经济、高效、环保的施工方法。

二、工艺流程

水平定向钻穿越铺管技术的工艺流程为：

施工准备→打导向孔→扩孔、成孔→牵引管道→砌检查井→验收

1.准备工作

前期调查：

进场后调查施工范围内地下管线情况，摸查清楚后才能进行施工。

方位定位：

根据施工图纸，进行测量放样。

并根据施工范围的地质情况、埋深、管径确定管材和一次牵引的管道长度，并设计好钻杆轨迹。

2．打导向孔

首先将探测棒插入导向头内，导向头后端与钢管连接，然后用顶管机给钢管施加压力，推进导向头，将导向头打入地下；导向仪可随时接收导向头的方位与深度，顶管机可根据此信息及时旋转导向头，使导向头承时改变深度和方向，在地下形成一条直径为100mm的圆孔通道，孔道中心线即为所需敷设管道的中心线。

3．扩孔、成孔

在孔洞形成后，将导向头卸下，装上一钻头，钻头孔径比孔洞大1.5倍，然后将钻头往回拖拉至初始位置，卸下该钻头，换上更大的钻头，来回数次，直到符合回拖管道要求。

为了防止塌孔，在注射的水中加入外加剂，该外加剂有固化洞壁。

润滑钻杆等作用。

4．牵引管道

钻孔完成后，将管材按连接成需要长度，将管材两端封闭，一端与钻头相连，将其一次性拖入已形成的孔洞中，即完成整个埋管工序。

5．砌筑检查井

牵引管施工完成后需要进行检查井施工，在牵引管末端砌筑检查井。

6．验收

根据设计及验收规范进行闭水试验等验收工作。

三、管材的质量要求

管道生产厂在产品出厂前做严格的出厂试验，产品出厂附带质量保证书。

运输管时，应用带挡板的平台车辆，车辆应配备平坦无锐棱的档杆，运输时管材要固定，使管材和挡杆间尽量减少移动。

管材的选择

HDPE双壁缠绕管应符合以下要求：

1．抗外压能力强，能承受较大拉力的管材。

2．具有较好的柔韧性，能较好的适应沉降，从而提高管道的抗震能力。

3．单位重量轻。

在牵引过程中减少与孔壁的摩擦力，提高施工效率和节约成本。

四、管材的检验和堆放

管道安装安装前，建设单位、监理单位、施工单位应对施工管材和管材连接件的产品资料进行检查验收。

其产品质量应满足本工程的质量要求。

其管材资料验收项目如下：

1．管材及连接管件的检验报告和产品质量保证书。

2．要求厂商提供与产品有关的技术文件，其中包括连接管件的设计长度、厚度、截面尺寸、连接要求等。

3．检验管材的产品合格标志。

4．连接管件的检验报告和产品保证文件。

5．管材应水平堆放平整的地面上，不得不规则堆放，也不得暴晒。

管件凡能立放的，应逐层码放整齐；不能立和的管件，应顺向或使其承口插口相对地整齐排列。

6．管材进场后，堆放在现场附近，设专人看护。

并设置产品标识。

五、施工方法

1.钻杆轨迹设计

根据地层勘察资料设计钻杆的钻进轨迹。

轨迹包括两个部分：

造斜段和铺设段。

造斜段距离L：

L=[h（2R-h）]0.5

式中：

h-埋深，R-造斜段曲率半径

钻杆入射角a：

A=0.5tg-1{h（2R-h）0.5/h}

式中各字母意义同上式

2．工作坑施工方案

工作坑包括入口工作坑和出口工作坑，均采用机械挖掘。

施工顺序为：

挖土→清运余土→工作坑围蔽。

入口工作坑是为了检测钻杆的钻进角度和旋转扭动等工作状态而设的工作坑。

在钻机前面6~10M处挖掘，尺寸为1.5*6M，挖深由地面渐变到深4.5M。

出口工作坑是回拖时提供排水管入洞工作坑，出口工作坑尺寸和施工方法与入口工作坑相同。

3．钻进技术方案

导向钻机的主要部件为：

轮式钻机、操作系统、动力站、液压系统、钻头、钻杆等，对照安装使用规范进行安装。

钻机运到现场必须先锚固稳定，钻机如果锚固不稳，将会发生功率损失或者功率作用在机器身上，造成机器和人的伤害。

钻机是依靠地锚座和后支承与地基固定的，安放钻机前应先平整场地，根据预先设计的钻机倾斜角度进行调整，依靠钻机动力将锚杆打入土中，使后支承和前底座锚与地层固结稳定。

导向钻进原理：

钻机的钻头的一侧为斜面的鸭舌形状，钻头通入高压水射流切割土体，若钻头旋转和加压钻进同时进行，由于四周受力方向均一，钻头呈直线钻进；若只加压钻进而钻头不旋转，由于受到斜面的反作用力，钻头则朝斜面法线反方向钻进，实现造斜钻进。

钻杆轨迹的第一段是造斜段，控制钻杆的入射角度和钻头斜面贩方向，缓慢给进而不旋转钻头，就能使钻头按设计的造斜段钻进。

钻头到达造斜段完成处，接下来的是排水管流水段的钻进。

旋转钻头，并提供给进力，钻头就能沿水平直线钻进，由于在钻头位置安装了最先进的探测器，在钻进过程中通过地面精密接收仪器数据调整钻头角度，使得钻进按照流水线标高路线前进。

到达出口工作坑，完成钻孔工序。

钻进操作

1．检查钻机的测量仪器的电源是否充足，不足的更换电池，特别是探头电池更不可马虎。

2．按照测量仪器使用规范操纵仪器。

3．探头装进探头盒内，打开接收机和同步显示器，转动探头盒检查仪器是否正常。

4．把探头盒与钻头接好并连接在钻杆上，开机输送钻进液，检查钻头喷嘴是否通畅。

5．启动机器进行造斜和水平导向钻进。

钻进操作需要注意的事项：

1．钻杆的上、下接头对正，边缓慢给进动力边慢转上扣，不得拧得过紧。

2．不允许使用弯曲和有伤的钻杆。

3．钻进速度不宜过快，应根据地层条件合理调定给进力。

4．造斜顶进时，每次顶进进尺控制在0.5m左右为好，曲线要缓。

5．钻杆内不得进脏物，以免堵塞钻头喷嘴。

6．当机油压力报警指示灯亮时，说明油压不正常，要进行检查。

7．当机油堵塞报警指示灯亮时，要更换机油滤心。

8．改变水泵排量时，先摘开离合器，不得带速换档。

9．当水泵较长时间不工作的情况下，应将其变速箱挂空档，后合上离合器，以保持离合器操纵系统中的分离轴承。

10．按规范开动钻机后，不允许马上用全负荷钻进，必须先进行试运转，确定各部分运转正常后，方可开始钻进。

钻头位置监测

钻机随机配有一手提式地表导航仪，用以确定钻头在地底的位置，监测钻头是否偏离设计轨迹。

在造斜段，钻头每钻进10cm就测一次钻头的位置，在平铺段每隔20cm就监测一次。

如果发现偏离轨道，就通过调整钻头斜面的方向，进行纠偏。

但纠偏不能太急，因为钻杆毕竟具有一定的刚度。

应该在几根钻杆内完成纠偏，不能在一根钻杆内完成纠偏，同时也要注意不要纠偏过度。

回拉扩孔

扩孔器尺寸为铺设管径的1.2-1.5倍

钻头到达出口工作坑，钻进工作完成，但是孔径还没有达到铺设要求。

本工程拟多次扩径，第一次扩孔为200mm，第二次扩孔为400mm，如此类推，扩孔到设计要求。

具体操作为：

卸下钻头，在钻杆尾端连接孔径200mm的回扩头，回扩头后面再连接钻杆，开动钻机旋转、回拉扩头进行扩径。

回拉过程中必须不断加接钻杆，始终保持钻杆不能没入孔洞。

扩头回拉到达接驳坑，在接驳坑卸下200mm的回扩头，再在出口工作坑的钻杆尾端接上400mm的回扩头，如此扩孔到设计要求。

注浆和泥浆的处理

在钻杆回拉扩径的过程中，必须通过钻杆注入膨润土浆，以减少摩擦，降低回转扭矩和回拉阻力，同时膨润土浆还有固壁防止孔洞塌土、冷却钻头的作用。

更重要的是通过旋转回扩头切削下来的泥土，会溶融在膨润土浆里，形成泥浆，流到出口工作坑的集浆坑里。

集浆坑里放设泥浆泵，把泥浆抽到泥浆池。

钻液的配置

钻液具有冷却钻头，润滑钻具，更重要的是可以县浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。

残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。

泥浆俗称钻孔施工的“血液”，有许多失败的工程，都是因为泥浆质量太差或泥浆性能不符合当时的地质条件造成的，所以钻液的好与坏对于拉管施工的成败起到了极关键的作用。

泥浆的含砂量越小越好（一般不大于2%），PH值一般在8-9。

泥浆配置过程中，先加水，再加膨润土，后加固体或粉末化学添加剂，最后加入液体的化学添加剂或聚合物，绝对不可颠倒次序，完全搅拌好之后才能使用。

钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。

为改善泥浆性能，有时要加入适量化学处理剂。

烧碱（或纯碱）可增粘、增静切力、调节PH值，投入烧碱量一般为膨润土量的2%。

管道连接

热收缩带连接

1．连接时将两根管子调整到一定高度后保持水平状。

2．用碎布将管子接口处的泥土、水分等抹干净，并用火焰喷一下管子的接口部位，将残余水份烘干。

3．将第一块热收缩带（PE材料）内层的塑料薄膜撕掉，然后把热收缩带的中心放在连接部位中央，认真贴紧。

4．火焰稍微烘烧一下热收缩带，尽量使热收缩带与管材完全粘合。

5．将第二块热收缩带内层的塑料薄膜撕掉后，包在第一块热收缩带上（仍需要居中对准），并用卡销固定收热收缩带。

6．用紧固带扣紧后，用火焰喷烧热收缩带，使之与管材完全粘合，焊接完成。

热熔连接：

1．热熔连接前、后连接工具加热面上的无污物应用洁净棉布擦净。

2．热熔连接加热时间和加热温度应符合热熔连接工具生产厂和管材、管件生产厂的规定。

3．热熔连接保压冷却时间，不得移动连接件或连接件上不得施加任何外力。

4．管道连接前，管材固定在机架上，取铣刀，闭合卡具，对管子的端面进行铣削，当形成连续切削时，退出卡具，检查管子两端的间隙（不得大于3mm）。

电熔连接面应清洁干净，刮去表面皮。

5．热熔对接连接，两管段应各伸出卡具一定的自由长度，校对连接件，使其在同一轴线上，错边不宜大于壁厚的10%。

6．加热板温度适宜（220+10℃）,当指示灯亮时，最好在等10分钟使用，以使整个加热板温度均匀。

7．温度适宜的加热板置于机架上，闭合卡具，并设系统的压力。

达到吸热时间后，迅速打开卡具，取下加热板。

应避免与熔融的端面发生碰撞。

8．迅速闭合卡具，并在规定时间内，匀速地将压力调节到工作压力，同时按下冷却时间按钮。

达到冷却时间后，在按一次冷却时间按钮，将压力降为零，打开卡具，取下焊好的管子。

9．卸管前一定要将压力降至零，若移动焊机，应拆下液压软管，并做好接头防尘工作。

10．合格的焊缝应有两翻边，焊道翻卷的管外圆周上，两翻边的形状、大小均匀一致，无气孔、鼓泡和裂纹，两翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。

11．管道连接时，施工现场条件允许时，可在沟槽上进行焊接，管口应临时堵封。

在大风环境下操作，采取保护措施或调整施工工艺。

管道修补

1．管道敷设后，如受意外发生局部损坏，当损坏部位的长或宽不超过管周长的1/12时，采取修补措施。

处理如下：

2．管道外壁发生局部或较小部位裂缝或孔洞在0.02m以内时，先将管内水排除，用棉纱将损坏部位清理干净，然后用环已酮清理干净，刷耐水性能好的塑料粘合剂；再从相同管材相应的部位取下相似形状大小的板材，进行粘接，用土工布包裹固定，固化24小时后即可覆土。

3．管道外壁损坏部位呈现管壁破碎或长0.1m以内孔洞时，用刮刀将破碎的管壁或孔洞完全剔除，剔除部位周围0.05m以内用环已酮清理干净，刷耐水性能好的塑料粘合剂；再从相同管材相应部位取下相当损坏面积2倍的弧形板，内壁涂粘接剂扣贴在损坏部位，用铅丝包扎固定。

如管壁有肋，将损坏部位周围0.05m以内的肋去除，刮平不带肋迹，采取上述相同的方法补救。

管道与检查井的接口处理

HDPE双壁缠绕管与检查井的连接可采用中介层法。

即在管材与检查井壁相接部分的外表层预先用聚氯乙烯粘接剂、粗沙做成中介层，然后用水泥砂浆砌入检查井的井壁内。

中介层作法，先用毛刷或棉纱将管壁的外表面清理干净，然后均匀的涂一层聚氯乙烯粘接剂，紧接着在上面撒一层干糙的粗沙，固化10-20分钟，即形成表面粗糙中介层，中介层长度为0.24m。

检查井底板中砂垫层，应于管道基础垫层平缓顺接。

管道位于软地基或低洼、地下水位高的地段，检查井与管道的连接，宜采用长0.5~0.8m短管与检查井连接，后面接一根或多根长度不大于2.0m的短管。

然后再与上下游标准管长的管段连接。

检查井

检查井采用机械配合人工工挖孔护壁作业法进行砌筑。

放样放出检查井位置后，采用逆作法，开挖到管道位置后再进行砌井工序。

井壁和护壁之间空隙用水泥砂浆填补。

检查井施工工艺流程：

准备工作→开挖土方→砼浇注→砌筑检查井→浇注盖板及吊装→安装井盖及路面恢复

1.准备工作：

根据已完成顶管的轴线，在路面上定出井的位置及检查井施工所需的尺寸。

2．开挖土方：

开挖时，必须先开挖基坑中心范围，然后再对称挖掘周边泥土，最后进行护壁范围的泥土挖除及修整。

在挖土过程中，要注意及时抽水，以防基坑泡水。

挖土时，现场必须有专人负责观测土体、护壁的变化，以及地下水渗漏情况，发现异常立即组织疏散作业人员，并及时分析问题、处理问题。

当开挖到HDPE时，由于考虑到牵引过程中对土体产生扰动，则采用长1.0米，尾径不小于10cm木桩垂直四侧侧墙打入土体,进行加固，木桩间距为0.5米，成梅花桩分布。

3．HDPE双壁缠绕管伸入检查井内的部分，应剪切到与内壁齐平。

安全保护系统

由于施工中的地质情况复杂、距离较远等特点，在施工中必须设置必要的安全保护措施，主要有：

1．防触电报警系统，一旦地下钻头触及电缆等带电体后，钻机发出触电报警，此时操作手必须坐在座椅上不得离开，以免触电。

报警解除后，操作人员方可离开钻机。

2．远距离遥控紧急停机装置，随钻跟踪测量者应时刻保持与钻机操作手的联系，一旦发生意外应及时处置。

目前一般采用无线通信联络方式，有时由于受到当时当地环境的影响这种方式已不能应付紧急突发事件。

所以在施工中应由随钻跟踪者采用紧急措施停止钻机工作，待处理完后，由后者解除对钻机的限制后，方可启动钻机。