非开挖定向钻管道施工设计方案.docx
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非开挖定向钻管道施工设计方案
穿越施工法及案
穿越工程概述：
在管道施工过程中，遇到过路、过河、过铁路、高速公路等不能开挖地段均采用定向钻穿越施工，此施工法深受政府及广大市民欢迎。
该项技术是利用先进的钻掘设备配合先进的测量技术手段，在不对公路、铁路、河流等地表设施损害的情况下铺设、更换各种地下管道的施工技术。
国外称为Trenchlesstechnology或No-Dig（非开挖技术）。
它与传统的破路挖沟铺设管道施工法相比，具有不破坏道路结构，不干扰路面交通，无泥尘污染，不破坏环境，铺设管道导向定位精度高，工期短，成本低，施工安全性能好等优点。
目前该技术被广泛应用在电信、电力、燃气、油、自来水、热力、污水等地下管线铺设。
在国大中城市利用非开挖技术穿越公路、铁路、水渠、河流铺设管道已占60%左右。
在具体施工过程中，先进行穿越地段工程审批，地下管线会签，然后依据会签图纸进行地下管线勘察，确定交叉及平行管线位置，绘制施工平面图及剖面图制定施工案。
施工中钻机坐在地面，钻机30米前面开挖一定深度的作业坑称之为入土点。
钻机的钻杆与地面形成10-30度的夹角钻入地下，钻杆的前面安装一个专用导向钻头，此钻头装有一个信号发生器，用于发射信号。
地面的接收仪可以接收信号，并可以转换成钻头的深度、角度、向等数据显示出来。
通过各种数据利用钻头力学矢量和原理调整钻进深度、角度、向，到达作业坑使之达到水平或者一定角度并符合埋设管道深度的要求。
通过作业坑后保持一定角度钻进。
钻进曲线应满足钢管曲率半径要求。
在钻进过程中，通过钻头不断向导向注射化学泥浆，使之润滑和固壁，并且保护回拖管道外壁减少划伤。
在钻过路面、河流之后到达接收坑称之为出土点。
在接收坑卸掉钻头安装上回扩器进行逐级别扩，扩直径应大于管径的1.2—1.5倍。
道形成后，回扩器后安装一个回拖万向节，万向节与回拖管材之间采用卸扣联接。
在回拖过程中边旋转扩边回拖管线，回拖过程过回扩器不断向注射化学泥浆，使之润滑和固壁并保护管材减少磨损。
到达入土点作业坑后打开卸扣，回扩器拉到地面，穿越管线便埋入地下，此路段穿越完成。
1、工程概况
1.1概述
1.1.1工程名称：
双阳区供热管道定向钻穿越工程。
1.1.2建设地点：
双阳区西北部。
1.1.3建设规模：
定向钻穿越水平长度约为300m，管径为Φ426，采用聚氨酯保温防腐。
1.2施工概况
双阳区供热管道定向钻穿越工程入土点在岸，出土点在岸。
穿越平均水平长度为300m。
管道用管材为：
螺旋焊接钢管，管道规格为：
φ426。
根据现场情况考察，入土点位置在岸空地上，钻机和辅助设备场地需要征用30米×20米空地。
出土点在岸小区空地上，出土点作业场地征用30米×20米的空地。
出土点焊接作业带，焊接场地的作业带为350m×10m。
穿越入土角为10°，出土角为12°，穿越曲线曲率半径为512m，穿越最大深度为-12m（以入土点标高为基准）,河深4米。
穿越供热管道采用螺旋焊管，管道规格为Φ426，采用聚氨酯保温防腐。
1.3地形、地貌、地质
供热管道定向钻穿越工程位于双阳区西北部，穿越地段地形起伏较小，管道纵横交错，河面较宽，落差较大，地质较为复杂。
1、淤泥质粉土，褐黄色---灰色，混砂，饱和，结构松软，分布于河道围。
2、耕表土，褐色—褐黄色，稍湿，稍密—中密状态。
3、粉砂，褐色—褐黄色，湿—饱和，中密状态，混粉土。
4、细砂，黄褐色—灰褐色，饱和，中密状态，夹粉土薄层。
5、中砂，含砾（5-20%），灰色，饱和，中密—密实状态，上部局部为细砂夹层粉土，或为粉细纱透镜体，局部为砾砂，该层成分为英为主，磨圆度较好。
6、粉土，灰色，饱和，密实状态，局部为中密状态，夹薄层砂土或砂土互层。
分布不均匀。
7、粗砂，局部为砾砂及圆砾，灰色，饱和，夹粉细砂及粉土薄层，下部含卵（粒径20-60mm，含量10-30%mm），呈次圆一次菱角状。
8、粉土，局部为粉质粘土，呈硬塑—坚硬状态，灰色，湿—饱和，密实，局部混砂或与粉西砂互层。
该层厚度较大，为第三系泰康组，半成岩状态，未钻穿。
2、工程施工程序
3、钻机场地施工案
3.1钻机场地施工程序
3.1.1现场勘察：
根据施工图纸对穿越现场进行地下管线勘察，并且要进行管线会签，确保管线安全。
。
3.1.2测量放线：
根据设计交底（桩）与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。
3.1.3平整钻机场地：
钻机入场之前，对机位进行平整（15米X10米），保证地面不下沉，使钻机发挥出最大功率。
3.1.4地锚坑、作业坑开挖：
施工之前，对出土点入土点进行挖掘作业坑（5米X4米），为施工作好准备。
3.1.5现场围挡：
钻机入场之前，要对施工现场、作业坑围挡（20米X8米），保证封闭施工，确保施工安全。
3.1.6钻机及配套设备就位:
首先将钻机就位在穿越管线中心线位置上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。
施工用水取河水放入水罐，经沉淀后加入膨润土及必要的添加剂。
3.1.7测量控向参数：
按操作规程标定控向参数，个别穿越工程现场地形复杂，不利于测量，为保证数据准确，在管中心线的五个不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。
3.1.8泥浆配制：
按本次穿越泥浆工艺要求及地质情况编写配制案，确定正确的混合次序，按不同的地层配制出符合要求的泥浆。
3.1.9钻机试钻：
各系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕后试钻，钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。
3.1.10钻导向：
管线焊完成具备开钻条件后,按设计图纸钻导向,钻偏差符合设计要求。
控向对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地质资料和穿越导向的资料，确定控向案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向，钻导向要随时对照地质资料及仪表参数分析成情况，达到出土准确，成良好。
3.1.11预扩：
导向完成，钻头出土后及时拆卸，装上检查合格的扩器进行预扩，因穿越距离长径大，卸钻铤和钻头时，采用液压卸扣钳保证及时卸扣。
3.1.12扩、回拖：
导向经预扩，径达到管线回拖要求的条件，将检验合格的穿越管线放入发送沟并检查无误后回拖。
回拖前仔细检查扩器、旋转连接器、卸扣（旋转连接器的抗拉力为60T，封头及管道连接的焊缝均须进行无损检验，并确认无缺陷）连接，确认连接牢固可回拖，回拖中两岸要加强联系，协调配合将管线敷设到预定位置。
3.1.13。
工程结束后，钻机场地地貌恢复，设备转场。
联系建设单位、监理单位组织验收，按建设单位要求绘画竣工图纸。
3.2定向钻施工设备
3.2.1主要施工设备性能表
ZT—50型钻机
连续运行功率
178KW
旋转最大扭矩
18000N.m
最高转速
65--105rpm
入土角调节围
5—14度
出土角调节围
10—25度
最大推/拉力
55吨
行驶速度围
0－45.7m/min
钻机马达转数
0-90RPM
钻机外形尺寸
8900mmX2400mmX2500mm
穿越能力
Φ325/600m、Φ800/300m
钻机结构
整体履带式
钻机总重量
21T
泥浆泵最大流量
600升/分
液压钳最大上扣扭力
24000N。
M
液压钳最大卸扣扭力
24000N。
M
泥浆技术措施
3.2.7泥浆控制：
泥浆是定向穿越中的关键因素。
穿越过程中地层有：
淤泥质粉土、耕表土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、卵砾。
我们将针对不同的地层采用不同的泥浆，由于穿越地段地质情况比较复杂，对泥浆的要求比较高，为克服这种不利因素，我们将采取以下措施：
a.水源就近取用河水或井水，在水罐中沉淀、过滤后配浆。
b.按照事先确定好的泥浆配比用一级高效膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。
c.使用的泥浆添加剂有：
防塌剂、减粘剂和润滑剂等。
所加添加剂采用环保型添加剂，符合环保要求。
d.为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不改变的情况下，我们采取增加泥浆储存罐的数量，在一般工程中我们使用1个配浆罐和5个泥浆搅拌罐。
e.回流泥浆的处理：
钻机场地和管线组装场地各有一个作业坑返浆收集池，泥浆通过排浆池收集，经沉淀之后处理。
g.泥浆在各个阶段所起的作用如下：
（1）钻导向阶段要求尽可能将的泥沙携带出外，同时维持壁的稳定，减少推进阻力；
（2）预扩阶段要求泥浆具有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力；（3）扩回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻和扭矩；
*淤泥质粉土
地层较稳定，成性较好，岩屑易造浆、分散，防泥包掴是关键问题，解决了防泥包掴问题也就解决了流变性稳定问题。
尽量采用低粘土含量泥浆，控制适当低的粘度、切力，提高泥浆中的SDX大分子聚合物浓度，以提高泥浆抑制性防泥包；加入SDJ防漏失；同时，SDX和SDJ加入泥浆中后，还能降低摩阻以减少钻进扭矩及推进阻力，从而达到提高机械钻速目的。
施工时要求泥浆G1≥2Pa以利携渣，粘度在40～50s之间有利于提高泵排达到提高携渣效率的目的。
】
a.入泥浆配及泥浆性能
径
配
泥浆性能
ρg/cm3
FVS
PVmPa.s
YPPa
YP/PV
G1Pa
G2Pa
FLml
5"
4％土+0.1％SDX+0.1%SDJ
1.03
44~54
9
~14
5~8
0.5~0.60
2~4
5~9
≤15
室验证结果
1.03
48
12
6.5
0.54
2.5
6.5
12
b.配制工艺
（1）按标准配，先按地面容积预配10泥浆开钻，就近取淡水9，经化验后使用，加入钠土0.4吨，SDX40公斤，SDJ40公斤。
（2）处理剂加入案
尺寸（in）
泥浆排量（l/s）
处理剂加入速度（包/15min）
土粉
SDX
SDJ
5"
16
23
0.58
0.58
17
24
0.61
0.61
18
26
0.65
0.65
19
27
0.68
0.68
*耕表土
地层疏松，胶结差，成差或放置时间长容易塌。
钻中容易出现泥浆窜漏情况，施工中采用适当高的粘切，较低泥浆失水，致密泥饼，要求泥浆滤液粘度高，尽量减少泥浆滤液进入地层降低胶结力，进入浅层中的SDX和SDJ增强近井壁的胶接能力，增强地层强度，有效支撑壁，从而达到稳固壁的目的。
同时，具有封堵能力的SDJ进入地层后亦可有效的堵塞地层中的道，阻止泥浆窜入地层，从而避免因泥浆窜流掏空地层而造成的坍塌情况。
a.入泥浆配及泥浆性能
井径
配
泥浆性能
ρg/cm3
FVS
PVmPa.s
YPPa
YP/PV
G1Pa
G2Pa
FLml
5"
5％土+0.1％SDX+0.1%SDJ
1.03
54~70
12
~17
8~13
0.6~0.75
3~6
8~12
≤13
室验证结果
1.03
63
14
10
0.71
4.5
8.5
10.4
b.配制工艺
（1）按标准配，先按地面容积预配10泥浆开钻，取淡水9，经化验后使用，加入钠土0.5吨，SDX40公斤，SDJ40公斤。
（2）处理剂加入案
尺寸（in）
泥浆排量（l/s）
处理剂加入速度（包/15min）
土粉
SDX
SDJ
5"
16
29
0.58
0.58
17
31
0.61
0.61
18
32
0.65
0.65
19
34
0.68
0.68
*粉砂、细砂、中砂、粗砂含砾地层
浅层粘土层在沉积过程中形成的含砾（或结）地层易造成卡钻事故。
如果粘土层中含有少量的砾（或结），因粘土地层相对稳定，在钻中可通过控制钻进速度逐渐将砾挤入地层中，从而防止卡钻。
如果地层中出现大量的砾（或结），则需配合调整泥浆性能以保证道安全。
首先，需提高泥浆的粘切，特别是较高的初始切力，利用其优异的悬浮能力及“糊壁”能力减少砾层的崩塌速度，避免卡钻发生；其次，提高泥浆的粘土含量，利用大量粘土颗粒进入砾层间形成的胶结作用，达到稳定壁的作用；第三，利用泥浆把聚合物带入地层提高粘结力，增强地层自身强度，达到稳固壁作用。
泥浆配及泥浆性能
径
配
泥浆性能
ρg/cm3
FVS
PVmPa.s
YPPa
YP/PV
G1Pa
G2Pa
FLml
5"
6％土+0.03％SDX+0.15%SDJ
1.04
65~82
12
~18
9~15
0.65~0.84
6~9
7~15
≤15
室验证结果
1.04
73
14
11
0.79
8
9.5
12
a.配制工艺
（1）按标准配，先按地面容积预配40泥浆开钻，取淡水39，加入钠土2.4吨，SDX12公斤，SDJ60公斤。
（2）处理剂加入案
尺寸（in）
泥浆排量（l/s）
处理剂加入速度（包/15min）
土粉
SDX
SDJ
5"
16
35
0.17
0.86
17
37
0.18
0.92
18
39
0.19
0.97
19
41
0.21
1.03
4、地貌恢复案
4.1在工程验收前，把作业带及设备、车辆行走过的公共通道、围挡中的所有施工材料和杂物清理干净。
4.2油桶等废弃物要收集起来清走，不得放入作业坑中进行掩埋。
4.3对施工中损坏的围栏进行修复，使业主或土地所有者满意。
5、工程竣工验收
5.1工程正式验收前，施工单位组织有关人员按设计和施工规要求和规定对其施工工程进行全面的检查。
5.2当全部工程基本完工并圆满通过合同规定的所有竣工检验时，施工单位可将竣工上报建设单位。
6、施工平面图（见附页）
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