【文章內容簡介】 20 / 117 導向施工 鉆導向孔鉆導向孔時，由于大鉆桿剛度大，適合長距離穿越，但是他的鉆進阻力和旋轉扭矩也較大，小鉆桿雖然剛度小，鉆進距離短，但在滿足剛度要求的前提下鉆進阻力小，旋轉扭矩也小，所以采用不同規(guī)格的鉆桿組合鉆進。管道回拖入土端導向孔鉆進至穩(wěn)定層入土端導向孔套管鉆進安裝入土端導向孔鉆進跟蹤測量導向孔完成六級擴孔、洗孔、測孔、修孔主管預制、試壓管道下溝、發(fā)送 ****推管機安裝21 / 117入土側鉆具的連接方式如下：**鉆機 → 65/ 8鉆桿 →泥漿分流器 →5 .5鉆桿→ 無磁鉆鋌 →無磁短節(jié) → 泥漿馬達→牙輪鉆頭出土側鉆具的連接方式如下：**鉆機 →5 .5鉆桿 →泥漿分流器 →5 .5鉆桿→ 無磁鉆鋌 →無磁短節(jié) → 泥漿馬達→牙輪鉆頭22 / 117泥漿馬達選用 5LZ172 型螺桿鉆具，性能參數(shù)見下表：鉆具型號馬達流量范圍(L/min)馬達壓降(MPa)額定扭矩()最大扭矩()鉆 壓(kN)功 率(kW)5LZ172C 94～1894 5200 7345 100 126控向對穿越精度及工程成功至關重要，并直接關聯(lián)到主管穿越。開鉆前仔細分析地質資料，確定控向方案，控向與司鉆重視每一個環(huán)節(jié)，認真分析各項參數(shù)，互相配合鉆出符合要求的導向孔，鉆導向孔要隨時對照地質資料及儀表參數(shù)分析成孔情況，達到出土準確，成孔良好。出、入土點導向孔鉆至水平段后，停止鉆進，準備安裝導向孔套管。 鉆頭跟蹤測量。 系統(tǒng)主要原理 DXI 型導向系統(tǒng)探測器安裝有三軸微磁強計和三種重力加速度計，地面計算機通過這些傳感器的數(shù)據(jù)計算出鉆頭的方位角和傾角，然后根據(jù)每一根鉆桿的數(shù)據(jù)累計計算出鉆進長度、鉆頭深度以及左右和上下的偏差。導向孔鉆進示意圖23 / 117 導向系統(tǒng)是依靠地磁場進行導向的，由于地磁場容易受到地面磁性物質（如河流上通過的船舶、高壓線等）的干擾，導致控向出現(xiàn)偏差，針對這一問題的解決方法是采用在地面布設一個強磁場線圈或使用磁靶對鉆頭進行輔助定位，由于此次穿越對接位置在水面下，不宜鋪設強磁場線圈，所以采用 GPS 鉆頭跟蹤測量儀（磁靶定位結合 GPS 自動測量）在對接前對鉆頭進行精確定位（如下圖所示） ，確保對穿精度。GPS 鉆頭跟蹤測量儀最大測量深度 60m，可置于水中，深度測量精度 ，GPS定位精度2m。GPS 鉆頭跟蹤測量儀工作原理：根據(jù)出、入土點標定的 GPS 坐標,建立穿越中心線的 GPS 坐標系， GPS 鉆頭跟蹤測量儀發(fā)射磁信號，鉆頭探測器接收到信號后，由計算機計算出鉆頭相對穿越中心出土點 入土點穿越中心線鉆頭位置GPS鉆頭跟蹤測量儀穿越軌跡24 / 117線的相對位置。采用上述系統(tǒng)進控向，可在鉆進過程中隨時對鉆頭位置進行檢測，而無需設置任何輔助設施。對環(huán)境影響小。由于該工程穿越距離較長，鉆桿的推力達上百噸，同時，淺層地質較疏松，容易造成鉆桿彎曲，同時，出入土段導向孔的曲線段也容易使鉆桿過度彎曲，造成導向孔鉆進的推力加大和鉆桿的失穩(wěn)；另外為保證泥漿返漿通暢，減小或避免大堤處跑冒漿的風險。所以本次穿越擬采用在入土段和入土弧線段套鉆套管的方案，入土段套管安裝至水平段，具體選用的材料、設備及施工方案如下：套管參數(shù)a．套管規(guī)格 Φ273 mm X12 mm 無縫鋼管b．套管材質 20CrMo由于螺紋連接的石油套管接頭處無法承受套鉆過程中鉆機給套管施加的扭矩，所以本工程我**選用優(yōu)質低碳合金鋼無縫鋼管作為套鉆套管。鋼管之間采用焊接的方式連接，可滿足本次施工需要。這一方法已在不同工程多種地質情況下使用過，是一種成熟的施工工藝。、機具序號 名稱 規(guī)格型號 數(shù)量1 半自動焊機 NPS500 22 外對口器 DK273 13 套管鉆頭 300 14 自鎖式套管卡頭 1套5 焊接施工平臺 1組25 / 117本項工程的導向孔套管的施工采用套鉆套管的方案，首先鉆導向孔至水平段，然后更換鉆具，安裝套管鉆頭，套進導向孔的鉆桿，沿鉆桿方向套鉆套管，當一根套管鉆到位置后，套管自鎖卡頭隨鉆機退回，再裝卡套管到焊接平臺上，由外對口器固定后開始焊接，兩臺半自動焊機同時工作，焊接時間約10~15分鐘，焊接結束后，重復上次工序，繼續(xù)套鉆鉆進，直到套鉆到設計長度，然后卸下套管卡頭，恢復導向孔的正常鉆進工序。 口口口口口口 口口26 / 117 鉆頭握手對接由于此次工程穿越距離較長，地質相對比較松軟，鉆進阻力較大，導向孔對接后很難直接單端鉆到出土點，另外地質的不連續(xù)很可能造成錯孔，從而引起導向孔的錯位，導至對接失敗，所以在較軟地層內長距離穿越，鉆頭必須握手對接連成一體，牽引到另一端出土,才能確保導向孔的穿越成功.因此在施工過程中，入土段采用采用 5 1/2” 鉆桿鉆進長度為 900~600m 然后接6 5/8”鉆桿進行鉆進，鉆進長度為 1000m，出土段采用 5 1/2”鉆桿進行主動對接鉆進，鉆進長度為 600~900m。當兩鉆頭鉆進至預定對接位置后，開啟鉆頭對接系統(tǒng)（如下圖） ，**鉆機的鉆頭中安裝對接導向系統(tǒng)的信號發(fā)射裝置，**鉆機的鉆頭中安裝對接導向系統(tǒng)的信號接收裝置，通過對信號的處理，計算出兩鉆頭的相對位置（如下圖） ，再調整鉆頭的鉆進方向，最后使兩個鉆頭扣合在一起（如下圖） ，由出土端鉆頭將入土端鉆頭牽引出土，完成長距離導向孔穿越。鉆頭定位對接系統(tǒng)導向孔對接示意圖27 / 117鉆頭握手對接穿越鉆頭對接后牽引出土 雙鉆機擴孔所以根據(jù)本工程具體情況，采用雙鉆機同步擴孔，并使用動力擴孔器提高擴孔效率。擴孔時，采用雙鉆機擴孔，減少單側鉆桿使用扭矩，同時可避免卡鉆，鉆具連接方式：**—9800 型鉆機→ ”鉆桿→加重鉆桿→板式擴孔器→加重鉆桿→ ” 鉆215 215桿→**—2022 型鉆機根據(jù)穿越工程的實際情況，在穿越距離超長的特定條件下，減小擴孔器的級差，雙鉆機擴孔示意圖28 / 117增多擴孔次數(shù)，加快單次擴孔的速度。根據(jù)穿越工程的實際情況，在穿越距離超長的特定條件下，減小擴孔器的級差，增多擴孔次數(shù)，加快單次擴孔的速度，采取六次預擴孔及一次洗孔； 擴孔級數(shù) 擴孔直徑(mm) 級差(mm) 擴孔器型式1 400 200 板式擴孔器2 600 200 板式擴孔器3 750 150 板式擴孔器4 900 150 板式擴孔器5 1050 150 板式擴孔器6 1120 70 板式擴孔器 根據(jù)實際擴孔情況，每一次擴孔后都進行一次洗孔，如果在擴孔過程中發(fā)現(xiàn)有抱鉆桿情況，適當增加洗孔次數(shù)。、俢孔擴孔完成后或在擴孔、洗孔過程中，在鉆桿之間安裝測孔器，可隨時孔洞進行測量。若孔的參數(shù)有不滿足規(guī)范及回拖管線的角度要求，針對有問題的部位進行俢孔，做到有的放矢。測孔器由傳感器、數(shù)據(jù)處理、存儲和電池艙幾個部分組成，可在施工的任何階段對孔的參數(shù)（傾角、方位角）進行測量，探測器出土后與計算機進行數(shù)據(jù)通訊，由計算機分析測孔數(shù)據(jù)，對鉆孔進行評定。由于地層軟硬不均，擴孔過程中，擴孔器在軟地層下切量大，在硬地層下切量小，容易出現(xiàn)臺階，當孔徑擴至1120mm 后，進行測孔作業(yè)，如果存在臺階孔的現(xiàn)象，采取修孔措施，保證回拖前孔的平滑。29 / 117修孔器示意圖如下： 修孔時，由一端的鉆機驅動修孔切削頭，另一端的鉆機驅動管道扶正段，管道扶正段內安裝有探測器，根據(jù)孔內的實際情況有針對性的進行修孔，并將修正后的孔型的參數(shù)傳至地面計算機，如果一次修正不能達到要求，可將切削頭退至修正的起始位置，再次進行修孔，直到達到要求為止。 管道回拖 管道回拖一切準備就緒后，開始正式回拖，回拖時應盡量減少管線在孔內完全靜止的時間。回拖時鉆具連接方式：30 / 117**型鉆機→ ”鉆桿→加重鉆桿→φ950回拖擴孔器→旋轉接頭→U 形環(huán)→工215作管線（****型推管機）→夯管錘（備用） 。由于管徑大、穿越距離長，回拖時，又可能發(fā)生塌孔或縮徑等情況，作為施工方案的一部分，回拖前，在出土點場地安裝****型推管機，如果回拖順利，則不使用推管機，但推管機處于完全準備好的狀態(tài)，一旦發(fā)生回拖阻力異常增大的情況，推管機馬上可投入使用，進行助力回拖，確?；赝习踩?。 回拖管的支撐和發(fā)送管線回拖前，根據(jù)管線撓度和轉角計算公式并結合具體施工經(jīng)驗確定入洞前管線支撐的高度和位置，使管頭的位置和角度與出土點和出土角度致。將推管機安裝在管道入洞前的支撐點上，助力回拖。其余管線放入發(fā)送溝內發(fā)送，無法挖發(fā)送溝的地段采用滾輪和土堆支撐，管道出發(fā)送溝后以慢坡小角度爬上土堆，土堆高度隨地形變化而適當調整，另由于該土堆將近全部的管道均要通過，故此將在土堆上鋪墊土袋以增加承載力。土堆上部鋪45層土工布，保證管道防腐層不被破壞。1) 在回拖作業(yè)時，增加泥漿潤滑劑，使高潤滑泥漿像薄膜一樣附著于防腐層表面，減少回拖阻力。2) 回拖前后，準備好補口、補傷材料和器具及電火花檢漏儀，安排專人巡視管線。31 / 117 ⑴確保導向孔平滑、順暢、滿足設計曲率半徑的要求，并避免出現(xiàn) S 彎。 ⑵最后一次擴孔（清孔）前對鉆機等主要設備進行一次全面檢查和維護保養(yǎng)，拖管前再進行系統(tǒng)檢查，確?；赝线^程中設備不出現(xiàn)問題。⑶管線回拖采用發(fā)送溝的方式進行。發(fā)送溝采用挖掘機作業(yè)加人工修整，其尺、下口寬2m；在挖發(fā)送溝時，發(fā)送溝軸線必須與穿越軸線在同一條直線上，并計算好管線進入孔洞的這一段發(fā)送溝的坡度，確保發(fā)送溝與穿越孔洞的圓滑平緩。⑷及早做好拖管的各項準備工作，在各項工作準備好后，再進行最后一次擴孔（清孔） ，盡量壓縮擴孔完成后和回拖前的停工時間，減少風險，若停工時間超過24小時，需要再進行一次清孔后再回拖。⑸調整好管道的入孔角度，與出土角保持一致，避免因管線彎曲造成應力過大而使回拖困難，根據(jù)施工實際情況，可將洞口沿軸線方向前挖20米左右，以達到降低支撐高度，管道入洞容易的目的。 ⑹通過調整泥漿性能，提高泥漿懸浮、攜帶、潤滑、固孔、堵漏等功效。適當增加聚合物含量，提高泥漿的懸浮和固孔能力；加入泥漿流變劑，使泥漿在較高的粘度下保持良好的流動性，提高攜帶能力，降低粘滯力；加入潤滑劑減小摩阻，對上部砂層起到良好的封閉作用。⑺在回拖時進行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成卡鉆?；赝锨白屑殭z查旋轉接頭、連接頭、擴孔器的連接，確定連接牢固方可回拖，回拖時兩岸要加強聯(lián)系，協(xié)調配合將管線敷設到預定位置。 ，在管道回拖前對管道防腐層做全面的電火花檢查，對破損處進行及時補傷。在回拖過程中，隨時檢查管道防腐層與防腐套是否有破損。一旦發(fā)現(xiàn)防腐層遭到破壞，立即對破損處進行處理，并找出防腐層被破壞的原因，及時排除危害。開挖發(fā)送溝時要控制發(fā)送溝中心線與管道穿越軸線相重合，發(fā)送溝溝底縱斷面曲線與管道自由彈性曲線半徑一致。發(fā)送溝開挖完成后，要仔細檢查發(fā)送溝內是否有塌方，溝底是否平整，發(fā)送溝內不得有石塊、樹32 / 117根和其他堅硬物。，在不能挖或不能全部挖發(fā)送溝的情況下，采取打土堆的方法將管道架離地面，讓管道不直接接觸地面，降低回拖管線與地面的接觸面積，減少管道防腐層磨損機會。土垛人工裝填土袋進行碼砌（袋裝土內無磚頭石塊等硬物） ，然后在土堆上面鋪一層土工布，土工布上涂抹一層黃油，同時在回拖管道表面涂抹一層黃油減阻，土垛間隔4～5 m 設置一個，土垛高度超過30cm，然后將管道放在土垛上。，再次采用擴孔器對孔道進行回拖清理，目的是將孔內孔底沉積物清出孔內，同時對擴好的孔壁再次進行護壁加固潤滑處理，保證管道的順利回拖。，管線下溝時，注意不要讓施工設備刮碰到防腐層，并設專人指揮。下溝時吊點距離要符合設計要求，管道下溝采用大噸位尼龍吊帶，防止與管道發(fā)生硬接觸，損傷防腐層。，向管溝內注入清水，使管線浮起，檢查測量發(fā)送溝內水的深度，以確保管道底部與溝底接觸摩擦而劃傷防腐層。，開挖的入孔槽深度和長度要滿足管道入洞時的曲率半徑要求，入孔槽深度不小于4m，以保證管線順利進入擴好的空洞中，并能防止劃傷防腐層。，管道入孔前與地表面接觸部分，表層土內不能夾有石塊、硬物等，避免管道入孔時劃傷防腐層。，使用的泥漿必須符合規(guī)定的要求，并與穿越段地質條件相匹配，保證孔內的光滑性；使用的泥漿量必須保證充滿整個孔洞，盡量在回拖時使管道在孔洞內處于漂浮狀態(tài)，減少管道在孔洞內與孔洞壁間的磨擦，防止在孔洞內管道防腐層被損傷。 定向鉆穿越泥漿方案泥漿系統(tǒng)由泥漿攪拌罐、泥漿泵、泥漿反循環(huán)渣漿泵、泥漿沉砂池、泥漿回收處理系統(tǒng)幾部分組成。泥漿工作循環(huán)示意圖如下：33 / 117各部分詳細參數(shù)描述如下：、 泥漿攪拌罐泥漿攪拌罐由罐體、攪拌電機、減速機、攪拌器和管道泵組成。 技術參數(shù)：罐體容積 20m 3攪拌電機功率 管道泵功率 數(shù)量：出、入土點場地各配置2臺、泥漿泵選用兩種型號的泥漿泵共2臺，其中 MP2500型1臺， MP1000型1臺，兩臺泥漿泵可并聯(lián)工作，最大泥漿排量3000L/min。如果有必要，可將 MP10