2、钻杆
钻杆是导向钻进铺管技术的关键部分之一,它具有高强度、高弹性、耐高压等基本特性。在反向扩孔回拉工作管线时,钻杆承受较大的拉力和扭矩,同时钻杆是在弯曲和回转状态下工作,因此钻杆的材料选择、热处理工艺以及丝扣设计加工都要求比较严格,应具有高的抗疲劳强度。在导孔钻进中,钻孔可能是曲线或直线不断变化,因此钻杆应具有高的弹性和韧性。另外,钻杆也是输送高压流体的通道,因此钻杆连接部位必须具有可靠的密封性。
3、反向扩孔钻头
反向扩孔钻头用来扩大导孔,便于拉管。不同地层及不同工作管径,应有不同结构形式的反扩钻头。例如用于含石块土层的流线型钻头具有如下特点:
★ 反螺旋切削刃,导流效果好,便于排屑。 ★ 流线性锥面,回转阻力小,卡钻机会少。
★ 流线性锥面可将砖块、石块之类硬物不经破碎压入周围土层。 4、分动器
分动器放置在反扩钻头之后和将要拉入的工作管之前,可实现反扩钻头旋转,拉入的工作管不回转。
5、导向仪器
导向仪器用来测量地下管线,控制钻孔方向,它由探头、接收器、同步显示器、发射机四部分组成。
6、钻机
我公司的导向钻进非开挖铺管的钻机为全液压动力头式钻机。 型号 ZT-25 动力头转回转扭给进力回拉力动力头行入射角速(rpm) 矩(N.m) (kN) (kN) 程(m) (度) 0-100 5500 150 300 3.5 8-20 7、钻井液
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钻井液是由水和膨润土(高质量粘土)级成的一种悬浮液。当需要时,也可以加入某些天然添加剂改善钻井液性能。其作用是: ★ 通过喷射实现水力切削 ★ 为井底钻杆传递能量 ★ 润滑切削头并冲洗管柱
★ 通过环状间隙把钻屑从孔中输送到地面 ★ 稳定钻孔,防止垮塌 ★ 形成泥皮以避免钻井液失水
干膨润土粉的比重约为2.3克/升,加量6%溶液的PH值在8-9之间。在钻进过程中,应注意监控和维持诸如粘度、饱和度这些技术参数。当工程情况变化时,这些参数可以按需要进行调整。
钻井液在专用的搅拌池中配制。从钻孔中返回的泥浆需要经泥浆清洁设备处理后,再送回泥浆池,与新鲜泥浆混合后再使用。钻屑对钻井液固含量的增加,应始终控制在30%以下,只有这样才能保证钻孔不被沉淀物堵塞。
三、各分部分项工程的主要施工方法 1、主要工序的施工工艺及措施
技术交底→现场勘察→导向孔轨迹设计→开挖工作坑→机械安装→调试→钻机导向回扩成孔→下管拖管→机具设备清理→砌井、回填、夯实 2、现场勘察
现场勘察资料一方面是导向孔轨迹设计的重要依据,另一方面也是决定施工难易程度、计算工程造价的基础。现场勘察包括地表测量和地下勘察两部分,勘察资料必须精确、可靠并将勘察结果反映在施工剖面图和平面图上。 ★ 地表测量
地表测量主要是根据市政管理部门提供的审批路线,对管线工程周围
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地形进行测量,先按施工区域地形及路线范围初步定出钻孔中线和地表走向,测量中心线地面的标高或相对高度,根据要求的铺管深度初步确定导向孔造斜长度、入射点位置、铺管长度、下管位置。另外还应考虑施工用的钻机、泵站等设备放置操作所占用的场地和空间,将所有测量结果标注在施工平面图上。 ★ 地下勘察
地下勘察包括地下原有管线及设备的勘查和土壤的勘查。 1)地下原有管线及设施勘查对于穿越城市街道尤为重要。
街道两侧地下往往有污水管、自来水管、高压电缆、通信电缆、热力管线等,有时纵横交错,有些地方甚至还有基础或人防工程等。导向孔设计时都应避开这些设施,并保持距这些设施一定的安全距离。这些设施的位置和走向应标注在施工剖面图和平面图上。了解相关部门的管线档案资料、查找现场原有的井盖等标志、测量管线深度将有助于确定管线的准确位置。对于金属管线或电缆线可用管线仪对其进一步验证。
2)土壤调查对于工程十分重要。
对定向钻进穿越土壤的调查,包括调查钻进技术、土壤力学参数及对颗粒尺寸分布曲线的分析。土壤调查的目的是为了获得土层的全面的详细资料、不同土层之间的边界位置和特殊物理性能。所有的调查应遵循DIN 18319规定。 3、导向孔轨迹的设计
导向孔轨迹设计是在管线剖面图的基础上,设计出钻孔的最佳曲线。一般原则是离开现在管线越远越好,离开压力管线、电力管线、光缆越远越好;将钻机放置在有风险管线的一侧;钻孔曲线越简单越好;弧型部分曲率半径越大越好。
下面介绍钻孔轨迹角度值的取得原则。
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入土角和出土角应分别在6°至15°之间(取决于欲铺设的工作管直径等)。
所铺管的允许最小弯曲半径可以用下列公式计算。然而,为了易于铺管,最小弯曲半径应尽可能大。
Rmin=206·DA·S/K (m) Rmin—最小弯曲半径 (m) 206—常数 (Nm/mm2) DA—管材的外径 (mm) S—安全系数
K—管材的屈服极限 (N/mm2)
入土点或出土点与欲穿越的最近障碍物之间的距离(例如道路、沟渠等)至少应为5m。
与水体的最小距离至少应为5—6m,以保证不发生泥浆喷涌。 4、现场准备
与传统的铺管方法完全不同,定向钻进只需要很小的施工场地。场地大小取决于钻进长度、工作管直径和所钻地层情况。定向钻进穿越工程需要两个分离的工作场地:设备场地(钻机的工作区)和工作管场地(与设备场地相对的钻孔出土点工作区)。 1)设备场地
对于本穿越工程来说,设备的工作场地约为5m×10m,要求进入施工现场的道路可顺利通过载重25T的车辆,且安装钻机的地基必须平整、坚实,必要时应用混凝土对钻机前支点处的地基进行加固。安装钻机时应保证钻机导轨中线和设计导向孔轨迹在同一垂直面上,导轨和水平面夹角与设计的入射角一致,机上钻杆与地面交点在设计的入地点上。 2)工作管场地
管材的工作场地一般应离出土点约10m左右,而宽度约为3—5m。在
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施工时,应尽量设法将欲安装的管线做到以全长度一次拉入,并尽可能避免水平方向的弯曲。
5、施工人员在进驻工地后,首先要参照现场认真研究图纸内容,并参照所有调查及勘测结果,确定施工方案,然后确定检查井位置(工作坑)及钻机下钻位置,根据设计高程进行导向,回扩孔径至合理大小进行拖管。特别是开挖的工作坑要根据土质情况,是否要求支护以防塌方。由于在城区内施工,开挖工作坑时为尽量减少开挖时破坏路面的面积,首先采取路面切割机切割路面,然后由人工破除表层的路面结构层后进行机械开挖。开挖完毕,将基坑采用彩钢板围护,并在施工范围悬挂红灯示警。 6、钻机主要工作过程:
安装钻机,钻机进入指定位置后,按钻进曲线设计中心线固定钻机,并压入锚桩,连接上水管线,泥浆管路,施工用水量为7m3/h。安装导向钻头,导向仪引导钻头钻进(根据设计高程),钻头出口处挖工作坑。 7、安装调试:
1)钻机进行施工前试运转,检查各部分是否运转正常 2)钻井液(俗称泥浆)混配及使用:
a、加入混配泥浆的水,要求ph值大于7且无可见杂质。
b、化学泥浆、膨润土、化学添加剂应根据现场土质状况进行调节混配,并在充分混合后再进行使用。 8、钻进及回扩
1)钻导向孔及回扩:
采用步行追踪的方式,按照设计钻进曲线控制钻孔,随时监测钻进方向、深度、钻头板状态、信号棒温度,并与司钻手保持联系,钻进/回拖时严禁钻杆逆时针(往钻进方向看)旋转。如果出现由于施工现场电磁干扰