机组供热改造工程非开挖定向穿越工程施工组织设计

1、华能南通电厂3号和4号机组供热改造工程非开挖定向穿越工程施工组织设计南通盛炜建设工程有限公司2014年9月24日目 录一、编制依据- 4 -二、工程概况- 4 -三、主要施工方案- 4 -（一）非开挖定向穿越施工- 4 -3.1.1机械设备介绍- 4 -3.1.2控向设备介绍- 5 -3.1.3主要工程量- 5 -3.1.4 工艺流程- 6 -3.1.5施工用地- 6 -3.1.6穿越管道预制主要工序施工方案- 6 -3.1.6.1测量放线- 6 -3.1.6.2场地平整及便道修筑- 6 -3.1.7定向钻穿越主要工序施工方案- 7 -3.1.7.1 钻机场地施工程序- 7 -3.1.7.2定

2、向钻施工工艺及措施- 9 -3.1.7.3管道埋深的保证措施- 11 -3.1.7.4导向轨迹设计要点- 11 -3.1.7.5导向孔曲线与设计曲线偏差控制措施- 13 -3.1.8防止“s”形钻孔措施- 14 -3.1.8.1导向孔控向保护措施- 14 -3.1.8.2扩孔防偏- 15 -3.1.9出土点误差控制措施- 15 -（二）顶管施工- 16 -3.2.1施工工艺流程- 16 -3.2.2顶力计算、最大顶距确定和准备工作- 17 -3.2.3后座墙- 18 -3.2.4 泥水系统- 19 -3.2.5 操作控制系统- 19 -3.2.6 进出洞口的措施- 19 -3.2.7 顶管施工

3、过程中应注意的问题- 20 -3.2.8 顶管施工测量和方向控制- 20 -四、项目管理班子的人员配备、素质及管理经验- 21 -五、进度计划- 21 -1、工期安排方案- 21 -2、工期进度保证措施- 21 -六、质量保证措施- 23 -6.1 质量方针- 23 -6.2 质量目标- 23 -6.3 定向钻穿越质量管理组织- 23 -6.4 质量管理和控制措施- 23 -七、hse管理体系- 26 -7.1定向穿越项目的 hse管理方针- 26 -7.2 定向穿越项目的 hse管理目标- 26 -7.3 hse管理和控制措施- 26 -7.3.1、安全施工措施- 26 -7.3.2、安全用

4、电- 26 -7.3.3、机械设备安全- 27 -7.3.4、文明施工措施- 27 -7.4应急预案- 27 -7.4.1导向孔卡钻的应急预案- 27 -7.4.2砾石段扩孔时卡钻的应急预案- 28 -7.4.3管线回拖受阻的应急预案- 28 -7.4.4防止出现跑浆的应急措施- 28 -7.4.5环境保护及泥浆处理措施- 29 -八、信息及文控管理措施- 30 -九、施工平面布置图- 31 -9.1定向钻穿越段施工平面布置图- 31 -9.2穿越入土点施工场地平面布置图- 32 -9.3穿越出土点施工场地平面布置图- 32 -9.4施工进度计划表- 33 -一、编制依据1工程招标文件；2现行

5、的建筑安装工程相关施工、验收规范和标准；3.城市热力网设计规范cjj342010；4.城市供热管网工程施工及验收规范cjj28-2004；5.城镇直埋供热管道工程技术规程cjj/104-2005；6.工业金属管道工程施工规范gb50235-2010；7.工业金属管道工程施工质量验收规范gb50184-2011；8.压力管道安全技术监察规程-工业管道tsgd1001-2009；9工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范hgj229-91；10工业设备及管道绝热工程设计规范gb50264-97；11工程施工图设计；12我公司多年施工积累经验及资料。二、工程概况华能南通电厂3号和4号机组供热改造工程中

6、拖（顶）管的敷设。其中，九圩港船闸河段的拖管敷设水平距离约211米，过g204国道的顶管敷设水平距离约51.7米，过天生港河及果园路水平拖管敷设水平距离约54.2米（以上拖拉管道长度均不包含拖拉延长长度）。工程分界点为：过天生港河含两端弯头；过九圩港船闸河含两端旋补箱体材料采购、制作、防腐和旋补安装；过g204国道含两端弯头。穿越九圩港船闸段，机器的入土点在九圩港西侧（坐标为：x=12135.695，y=16796.862；高程为85高程系，地面标高为2.4米，距离改建护坡39.3米，距离公用靠船墩100.9米），钻杆的出土点在九圩港东侧（坐标为：x=12047.171，y=17021.991

7、；高程为85高程系，地面标高为2.7米，距离改建护坡33米，距离公用靠船墩102.7米）。该段蒸汽管穿越管内管管材为377*9的钢管，外管管材为820*10的钢管，穿越长度约240米 ，其中穿主航道138.8米。拖拉管两端出管口设置钢制涵箱，涵箱以出管口为中心，尺寸为7.5米（长度）6米（宽度）9米（深度）。穿越天生河果园路段，机器的入土点在天生河东侧（坐标为：x= 10640.287，y= 17661.969 ；高程为85高程系，地面标高为3.58米，距离河道护坡3.9米），钻杆的出土点在九圩港东侧（坐标为：x=10665.179，y=17613.829；高程为85高程系，地面标高为3.13

8、米，距离果园路路边8.7米）。该段蒸汽管穿越管内管管材为377*9的钢管，外管管材为820*10的钢管，穿越长度约54.2米。穿越g204国道段，机器的入土点在g204国道南侧（坐标为：x= 12155.898，y= 16745.520 ；高程为85高程系，地面标高为2.7米，距离国道护栏8.9米），出土点在g204国道北侧（坐标为：x= 12201.319，y=16762.525；高程为85高程系，地面标高为2.5米，距离国道护栏4.8米）。该段蒸汽管穿越管内管管材为377*9的钢管，外管管材为820*10的钢管，穿越长度约51.7米。（此处为顶管施工）三、主要施工方案（一）非开挖定向穿越施

9、工3.1.1机械设备介绍为了本工程的顺利进行，我们采用采用xz1500型水平定向钻机。xz1500型水平定向钻机是一种非开挖铺设地下管线的专用设备。可以不开挖路面，顺利的穿越地表构筑物或地下设施等障碍铺设管线。主要适用于市政建设中电信、电力、煤气、自来水、热力管线的地下铺设工程；其具有以下优点：1、对地面建筑物和设施没有任何干扰或损坏；2、施工设备安装和施工速度快；3、可控制方向、可绕避地下障碍，施工精度高；4、一体式锻造钻杆刚柔兼备，灵活安全又可靠；5、钻机扭力强劲，能铺设大管道；6、特殊的回扩器和大排量泥浆混合泵，使钻进和回扩更加顺畅；7、施工范围广，适合铺设各执材质的管道；xz1500主

10、要性能参数发动机额定功率、转速（kw/rpm）392/2200动力头最大顶推力（kn）1500动力头最大回拖力（kn）1500动力头最大扭矩（n.m）60000动力头最高转速(rpm)80动力头最大推拉速度(m/min)23钻杆直径(mm)4吋钻杆长度(mm)6000泥浆泵最大流量(l/min)1200泥浆泵最大压力(bar)200外形尺寸（长*宽*高）mm16200*3150*3500机重（t）413.1.2控向设备介绍控向设备采用美国数字控制公司生产的eclipse地下定位系统，该系统包括： 接收器 远程显示器 传感器对于一般情况，该系统已能完成穿越要求；对于信号不佳的穿越路段，还可采用有

11、线导向系统。3.1.3主要工程量该工程主要包括：1、现场三通一平，管道焊接2、沿线土层地质勘察、管线探测3、临时占地、临时通道4、挖排浆池：规格为5m3m3m，每条管线2个，出入土点各一个5、出土端施工场地平整、管道经过路线的场地平整。6、入土端施工钻机安装场地平整7、水平定向钻穿越8、扩孔扭矩、扩孔回拖力、拉管扭矩、拉管回拖力控制9、管道回拖10、有关部门验收，恢复地貌序号项目单位数量1平整场地2勘察取样、泥浆配比、管线探测3钻机稳固、滚轮支架安装4水平定向钻穿越5400、600、800、1000反扩成孔mm6回拖管线7恢复地貌测量放线3.1.4 工艺流程施工作业带开拓钻机场地铺垫运、布管地

12、锚坑、泥浆池开挖地锚安装组焊、检测钻机及配套设备就位补口补伤测量控向参数试压检验钻机试钻、导向预扩孔、扩孔回拖泥浆处理验收3.1.5施工用地根据入土点、出土点放出穿越钻机的中心线及钻机场地，管线场地、管线焊接场地和泥浆坑的边界线。穿越施工场地作业面积：入土点钻机场地：25m55m（泥浆坑5m3m3m），出土点场地：25m35m（泥浆坑 5m3m3m）具体施工用地示意图及施工场地布置示意图见施工平面布置图。3.1.6穿越管道预制主要工序施工方案3.1.6.1测量放线工程施工前约请设计人员进行设计交底，并现场交桩；根据设计资料进行复测放线，并设置可供控制和复查的标志桩。3.1.6.2场地平整及便道

13、修筑1根据施工用地的大小及入出土点的坐标进行测量放线，并放出施工作业用地边线。2根据测量放线结果，联系当地主管部门或政府办理临时征地手续，没有经过主管部门同意不得进入现场施工。3.1.7定向钻穿越主要工序施工方案定向钻穿越的关键在于钻导向孔、管线安装及扩孔、回拖管道。因此开钻前要仔细认真，全面掌握地质资料。为使工程能够圆满成功，施工中严格执行设计要求和规范规定，各工种、各岗位认真负责，密切配合，做好充分准备，仔细分析各种可能发生的情况，制订相应的处理措施，控向、司钻制定钻进方案，保证导向孔曲线平滑；泥浆岗位全面掌握地质资料按地层配制，保证钻孔需要，使成孔良好，详见定向钻进工艺设计，泥浆配制工艺

14、。3.1.7.1 钻机场地施工程序（1）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。（2）钻机场地需进行平整，使用推土机或人工平整25m50m的钻机场地，场地四周挖0.8m宽0.8m深的排水沟（见下示意图）。钻机场地平整完成后，分层铺垫土工布、300mm碎石，土工布铺垫面积60m80m，碎石铺垫面积40m50m，保证钻机、动力站及泥浆泵等设备的进场就位。钻机场地平整完成后，安装四周围拦和砌筑油料区隔离墙。0.5m0.8m0.8m坡比1:0.67排水沟断面示意图（3）地锚坑及排浆池：挖、砌排浆池（每穿两岸各1个）及地锚坑(1

15、个,用于穿越主管)，排浆池尺寸为5m3m3m，排浆池内铺塑料彩条布，并在池内四周用砖砌加固墙，墙高1m，用水泥将排浆池四周与加固墙连接，防止排浆池塌方。地锚坑中心线在穿越主管中心线上，地锚坑尺寸为8m5m2.5m，挖排浆池及地锚坑时要留出足够边坡，出土点处排浆池及地锚坑尺寸如下示意图所示。地锚坑（深2.5 m）5m8m5m 泥浆池深为3m3m将地锚放到主管穿越地锚坑内，地锚坑内先用砖在四周砌三七墙，将地锚放入后，地锚与墙的余空填混凝土加固。然后开始安装挡板，在挡板前打8个8米长，壁厚为10的219管桩进行加固，同时将地锚、挡板、管桩和钻机下所垫钢板用20#槽钢进行连接，保证在回拖管线过程中地锚

16、的稳固。地锚形式示意图：钻机下所垫钢板（24mx3.2m）地锚12m长，1.8m深，0.5m厚钢挡板管桩连接槽钢墙和混凝土（4）泥浆用料准备：施工用淡水打井取水放入水罐，经沉淀后利用；膨润土及必要的添加剂及时运到。（5）钻机及配套设备就位：钻机就位于穿越管线位置，将地锚放入穿越管线的地锚坑中，根据施工布置图将钻机及配套设备就位于穿越管线的就位位置上。（6）钻导向孔：管线焊接完成具备开钻条件后，按设计图纸钻导向孔,钻孔偏差符合设计要求。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孔的资料，确定控向方案，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孔

17、，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。（7）预扩孔：导向孔完成，钻头及蒙乃尔管（无磁钻铤）出土后及时拆卸，装上检查合格的400扩孔器进行预扩孔，因穿越距离长扭矩大，卸钻铤和钻头时，采用液压卸扣钳保证及时卸扣。外管dn800钢管，在使用400扩孔器扩孔完成后，依次进行600、800、1000扩孔器扩孔等；dn600pe管在400扩孔器扩孔后，依次进行600、800扩孔器扩孔；dn300pe管采用200、400扩孔器依次扩孔。（8）扩孔、回拖：导向孔经分级预扩，孔径达到管线回拖要求的条件，将检验合格的穿越段管线放入发送沟并检查无误后回拖。回拖前仔细检查旋转接头

18、、连接头（连接头的抗拖力为450t，与封头及管道连接的焊缝均须进行无损检验，并确认无缺陷）、扩孔器的连接，确认连接牢固方可回拖，回拖中两岸要加强联系，协调配合将管线敷设到预定位置。（9）穿越完成后，进行设备整理，钻机场地地貌恢复、剩余泥浆处理和设备转场，标志桩安装。（10）机械挖管线发送沟，发送沟尺寸为上口宽2m、下口宽1.2m、深1.5m；发送沟内不得有石块、树根和硬物等，沟内注水，保证将管线浮起；全线管线底部每隔4米，用高0.5米，宽1米的土堆做垫层，以避免管线底部与地层磨擦，划伤，并增加钻机回拖力。出土点位置必须与管端连接处有20米的距离，以便拉管时进行防腐层的补伤。（11）预扩孔的钻杆

19、倒运及钻具连接：按穿越长度及预扩孔次数倒运钻杆，按程序进行钻杆、钻具的清洁和连接。（12）回拖前检查:按设计和规范要求对管线检漏,以规定试验压力为合格,管道入土前设专人仔细检查处理。（13）准备回拖：管线检查合格后，将准备好的回拖管头焊接到管线上，并进行加强，保证拖管头焊接牢固（最大抗拖力在400t以上）；然后将回拖管段放进发送沟中准备回拖，管线入沟时注意保护好管道，避免划伤；检查扩孔器内各通道及各泥浆喷嘴是否畅通，确认合格后方可以连接。（14）扩孔工作完成后，将钻杆与扩孔器、旋转接头、卸扣、准备好的回拖管段相连，进行管线回拖作业。3.1.7.2定向钻施工工艺及措施在施工作业带内无外界干扰的情

20、况下，控向参数的测量尽量在设备进场前测量放线后完成，在施工占地范围内将探测器装入防磁钻杆内，用挖掘机配合完成数据测量。采用在入、出土点两侧沿中心线多测点取平均值的方法，确定初步控向参数；再将探测器取出，只用探测器测量控向参数，再取平均值并与上一个平均值进行比较，如差异很小，可取平均值获得实际的控向参数，如相差很大，必须重新测量。在挖掘机无法配合的情况下，直接用探测器测量控向参数，探测器必须完全摆放在管道穿越中心线上，在中心线上选择远离干扰源的地方，在入、出土点的不同位置测取10个以上的数据，差别不大时取平均值；差别大时，分析原因后重新测量。实际测量获得最佳控向参数后，做好原始记录。调试泥浆搅拌

21、系统，检查泥浆搅拌系统各搅拌枪是否工作正常，检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，发现问题及解决。检查调试泥浆泵工作是否正常，泥浆泵压力表是否正常工作。检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当。所有设备检查完后进行设备试运转。根据设计入土点、出土点，严格按控向系统调校程序进行调校。（1）测量控向参数：按操作规程标定控向参数，要求细心并尽可能多测取参数并做好记录，进行对比，选择最佳参数值。（2）钻机试钻：各系统运转正常后试钻，钻进1-2根钻杆后检测各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。（3）钻导向孔：首先进行主管线导向孔钻进。导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，我们用xz1500型水平定向钻机进

22、行本次穿越工程的施工。控向设备采用美国生产的月蚀非开挖导向仪, 所采用的digitrak eclipse地下定位系统 (igps) 是用于水平定向钻进工业的革新追踪系统。首创以实时俯瞰的方式显示钻头位置和定位点。在整个穿越过程中采用地面信标系统(tru-trucker system)配合igps系统进行准确跟踪定位,确保出土位置准确无误，曲线平滑。（4）预扩孔：此次施工为dn800钢管，为了整个穿越万无一失，整个预扩孔过程采用以下五级扩孔。例如：第一级采用400刮刀扩孔器进行第一次预扩孔；第二级用600飞旋式扩孔器；第三级用800飞旋式扩孔器；第四级用1000飞旋式扩孔器。穿越钻具组合方案：序

23、号施工段钻具组合1一次预扩孔钻杆+400扩孔器2二次扩孔钻杆+600扩孔器3三次扩孔钻杆+800扩孔器4四次扩孔钻杆+1000扩孔器5清孔钻杆+1000扩孔器（可根据实际情况确定是否清孔）6回拖管线+连结头+旋转接头+1000扩孔器（5）穿越管段预制完毕后，沿穿越中心线开挖发送沟。发送沟上口开挖宽度为2.0m，底宽1.0m，深度1.2m。发送沟完成后，检查沟内无石块、树根等硬物，然后将管道吊入沟内。再从河里抽水将管沟充满，使管道完全处于漂浮状态；或者安装发送托架，将管道就位在托架上。（6）管线回拖：回拖是定向穿越的最后一步，也是最为关键的一步，在回拖时采用的方式是：1000扩孔器+450t回拖

24、万向节+穿越管线。在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大。管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固，并在450t回拖万向节和回拖管道之间增加两个抗拖力为450t的卸扣，调整在回拖过程中的角度。（7）泥浆控制：泥浆是定向穿越中的关键因素，穿越经过地层有：粉沙，中砂，粉质黏土以及粉土。我们将针对不同的地层采用不同的泥浆，由于穿越地段有粉土层，地质情况比较复杂，对泥浆的要求比较高，为克服对付这种不利因素，我们将采取以下措施：水源就近取用河水或打井取水，在水罐中沉淀、过滤后配浆。按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。使用的泥浆添加剂有：降失水剂、提粘剂和防塌润滑剂等

25、。所加添加剂采用环保型添加剂，符合环保要求。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，在此工程中我们使用1个配浆罐和5个泥浆搅拌罐。（8）回流泥浆的处理：钻机场地和管线组装场地各有一个15m20m2m返浆收集池，泥浆通过排浆池收集，经沉淀之后处理；钻机场地泥浆经过泥浆回收池沉淀后，再经过泥浆回收系统回收再使用；焊接场地的泥浆：在进行主管穿越时，焊接场地返出的泥浆首先利用回收池收集沉淀，然后回收到钻机场地的排浆池中再利用。（9）剩余泥浆的计算与处理：根据以往施工经验，钻导向孔有10%左右的剩余泥浆，预扩孔有20%左右的剩余泥浆，回拖管线有4

26、0%左右的剩余泥浆。与当地环卫处协商，施工剩余泥浆拉运到当地垃圾填埋场。（10）泥浆在各个阶段所起的作用如下：a.钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻力；b.预扩孔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；c.扩孔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；（11）粘土层容易水化膨胀，引起缩径卡钻的潜在危险。针对该层，泥浆的失水性能是关键。因此，在提高粘度的同时加入定量的改性淀粉来控制失水。（12）粉土层成孔性差，易沉砂。我们的措施是：在泥浆中加入正电胶，形成一种“液体套管”。3.1.7.3管道

27、埋深的保证措施定向钻穿越施工是本工程施工中的难点，由于施工管径大，曲线控制要求，施工困难，可能造成管道埋深不够，如何保证穿越地段的管道埋深确保达到设计要求，主要从以下几个方面进行控制：（1）测量放线认真，作好记录，并在入、出土点周围增加穿越中心线控制桩，确保穿越的位置正确无误。（2）仔细研究穿越图纸，熟悉设计管道埋深和地层特征，制定穿越曲线控制图。（3）施工前严格校验地下控制仪器，保证精度符合规范要求。3.1.7.4导向轨迹设计要点1、工程踏勘非开挖水平定向钻导向孔施工前期的工程踏勘工作是至关重要的一步，其踏勘内容包括四个方面：1、地形勘测；2、背景噪音的探查；3、工程施工要求；4、原有管线的

28、探测。其中工程施工要求和原有管线探测是为导向孔轨迹设计提供依据的关键所在。1.1地形勘测地形勘测是导向孔轨迹设计前必做的工作之一，目的是查清施工线路上河流的宽度、河床最深部位的深度、两岸的高差和出土点与入土点的通视情况。对地面上的建筑物、构筑物和河水流速应作详细的了解，同时施工路径上的地下隐蔽工程也应作详尽了解，弄清其埋深、分布部位以及对导向施工的影响程度。1.2背景噪音背景噪音是指在施工过程中影响定位仪读数及测量准确性的干扰信号和干扰源。背景噪音一般分为两大类：一类是自发性的干扰源，即是本身能发射干扰信号从而影响定位仪的；另一类是屏蔽性的，就是通过阻挡定位仪的信号传递从而干扰定位仪。这两种噪

29、音在导向孔施工时对仪器读数的影响特别大，因此在轨迹设计前一定要调查清楚。例如：电缆、电话电缆、路灯线、马路上的钢筋、含盐量高的河水,等等。1.3工程要求非开挖工程要求是甲方根据工程使用要求或工程施工图纸对回拖铺管时管头两端的埋置深度、管线长度、管道坡度、过河的河底埋置深度和工程管线的平面位置要求。导向孔轨迹设计前相关工程技术要求应完全明了。1.4管线定位导向孔轨迹设计前应对施工路径上的原有管线进行全方位的探测，弄清每根管线的走向、深度、及与待铺管线之间的空间位置关系。管线探测一般分为四部进行：一是将肉眼所能见到的管线标志分类作好标记，对于能直接揭示的工程管线则直接测量其深度及走向；二是对特殊管

30、线的露头，利用管线探测仪对其进行定位；三是对于没有露头而实际存在的管线利用仪器进行扫描进行定位。对于河流底部原先存在的管线，则应调其相应的工程图纸对其深度和走向予以确认。最后按管线的相关位置绘制综合地下管线分布图。2、平面定位及导向孔轨迹设计2.1平面定位平面定位是在导向孔轨迹设计前，在实地根据原有管线与待铺管线的相对位置拟定钻进轨迹的水平走向曲线，然后在该曲线上设置一些控制点。控制点应选择在拟定轨迹曲线与原有管线相交的部位，当拟定轨迹与原有管线平行时，在水平间距小于1米的部位也应设置控制点。这些控制点可为导向孔施工时提供水平位置和深度的参照。对于拟定轨迹穿越河流时，应在河堤两侧15米范围内按

31、每3米设置一个控制点，并尽量保证该15米为一条直线，为导向钻头进入河床创造有利的钻进趋势。待控制点全部设置完后，绘制出控制点的平面图，为后续的轨迹设计提供设计依据。2.2导向孔轨迹设计2.2.1管材最小弯曲半径r及钻杆曲率1的计算管材曲率是轨迹设计的重要依据，管材曲率的重要指标是管材成品的最小弯曲半径r，在轨迹设计过程中的每个弧段的弯曲半径r1应比管材的最小弯曲半径大（r1r），但是r1的弯曲率应比钻杆最小弯曲半径r2的弯曲率小（r1r2）。这是导向孔轨迹设计的两个必要条件。通常在出厂时，厂家就对r2的数值进行过标定，并根据这一数值对每根钻杆的极限曲率进行过计算。因此在轨迹设计前就应对管材弯曲

32、半径和施工中每钻杆的变换率进行确定，可通过如下公式进行计算：1、管材最小弯曲半径r计算公式r=（re）/r管材的半径e管材材质的弹性模量管材材质的屈服强度2、每根钻杆的曲率1的计算公式1=2rsin2(l180)/(r)/3r管材最小弯曲半径l每根钻杆长度圆周率2.2.2入土角a与出土角b的选取入土角的角度选取应视后退距离的大小、钻机的角度变化范围、钻机摆放场地的大小和工程管材的材质三方面决定的。一般来说，钻机入土的角度同钻机本身角度变化范围成正比，钻机摆放场地成反比，同工程管材的曲率半径成反比，同后退距离成反比。在选取入土角时，首先考虑工程管线的曲率半径和后退距离的大小，其次考虑入钻场地大小

33、和钻机本身角度范围。出土角则应视出土造斜段的长度、工程管线的曲率半径、出土坑的工作场地大小和原有地下管线的埋置深度等因素综合来定。出土角的大小同上述因素成反比，但造斜段的长度和工程管线的曲率半径是首选的考虑因素。2.2.3最小后退距离l1的计算后退距离是拟定钻进曲线的最深点至钻机入土点的水平投影距离。其计算首先是考虑钻进轨迹线路上最深或最浅的管线深度、建构筑物基础的最大埋深、地表河流的河床部深度，根据以上条件和工程管线的埋深要求确定出导向轨迹的最大控制深度h1，从最深点至入钻点的最小长度为最小后退距离l1。计算最小后退距离时应综合考虑入钻角a、入钻点深度h2、钻杆曲率、每个控制点的深度等等。计

34、算时以每两个控制点内的长度为计算控制单元，以每根钻杆为计算单位。计算时可通过下列步骤进行验算：第一根钻杆深度：h2（入钻点深度）第二根钻杆深度：h2+la第三根钻杆深度：h2+la+l（a1）以此类推直至深度为最深点的控制深度h1。然后将达到这一深度的钻杆数累加乘以每根钻杆的长度即为最小后退距离l1。将每根钻杆的曲率变化及相对应的深度绘制成图即为导向孔轨迹设计曲线图。2.2.4轨迹设计要求轨迹设计时应满足以下要求：1、设计的轨迹长度应与工程要求中所示的工程管线长度一致（污水管例外）；2、导向轨迹的深度与工程管线埋置深度要求一致；3、轨迹每个弯曲段的曲率半径应大于工程管线的最小弯曲半径；4、水平

35、方向应与控制点方向相一致，水平偏差小于等于1米；5、除信息管线外，其它工程管线的轨迹中不得有起伏不平段；6、对穿越信号干扰区或是河道，轨迹尽量设计成水平段；3、结论1、对工程要求的正确理解是导向孔轨迹设计的前提。2、查明地下管线和工程障碍是轨迹设计的重要依据。3、正确地计算工程参数是工程成败的关健所在。4、施工存在的问题，依据现有施工手段无法对有较强施工干扰的地区进行准确地导向定位。3.1.7.5导向孔曲线与设计曲线偏差控制措施导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因有四类：(1)钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差，造成在导向孔钻进的过程中其轨迹逐渐偏离设计穿越曲线。(2)受外部磁场的影响，

36、控向方位角非管线走向的真实方位角，从而控向软件计算钻头方位的参数发生变化，导致从计算机采集的数据非钻头的真实位置。(3)受地质结构的影响。导向孔在钻进过程中要穿越不同的地层，由于各地层地质特征差异很大，即使是同一地层其硬度分布也会软硬不均，因此，钻头在钻进的过程中比较容易偏向相对较软的地层，造成与设计曲线发生偏移。(4)在导向孔钻进过程中，由于钻机操作人员（司钻员、控向员）人为操作有误，使穿越轨迹与设计曲线发生偏移。针对以上造成曲线偏移的原因，制定相应措施：(1)保证钻机就位方位与设计管线中心线重合钻机就位前，用测量仪器（如经纬仪）放出管线穿越中心线，根据穿越入土角、钻机自身尺寸（车长、车宽、

37、轮距等）等参数计算出钻机就位的精确位置，并用白灰或用线绳予以标记，并以此标记作为钻机就位的依据；就位后还要用测量仪器测量钻机就位偏差，经计算钻机就位方位相对于管线中心线的角度偏差如果超过0.1时，需要根据偏左偏右情况重新调整钻机，经多次就位测量调整再测量，直到偏差控制在0.1范围内。钻机就位后，计算出精确的偏差数值，在开始钻导向孔时及时调整此偏差为零，从而保证导向孔轨迹与设计穿越曲线重合。(2)外部磁场对方位角的影响及控制外部磁场主要由地下管道、地下光缆、刚性建筑物（构筑物）、地上高压线等产生，这些外部磁场将影响地磁场强度和地磁角度，从而影响控向方位角，控向方位角的不确定最终导致钻孔时方向失控

38、。根据现场确定的外部磁场的位置，在钻孔时，探测器到达外部磁场前，钻孔方向不能出现过大的左右偏移量，保持实际方位角与控向方位角的偏差在允许的范围内；在进入外部磁场时，实际方位角发生变化，此时的方位角与控向方位角不同，钻进时暂不考虑干扰后的方位角而直接按直线钻进，在进行数据测量时，根据控向工具面的位置输入与控向方位角接近的方位角。钻头穿越过磁场干扰区后，计算机控向数据恢复正常，此时导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差应当在许可范围内，万一两者偏差较大，首先计算出实际偏差量，然后将经过磁场干扰区的钻杆抽出后重新钻进进行偏差调整。在已知偏差量的情况下进行调整，消除磁场影响，使导向孔轨迹与设计穿越曲线重合。 (

39、3)采用人工磁场钻机控向系统是依靠地磁场进行方位控制，通过钻头后面的探头将导向孔参数传输到计算机。地磁场容易受到地下管线、地下电缆、地面高压线等金属构件的干扰，从而造成控向参数不准确。人工磁场是在穿越中心线两侧布设的闭合线圈，布设简单方便，在施工中既经济又有效，不受外部磁场的干扰，可以准确无误的将钻孔数据反映出来。当探头到达此闭合的线圈区域内,接通直流电源产生磁场，通过人工磁场可以测得穿越轴线的左右偏移和穿越标高。通过人工磁场与地磁场左右偏差的比较，可以确定目前钻头方位角，从而确定下一根钻杆的行进方位，从而能够很好的控制导向孔与设计穿越曲线偏移，并能保证穿越曲线的平滑性。(4)控制人为因素造成

40、导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差开工前，进行有针对性的培训，加强控向人员与司钻人员的配合，司钻人员以控向人员的指令为准，按照指令进行操作，防止人为操作导致钻孔出现偏移设计曲线。控向人员严格按照设计曲线计算每次倾角的调整度数，认真掌握并注意穿越过程中的轨迹变化，通过轨迹变化确定控向方向的变化，从而控制导向孔轨迹与设计穿越曲线的偏移。3.1.8防止“s”形钻孔措施在定向穿越施工过程中，孔道有时会出现“s”形的现象，主要原因是导向孔曲线成形不好和扩孔时出现偏扩。地表或地下磁干扰造成探头探测数据失真，易诱导导向孔曲线成形不好；穿越地层软硬不均和扩孔器组合方式不当，易诱导扩孔器在孔道内偏扩。为防止在定向穿越

41、施工过程中，孔道出现“s”形的现象，采取以下两项措施：3.1.8.1导向孔控向保护措施1认真做好穿越中心线的磁方位角测量。在导向孔开钻前，测量穿越中心线的磁方位角。通过在地表多点测量（一般情况下，出、入土侧各取两个点），然后将各组数据进行分析对比，排除由于磁干扰而错误的数据，确定正确的磁方位角数值。如果各组数据相差较大（0.2以上），则增加测量点（24个），直到确定正确的数值。2导向孔严格按设计曲线钻进在开钻前对司钻人员作好详细的技术要求，对每一根钻杆的钻进要求提前标注在图纸上；在钻进时，准确及时地向司钻人员发布控向指令，并随时根据钻进情况调整司钻推进、旋转操作。使导向孔严格按设计曲线钻进。在

42、导向孔施工阶段，重点控制导向孔钻进质量，避免误操作。导向孔是以后各级预扩孔和回拖管道的基础。控向员严格按图纸设计要求进行控向，控制单根钻杆的折角变化，保证穿越曲率半径、管底最大埋深、入土角及出土角均能达到相应设计规范的要求。要确保导向孔的成形质量，控制出土点的精度，导向孔曲线要光滑并达到管道弹性半径要求。3合理的扩孔工艺扩孔工艺包括扩孔器系列的组合、扩孔次数的确定、扩孔速度的选择等。合理组合扩孔器系列，采用板式扩孔器和桶式扩孔器同时搭配使用，确保了孔道成形质量。确定合理的扩孔速度，使泥浆和钻屑比例达到1：1，降低回拖力和扭矩。4锚固箱的加固在钻机前用c25混凝土及钢管排加固锚固箱。锚固箱的合理

43、加固能使钻机充分发挥出自身的性能，增强钻机的抗风险能力。5钻具的检查在开钻施工前认真检查钻杆、麻花钻杆、扩孔器、卸扣、万向节等钻具，清洗丝扣并进行无损检测，确保内部无损伤，在扩孔、回拖前还要检查并确保扩孔器的水眼畅通，卸扣无变形、锁销完好，万向节丝扣润滑，对钻杆、麻花钻杆要进行严格的选择。6助力在回拖过程中，如果发现回拖力迅速增大、钻机回拖困难，就采取助力的措施。具体做法是：在回拖管道尾部的左右对称地分别焊上一个拉环，在两边用单斗、推土机、吊管机等设备拉住拉环，同时助力。7缩短施工周期时间越短，孔道塌方的可能性就越小。要及时更换扩孔器、连接回拖管道等。在人员、设备及材料等方面要确保能满足施工需

44、要，不能影响施工进度、延误工期。3.1.8.2扩孔防偏1认真分析穿越各地层组成成分、物理力学性质。穿越各地层往往软硬不均，因此，在钻前，要将各穿越地层的岩土类型、含水量、孔隙度、粘聚力、内摩擦角、地基承载力标准值、侧摩阻力、锥尖阻力等等，仔细阅读，将这些数据标识在穿越曲线图上，以指导司钻人员操作。2根据穿越地层选用合理的扩孔器组合方式。原则上，在地层是呈软塑、可塑状态的淤泥质粘土或粉质粘土时，采用桶式扩孔器；在地层时呈硬塑状态的粘土或粉质粘土时，采用切割刀式扩孔器。保证孔道成形良好，整体曲线不变形。3在扩孔器进入软地层扩孔后，在扭矩控制在40000ft*lb内的情况下，尽可能加快扩孔速度；同时

45、，加大泥浆排量，保持井口返浆流速基本不变，避免返浆倒灌入孔道内。3.1.9出土点误差控制措施定向穿越出土点误差包括横向误差和纵向误差，造成横向误差的原因主要有：穿越中心线的磁方位角测量值不准确；在导向孔钻进时，探头受到不明原因的磁干扰；钻机中心线与设计穿越中心线不重合，而施工时，又忽略这二者之间存在的夹角。造成纵向误差的原因主要有：出入土点的标高差不准确；向计算机输入的钻杆长度不准确；探头自身精度和控向软件理论计算误差也会导致出土点有一定的偏差。针对造成出土点误差的原因，采取以下措施来保证出土点的精度：在开钻前，根据设计交桩，将出、入土点准确定位；对出、入土点之间的距离（即穿越水平长度）、出、

46、入土点的高程进行复测；在出、入土侧准确确定中心桩。1测量正确的穿越中心线磁方位角数值在开钻前要测量出穿越中心线磁方位角数值。在测量时，注意避开地表上如有较大电流磁场的高压电线、汽车等较大的钢铁物体和地下的已建钢铁管道等，以免探头受到磁干扰的影响而使测量出的数据错误。在测量时选取多点进行测量，一般出、入土侧各选取两个点进行测量，每一点测量4组数据。测量完成后，现场进行各组数据的分析，如果测量出的磁方位角数据有两组以上误差超过0.2以上，则还需增加测量点，直到确定了正确的磁方位角数值。2将钻机中心线与设计穿越中心线保持成一条直线钻机中心线是由地锚系统的中心线决定的，因此在安装地锚系统时，将其中心线

47、与设计穿越中心线保持成一条直线。在钻机就位完成后，检查钻机中心线是否与设计穿越中心线保持成一条直线，如果有夹角存在（一般这个夹角很小），实测出夹角数值。3按钻进顺序测量出每一根钻杆长度，测量数值精确到0.01m，并做好记录。4在导向孔钻进时，全过程监控磁方位角的变化情况，排除由于不明物体对探头的磁干扰的影响，保证磁方位角的测量准确。5在钻前，对岩土工程地质报告作认真分析研究，尤其是出土一侧的地层情况，避免在钻头在向上造斜时，因土质过硬或过软而无法抬头造成延长出土。（二）顶管施工3.2.1施工工艺流程（1）、泥水平衡式顶管微型掘进机被主顶油缸向前推进，掘进机头进入止水圈，穿过土层到达接收井，电动

48、机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层。挖掘的土质，石块等在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。在挖掘过程中，采用复杂的土压平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面的沉降和隆起的效果。掘进机完全进入土层以后，电缆、泥浆管被拆除，吊下第一节顶进管，它被推到掘进机的尾套处，与掘进头连接管顶进以后，挖掘终止、液压慢慢收回，另一节管道又吊入井内，套在第一节管道后方，连接在一起，重新顶进，这个过程不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。掘进机在掘进过程中，采用了激光导向控制系统

49、。位于工作后方的激光经纬仪发出激光束，调整好所需的标高及方向位置后，对准掘进机内的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内，并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。操作者可以根据需要开启位于掘进机内置式油缸进行伸缩，为达到纠偏的目的，调整切削部分头部上下左右高度。在整个掘进过程中，甚至可以获得控制整个管道水平、垂直向30cm内的偏离精度。当工作井完成以后，经调试完毕的液压系统，顶管掘进机便通过运输至工地，并安装就位至导轨上，微型掘进设备还包括，操纵室和遥控台、液压动力站、后方主顶、泥水循环装置，激光定位装置，减摩剂搅拌注入装置，泥水处理装置；其他辅助装置包括起重机，发电机、卡车、电焊机等。随

50、后，微型掘进装置上。泥水平衡式顶管突出的优点：适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高，以及变化范围很大的条件下，它都适用。可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小，因而由顶管引起的地面沉降较小。与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其在粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业。泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。（2）、施工工艺流程：测量引点工作井施工测量放样井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装地面辅助设施安装顶管掘进机吊装就位激光经纬仪安装掘进

51、机出工作坑正常顶进顶管机进接收坑。3.2.2顶力计算、最大顶距确定和准备工作本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、地面运输和开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。本工程土质参数基本相同，顶力计算时分不同管径取一个最大管径和最大单元长度进行计算。、顶力的计算最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距108米计算：f=f1+f2上式中：f总推力； f1端阻力； f2侧壁摩阻力；f1=/4dp式中d管外径；p控制土压力；p=koho式中：ko静止土压力系数，一般取0.55 ho地面至掘进机中心的高度，取值13m 土的重量，取1.9t/m3f2=dfl式中：f管

52、外表面综合磨擦阻力，根据地质勘察报告，取值0.40t/m2 d管外径 l顶距最大f=f1+f2 =204.84 t工作井内设备顶进能力可达到800t，采用4个200t的千斤顶完全满足要求（本工程顶管采用触变泥浆，顶力将远小于理论计算值，因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求，设计图纸最大顶距为108m是合理的经济距离）。、地面准备工作在顶管顶进施工前，按要求进行施工用电，用水，通道，排水及照明等设备的安装。施工用电每台套采用150kw的发电机组。水需从外拖运，要修进场简易便车道，保证施工管材料、设备及机具进场。还需铺毛渣石的场平。现场设备摆放空间至少需长45米，宽55米的平整封闭场平区域。

53、施工材料，设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求。管节等准备要有足够的余量(2030m)。井上，井下建立测量控制网，并经复核报验监理认可。井下准备工作及井内布置工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。顶管基座为钢结构预制构件，顶管基座位置按管道设计轴线准确进行放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位安装固定。基座上的导轨按照顶管设计轴线并按实测洞门中心居中放置，并设置支撑加固，保证基座稳定不变形。技术交底，岗位培训在顶管施工前，对参加施工的全体人员分阶段进行详细的技术交底，对各技术工种进行岗位培训，经考核合格后，才能上岗。3.2.3后座墙后座墙是顶进管道时为

54、千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、后背或者后背墙等。在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，顶进工程就要停顿。后座墙设计要通过详细计算，其重要程度不亚于顶进力的预测计算。后座墙主要有功能是在顶进过程自始至终地承担主顶工作站顶管前进时的后坐力。后座墙的最低强义应保证在设计顶进力的作用下不被破坏，要求其本身的压缩回弹量为最小，以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率。在设计和安装后座墙时，应使其满足如下要求：（1）、要有充分的强度在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不至破坏。（2）、要有足够的刚度当受到主顶工作站的反作用力时，后座墙材料受压缩而产生变形，卸荷后要恢

55、复原状。如压缩回弹量大，会导致大量行程消耗在后座墙压缩变形土，从而大在降低千斤顶的有效冲程，使顶进效率降低。故后座墙必须具有足够的刚度。（3）、后座墙表面要平直后座墙表面应平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶力损失和发生质量、安全事故。（4）、材质要均匀后座墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的后从力时造成后座墙材料压缩不匀，出现倾斜现象。（5）、结构简单、装拆方便装配式或临时性后座墙都要采用普通材料、装拆方便。、后座墙的强度及其影响因素:后座墙的强度取决于千斤顶在顶进过程中施加给后座墙的最大后从力，后从力的大小与最大顶力相等。影响顶力的因素甚多，可分为客观因素及主观因素两类。客观因素包括管材种类、管径大小、顶距长短、覆土厚度、土的种类、地下水位、管节重量等；主观因素包括操作误差、顶进方法、中途停工与否、是否采用润滑剂等。影响顶进力的客观因素在其他章节已经作了介绍。现在主要讨论影响后座墙强度的主观因素。（1）、顶进误差在顶进过程中，由于土质、设备的操作等原因，导致管子的方向或高程出与偏差，这种偏差称为顶