水平定向钻进拉管施工工法学习资料

1、此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除 水平定向钻进拉管施工工法 工法编号： FJGFEJ14-2011 1 前 言 随着我国经济持续稳定地增长， 城市化进程的进一步加快， 我国地下管线的需求量也在 逐年增加。 加之现代文明意识和环保意识的逐渐加强， 开挖路面进行地下管线施工导至的社 会问题、 交通问题和环境污染问题已越来越受到人们的关注， 城市限制开挖施工的法规将陆 续出台。非开挖技术地下管线施工具有不污染环境，不影响交通，施工周期短，综合成本低 等优点。在地下管线施工中获得广泛应用。作为非开挖技术之一的水平定向钻进拉管施工， 近几年来取得长足发展， 在城市地下管网施工中得到越来越多的

2、应用。 在福建省泉州晋江市 乌边港截污管道工程等地下管网施工中，采用该工法取得明显的社会和经济效益。 2 特点 2.0.1 施工工艺简单，可操作性强，容易组织实施；通过对现场勘察，设计好穿越线路， 连接钻头和管道，钻机就位，即可开始施工。 2.0.2 不污染环境，不影响交通，对地层地面破坏小，能满足城市地下管网施工高环保的 要求。 2.0.3 成本低，社会效益与经济效益显著，可减少开挖行政审批，便于施工组织，综合成 本低。 2.0.4 安全性好，由于采用拉管施工，施工人员操作均在地面上进行，避免了深基坑作业 等不良施工条件的影响，提高安全系数。 2.0.5 管道连接质量好， 因管道连接均在地面

3、上进行， 单段管道连接合格后一次拉管铺成， 提高了管道连接质量。 2.0.6 施工周期短，与传统“挖槽埋管法”相比，大大缩短了施工周期，无须运输和堆放 土，只须运输少量泥浆。 3 适用范围 3.0.1 本工法适用于市政给水排水施工。 3.0.2 本工法是一种非开挖铺管技术，适用于穿越河流、湖泊、建筑等障碍的管道铺设以 及不适合开挖的城市市政地下管网施工。 3.0.3 适用于不含大卵石的各种地层， 包括含水地层， 不适用于砾石层， 一般用于软土层。 3.0.4 适用管材为钢管和 PE管，管径为200 1200mm管线长最大可达 1500m。 3.0.5 因受到探测器的探测深度限制，导向钻进深度最

4、大15m。 4 工艺原理 定向钻进拉管技术是利用定向钻机、导向钻头和导向仪等施工设备，按照设计的钻孔轨 迹（一般近似弧形），采用定向钻进技术先施工一个近似水平的先导孔，待先导孔钻头在被穿 越障碍物（河流、公路）的另一侧露出后，卸下导向钻头换上大直径的扩孔钻头和直径小于 扩孔钻头的待铺管线， 然后进行反向扩孔，同时将待铺设管线拉入钻孔。有时根据钻机的能 力和待铺设管线的直径大小可先专门进行一次或多次扩孔后再回拉管线，等全部的钻杆被拉 回时，铺管工作同时完成。如图4 却卜脚卑却扌I曲* ./ / 回拉矩 图4工艺原理图 5施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 水平定向钻进拉管施工工艺流程见图5

5、.1 图5.1 水平定向钻进拉管施工工艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 1应取得管线工程平面图和相应施工图纸。 2既有管线和地下管网图。 3相关技术规范。 4设计单位的技术交底。 522现场勘察 1根据有关部门提供的审批内容，对管线工程周围的地形进行测量，按施工要求初步定 出钻孔中线和地表走向；测量中心线高程，并根据要求的铺管深度初步确定导向孔的倾斜长 度和入土点位置、铺管长度、下管位置，还应考虑施工用的钻机、泵站及卸管用吊车等设备 布置所占用的场地和空间。 2穿越河底的铺管工程应测量河道周围的地形地貌，河床底部形态和水位情况，穿越公 路的铺管工程应考虑车辆往来情况，确保施工安

6、全。 3现有地下管线探测应不小于穿越路线两侧5m并查明现有地下管线的性质类型及所 在的空间位置，可采用管线探测仪进行探测，为管线铺设轨迹设计提供参考数据，以便导向 孔设计时避开这些设施，并保持一定安全距离。 523 导向孔轨迹施工设计 1确定钻孔类型和钻孔轨迹的形式：钻孔类型和钻孔轨迹形式取决于拟铺设管线材料 的性质和铺设要求、钻孔地质条件、施工单位设备的性能、现有地下管线的分布、地上地下 障碍物的分布、水域覆盖面积和深度、施工安全性和经济性等条件。 2确定出入土点和造斜段：出入土点是钻头始钻和出土的位置；造斜段是指同一孔身 中由直线段变为曲线段的地段，造斜段宜选择在较硬土层中的孔段，同时要使

7、后续轨迹避开 现有管线和地下障碍物。如图523-3 3确定钻孔孔身轨迹参数：参数包括各孔段的长度，各孔段起点和各点的倾角，采用 计算法比较准确。 1) 导向孔轨迹一般由三段组成，第一造斜段、直线段和第二造斜段，直线段是管线穿越 障碍物的实际长度， 第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二斜段是钻杆出露地表的 过渡段。如图523-3 第二造斜段 直线段 第一造斜段 图 5.2.3-3 2) 计算公式： Lih(2R h) 1=叫邓h L2h(2R2 h) 2 =2arctg 式中h 铺管m L定向钻铺管水平长度 Ri第一造斜段曲率半径，由钻杆曲半径决定，一般为Ri 1200d（钻杆直径mm）

8、甩一第二造斜段曲率半径，由待铺设管线允许弯曲半径决定，一般为 甩仝1200d（待 铺设管线直径mm） i入土倾角 2出土倾角 2）由计算法得出各参数后，还应考虑其它因素对入口倾角和出口倾角的限制，其中钻 机倾角可调节范围是限制入口倾角的主要因素，一般可在10045之间调节，出口倾角对于 PE管一般控制在0 30,对于小口径钢管控制在015以内，大口径管材一般用下管工作 坑来代替第二造斜段。 5.2.4 回拉力计算：水平定向钻进回拉力计算是一个关键，直接关系到钻机与管材的选型， 正确估算回拉力至关重要。 估算公式 D2 F= Lf Y d 1 D 1 K DL 4 式中：F计算的拉力（T） l穿

9、越长度（m F摩擦系数0.10.3 D生产管直径（m 3、 Y泥浆密度（T/m ） 1 生产管壁厚（m） K粘滞系数（0.010.03 ） 定向钻机选择宜根据上式计算值1.53倍来选择 5.2.5 定向钻机选择 1根据已经计算出的回拉力等参数选择水平定向钻进铺管钻机，回拉力是其主要参数， 它们是根据工程大小要求选择钻机的重要依据；回拉力20T以下为小型钻机，2045T为中 型钻机45T以上为大型钻机。 2钻头是钻进的重要工具之一，对于不同土层须采用不同种类的钻头。 1）在淤泥质粘土中施工，一般采用较大尺寸的钻头，以适应变向的要求。 2）在干燥的软粘土中施工，采用中等尺寸钻头，可以较快地实现方向

10、控制。 3） 在硬粘土中，较小的钻头效果比较理想，但应保证钻头比探头外向尺寸大12mm以上。 4）对于砂质淤泥，中等到大尺寸钻头效果较好。 3钻杆规格型号和强度、扭矩等机械性能应符合钻头工作扭矩、钻机顶力和回拉力的 要求，钻杆曲径半径应不小于钻杆外径1200倍,弯曲和损伤的钻杆不能使用。 4选择适合现工程地质等级的单级或多级扩孔头。 5定位与导向仪器：在钻进导向孔时，钻进工作人员用导向仪确定钻具位置，利用导 向仪获取的数据与预先设计的基准轨迹和实际轨迹进行比较，调整钻进轨迹，使其按原设计 轨迹钻进。常用仪器有手持式跟踪仪，这种仪器在水平定向钻进中使用最广。 526工作坑控制井度施工： 1为有效

11、控制定向钻孔高程而设立的控制井，结构形式和间距由设计单位确定； 2水平定向钻进铺管可以不开挖路面，可以穿越障碍物，但还需开挖起始工作坑（即 定向钻进始发点）和出口工作坑（即定向钻头出土位置），同时也为满足施工过程积存泥浆 和从孔中排出的渣土的需要，占用回拉管线入孔场所。 5.2.7导向孔施工 1施工步骤: 2导向钻头方向控制：导向孔钻进是通过导向钻头高压水射流或泥浆冲蚀破碎，旋转 切削成孔的；导向钻头前端为15造斜面，该造斜面作用是在钻具不回转钻进时，斜面对 钻头有个偏斜力，使钻头向着斜面的反方向偏转，钻具在回转顶进时，由于斜面在旋转中方 向不断改变，斜面周向各方向受力均等，使钻头沿其轴向的原

12、有趋势直线前进。 3导向头方向纠偏：导向孔施工多采用手提式导向仪来确定钻头所在空间位置。导向 仪由探头、地表接收器和同步显示器组成。在施工中导向钻头的准确位置和造斜面方向是通 过安装在钻头腔室内的信号发射器及地面跟踪导向仪来测定的，并显示在同步显示器上供操 作人员掌握孔内情况， 以此操作钻头纠偏。 导向钻进应按设计轨迹的参数钻进，当发现偏离 设计轨迹时，就通过调整钻头斜面的方向，进行造斜纠偏，直到钻头位置回到设计轨迹为止， 这样就是钻出和设计轨迹重合或非常接近的导向孔。 5.2.8 扩孔施工： 1扩孔是将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上，以减小铺管时的阻力。扩孔时将扩 孔钻头连接在钻杆后端，

13、然后由钻机旋转回拉扩孔。 随着扩孔的进行，在扩孔钻头后面的单 动器上不断加接钻杆，直到扩至钻机同一侧的工作场地，即完成了这级孔眼的扩孔，如此反 复通过采用不同直径的扩孔钻头扩孔，直至达到设计的扩孔孔径为止。 2根据管道曲率半径、地层条件、扩孔器类型等确定一次或分次扩孔方式。分次扩孔 时每次回扩级差控制在100 150mm终孔孔径宜控制在回拉管节外径的1.2 1.5倍。 529管材连接：钢管连接采用焊接，PE采用热熔连接。待铺管材是在回拉铺管前连接完 成并试验合格后方可回拉铺管。 5.2.10 回拉铺管：末级扩孔时，在回拉钻杆后接上扩孔头和旋转接头，在旋转接头后接上 拉管头和待铺设的管线进行反扩

14、铺管，当扩孔头到达钻机一侧地表时同时完成末级扩孔和铺 管施工。 5.2.11 钻进泥浆： 1在导向孔钻进、回拉扩孔及回拖施工时，应及时向孔内注入泥浆。钻进泥浆主要作 用是稳定孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、防止管壁磨伤、冷却钻头和发射探头、消除钻进 产生的土屑。 2泥浆材料配比和技术性能指标应满足施工要求，并可根据地层条件、钻头技术要求、 施工步骤进行调整。 1）钻进泥浆常用配料：水、膨润土，聚合物等。 2）钻进泥浆PH值应控制在810的范围内。 3） 钻进泥浆的密度一般控制在1.121.25g/cm 3，现场用标准泥浆比重计进行测量。 3泥浆液应在专用的搅拌装置中配制，并通过泥浆循环池使用；从

15、钻孔中返回的泥浆经 处理后回用，剩余泥浆应妥善处置。 5.2.12 配套设施施工及现场清理 1管线检查井、工作井、钻机工作坑、下管坑清理回填及地面复原。 2配套设备撤场。 5.3 劳动力组织 本工法劳动力组织见表 5.3 表5.3劳动力组织情况表 序号 职另U 人数 序号 职另U 人数 1 项目负责人 1 5 拉管机操作工 2组 2 技术负责人 1 6 焊工 2 （焊接钢管） 3 安全负责人 1 7 机修 2 4 财务 1 8 起重机操作工 2 焊工为焊接钢管所需，焊接 PE管焊接工及设备均由管材供方厂家提供并操作。拉管机 操作工、起重机操作工、焊工均需持证上岗，施工前应对施工人员进行培训。

16、6材料与设备 6.1 材料 6.1.1 水平定向钻进铺设的管材一般选用钢材和PE管，应具有足够强度、韧性良好的焊接 性能和抗腐蚀能力。管材、焊接材、防腐层等工程材料应符合国家相关标准的规定和设计要 求； 6.1.2 管材除满足设计要求外，应满足铺设过程中的荷载（摩擦力、弯曲应力、浮力、张 应力等）作用的总应力以及回拉力的要求。 6.2 设备 主要设备机具见表6.2.1 表6.2.1主要设备机具表 序号 设备名称 单位 数量 备注 1 定向钻机 台 1 小型（拉力20T以下） 中型（拉力20T45T） 大型（拉力45T以上） 根据计算岀的回拉力确定钻机型号 2 钻杆 套 2 含连接头 3 导向系

17、统 套 1 手持式导向仪 4 扩孔头 套 1 根据管径大小配套不同直径 5 钻头 套 1 适用工程地质 6 泥浆设备 套 1 含搅拌、压浆及泥浆收集设备 7 拉管头 套 1 和施工管材相配套 8 旋转接头 套 1 和拉管头相配套 9 起重机械 台 1 吊车 7质量控制 7.1 质量控制标准 7.1.1 定向钻进管道施工管道允许偏差符合给水排水管道工程施工及验收规范GB50268 2008。见表 7.1.1 表7.1.1定向钻施工管道的允许偏差 检查项目 允许偏差 （mm 检查数量 检查方法 范围 点数 1 入土点 位置 平面轴向、平面横向 20 每入、 岀土 占 八、 各1点 用经纬仪、水准仪

18、 测量、用钢尺量测 垂直向高程 20 2 出土点 位置 平面轴向 500 平面横向 1/2 倍 D 垂直向咼程 压力管道 1/2 倍 D 无压管道 20 3 管道 位置 水平轴线 1/2 倍 D 每节管 不少于 1点 用导向探 测仪检查 管道内底高程 压力管道 1/2 倍 D 无压管道 20,-30 4 控制井 井中心轴向、 横向位置 20 每座 各1点 用经纬仪、 水准仪测量、钢尺 量测 井内洞口中心位置 20 注：D为管道内径（mn）。 7.1.2 给排水管道安装完成后，管道功能性试验（压力管道水压试验和非压力管道闭水试 验），按给水排水管道工程施工及验收规范GB50268执行。 7.1.

19、3 导向孔钻进、扩孔、管段回拉及泥浆液等符合设计和施工方案要求； 7.2 质量保证措施 7.2.1 导向孔轨迹设计必须符合现场勘察情况及设备实际性能参数。 7.2.2 设备及配套机具选用必须符合施工实际状况，尤其是地质状况。 7.2.3 在导向孔施工过程中，必须不断跟踪钻头位置，当发现偏离设计轨迹时，应不断进 行纠编，使其符合设计轨迹。 7.2.4 钻进泥浆应根据工程实际情况进行配制，以达到施工预期效果。 7.2.5 管材选择和连接应符合设计及相关规范， 连接应在单段完成且验收合格后方可拉管。 7.2.6 管段回拉前须检验试验合格。 8 安全措施 8.0.1 拉管施工中应遵照国家、省、市颁发的

20、有关安全操作规程以及企业管理标准，建立 完善的安全保证体系。 8.0.2 明确安全责任制，具体落实到个人。 8.0.3 对进入施工现场的生产人员，根据相关规范进行安全培训教育。 8.0.4 在施工前应查明施工沿线地下障碍及管线情况，对穿越地段的管线及上面构筑物做 好监测和安全保护措施。 8.0.5 穿越城市道路、公路、铁路、河流时，应制定有效防护措施，并派专人负责看护和 指挥交通。 8.0.6 施工场地应设置安全警示标志，避免非生产人员进入现场。 8.0.7 施工人员应着装安全标志服。佩戴安全帽、手套、工作鞋及防护口罩等。 8.0.8 现场施工各岗位人员必须保持良好的工作关系，用对讲机或其他通

21、信方式联系时， 信号不清晰时不得随意判定信号内容。 8.0.9 钻机设备停放在边坡上施工时，应采取措施防止滑落翻倒并做好应有的施工防护措 施。 8.0.10 管线连接应遵守相应的安全制度。 9 环保措施 9.0.1 工程施工过程中严格遵守国家和地方政府有关环境保持法律、法规和企业的规章制 度，并制定相关施工管理制度。 9.0.2 将施工场地和作业限制在工程建设允许范围内，合理布置；施工规范围内做到标牌 清楚，齐全，施工现场整洁文明。 9.0.3 对施工中燃油、工程材料、设备废水，生产生活垃圾、弃渣等应加强控制和治理， 遵守废弃物处理的规章制度，定期清理废弃物。 9.0.4 对施工中可能会影响到

22、的各种公共设施或构筑物应制定可靠的防止损坏和移位措 施，加强监测，防止发生事故。 9.0.5 钻机使用过程中泥浆要用吸污车集中清运，防止污染周边环境。 9.0.6 在入土点，出土点旁各开挖一个泥浆坑，并配有泥浆专用设备，保证施工现场的清 洁卫生。 9.0.7 优先选用先进环保的设备，采取措施降低施工噪音到允许值以下，尽可能避免夜间 施工。 10 效益分析 10.0.1 本工法施工工艺简单， 不污染环境， 无需挖槽， 占用场地少， 无须运输和堆放杂土， 成本大幅降低。 10.0.2 经济效益明显，可节约挖填土方费用、降水费用、抽水台班费用，降低施工成本。 10.0.3 与传统挖槽埋管法相比，一次

23、铺设管道长，综合造价低且管径越大，埋设越深， 效 益越显著，大大缩短施工周期 10.0.4 社会效益显著，施工不破坏原有路面，对周边道路交通周边环境影响小，工期短， 对群从生活干扰少，便于施工组织和建立和谐社会。 11 应用实例 本工法成功应用于 2008年2009年施工的福建省泉州晋江市乌边港截污管道工程， 20092010年西崇左市宁明县，宁明污水处理及排污管网一期工程，20092010年广州市 番禺区大石街污水处理厂首期土建工程， 工程质量满足规范和合同要求。 现以晋江市乌边港 零工污管道工程为例进行说明。 11.0.1 工程概况 福建省第五建筑工程公司施工的晋江市乌边港截污管道工程采用水平定向钻拉管施工， 水平定向拉管工艺铺设管道总长达2.8km.