夯管与定向钻对穿相结合的施工工艺

1、 夯管与定向钻对穿相结合的施工工艺 摘要：针对目前管道施工遇到的一些公路、铁路、水渠、河流等障碍物、由于建设期间的一些管道施工的穿越方法已经造成目前的埋深不足或占压现象，存在风险隐患。为了落实国家安全监管总局的文件要求，存在的这些安全风险隐患必须得到排查治理，防患于未然。根据工程特点，单一方法无法完成施工的情况，夯管与定向钻对穿的施工工艺，能有效的解决因地质与穿越长度过大的施工难点。1. 工程概况：穿越管段设计压力10mpa，原穿越方式为带水开挖，大堤外及滩地段管道采用d711 l485 螺旋缝埋弧焊钢管，壁厚分别为12.3mm和14.7mm；主槽段管道采用d71114.7 l485 直缝埋弧

2、焊钢管。该项目自投产以来，穿越位置附近的严重采砂行为导致河床整体下降了69m，采砂后管顶最小埋深1.3m，穿越处主河槽变窄，宽度约为150m。通过现场调研及穿越段管道改造工程初步设计报告中的论证与分析，得出需要对穿越段管道进行改造与治理。本说明为穿越段管道改造的施工图设计。改造段路由选择在原穿越位置下游50m，为避免后期采砂行为造成管道安全隐患，采用定向钻穿越，穿越起点里程0km+0m，终点里程2km+142.5m，单出图水平段长2142.5m，实长2150m。穿越段管线采用d71118.5 l485 直缝埋弧焊钢管，常温型三层pe加强级防腐外加玻璃钢外护；一般线路段采用d71116.0 l4

3、85 直缝埋弧焊钢管，常温型三层pe加强级防腐。穿越地质层粉土、层中砂、层砾沙、层圆砾，层强风化泥岩、1层强化砂岩、层中等风化泥岩、2层中等风化泥岩、层中风化泥灰岩、1层溶洞、 层中等风化石灰岩、 1层溶洞、共3处溶洞、揭露厚度为0.8米至4米。主河槽河底高程为67.63m，河底一下管道高程为32m。根据勘察设计资料，入土端夯入钢管长度为110米，角度与入土角度一致，为11，出土端夯入钢套管长度为114米，角度与出土角度保持一致，为8，穿越长度为1914.4m2. 施工方法的确定：定向钻对穿与夯管穿越相结合的施工方法是长输管道工程在特殊环境下，夯管施工与定向钻穿越不能单独完成的穿越工程，如遇到

4、中粗砂、细棉纱等特殊地质条件下，夯管与定向钻单独进行施工无法完成，从而将夯管与定向钻对穿技术相结合，完成整个穿越施工方法，通过工程现场实际情况，确定对穿与夯管相结合的施工工艺具有如下优点：1. 因在河两岸上部存在对定向钻不利的粗砂层，圆砾层，采用夯进钢管法隔离粗砂层，圆砾层的做法来穿越不利地层，夯管规格为d142222.2.，帮助定向钻辅助通过该段不良地层。采用对穿工艺有效的控制了在穿越过程中出现的偏差，导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不大于2m；出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的1%，且不大于3m；横向偏差应不大于穿越长度的2%，且不大于2m，通过对穿工艺上述问题更能有效的控制偏差。

5、本次穿越水平长度1908.1，实长为1914.4m，采用对穿工艺能够更好的保证施工质量，降低工程风险。三、工艺原理：1.0.1夯管锤的主要工作原理以压缩空气作为推进力的非开挖破土工艺。下图为“工作原理示意图”： （和以下图示略有差别的是，本工程需要调整夯进的角度，采用斜向下的方式进行夯进。因所用夯管的管径为d142222.2，单根管重量为近8吨，考率中粗砂和细棉纱的承载力，在夯管过程中管的自重会造成下沉，本项目经过专家评审后决定入土角度比设计小一度）夯管的入土角度根据设计确定下图为“定向钻对穿示意图”：1.1.1定向钻穿越与夯管施工相结合的工艺流程总体工艺：场地准备入土点夯管进第一根管撤出夯管

6、锤清土焊接1422钢套管夯进第二根管从夯进第一根管开始反复直至达到设计要求的夯管长度出土点夯管进第一根管撤出夯管锤清土焊接1422钢套管夯进第二根管从夯进第一根管开始反复直至达到设计要求的夯管长度出入土点钻机、设备进场安装调试泥浆配制出入土点同时导向孔钻进辅钻机扩孔到1.5倍穿越管径清孔洗孔主钻进进行回拖设备撤场。1.1.2夯管的施工要点夯进操作坑挖好后，按照设计要求高程进行测量，夯管工作底板夯实找平后铺20mm渣石垫底层，再在上面铺设预先割好的450mm工字钢按照800mm的间距以（工）型平行放置在工作坑的地基上，铺设工字钢2根，单根长度为2m，根据交接桩和实际测量，制定出两条导轨的中心线，

7、放置导轨后再精确找正，测量是否达到预制角度要求，再将工字钢两侧分别夯入1m长的地锚两根，地锚入土不能低于700mm，再次进行测量，无误后再与工字钢焊接牢固，由于钢管轨迹设计为水平，因此，槽钢作为导向轨道，自身必须平直无弯曲，用水准仪多点测量控制槽钢的水平，再根据需要的水平角度调节导轨的倾角，导轨示意图如下：导轨示意图：2）将套管吊入夯进操作坑中放在导轨上，在第一根套管入土端的管口内外侧安装削土器，如果阻力较大，可采用注入触变泥浆方法。即在夯进套管前端焊一根dn20钢管做导流，前端开孔，随夯进长度焊至工作坑内与注浆泵连接，随夯随注浆，从而达到减阻目的。3）安装击帽根据管径大小选择配套的击帽安装到

8、套管上。4）安装夯管锤将夯管锤吊入工作基坑与击帽连接后找正，使夯管锤、套管的中心线与设计中心线吻合。然后将夯管锤与空压机之间的管路连接好，启动空压机，打开操作阀，将夯管锤头部与击帽和套管固定紧后，关闭操作阀，检验夯管锤的方位与水平角度，若偏差超过0.5度，需重新调整就位。5)试夯打开操作阀，进行试夯，无异常后方能进行正常夯管施工。6）夯进第一根套管启动空压机，打开操作阀，夯管锤在气压的作用下开始夯进套管。由于第一根套管夯进方向的准确性是关健，所以在第一根套管夯进500mm后，应认真测量一下套管的方位与水平角度，角度偏差不能超过0.5度时可继续夯进，若轴线偏差超过允许范围，应进行纠偏，将轴线偏差

9、调整到允许范围后继续夯进工作，直到管头到达指定位置（管头留在操作坑外0.6m左右以便和第二根套管进行焊接）。一般所采取的纠偏措施：用人工在轴线偏差的相反方向将套管周围的土清除，在轴线偏差的方向钢管外壁打楔子。例如套管右侧偏差超过允许范围，可将套管左侧的土掏空，使套管与其左侧的土层之间有一定的空隙，并在钢管右面外壁打上楔子，形成套管向左前进的趋势。7）清土在套管夯进的过程中，如发现套管前进的速度非常缓慢或停滞不前，应立即退出夯管锤，卸掉击帽，将套管内的积土清除干净后在安装击帽和夯管锤继续夯进。清土时，可用高压水枪将套管内的积土冲出（采用该方法清土时，要在夯进操作坑的适当位置挖出积水坑，并将积水及

10、时排出）；一般情况下，大都采用人工进入套管内进行掏土。8）焊接用吊车把钢管吊入工作坑，与第一根管尾部组对焊接，由专业焊工进行作业，确保焊口质量绝对合格。9）第二根套管夯进焊接完成后，按照第一根夯管的工序进行第二根夯进，然后重复操作到夯进设计要求的长度。夯管作业开始后，要连续进行，尽量减少作业间歇时间，且不宜中途停止。10)清除套管内的积土套管全部敷设到位后，采取人工掏土的方式将套管内积土排出。1.1.3工程师对夯管施工的控制1）导轨的稳固性、方向正确性是最关键。因此，工程师重点检查导轨的稳定性和方向是否正确。对于硬基底，要求填碎石并捣实，对软地层基底则要求浇注混凝土垫层等进行处理，来确保导轨的

11、稳固性。2）施工过程中遵循勤勘测勤纠偏的原则，特别是开始的第一、第二根夯管过程，工程师要对轨的稳定性和方向校核次数进行检查，哪怕发现微小的偏差，都要求施工单位调整轨基，进行纠正，否则，出管位置将会出现较大的偏差，最终导致达不到设计要求。3）对夯管锤工作参数进行检查，特别是第一根管，应“轻锤慢进”夯入土层，同时，反复校核钢管方向。第一根管入土后，就基本决定了整条管的方向，严禁出现“重锤快进”，这样容易出现偏差。在发生误差时，在钢管预留土端焊一块钢板，根据力学原理与钢套管外壁成30角，起到纠偏作用。4）把好焊接关。虽然焊口不进行无损检测，但也要求施工方提交焊接工艺评定等，对焊接人员资质进行检查，冬

12、雨季施工时，要求做好冬雨季施工措施。taurus 600 夯管锤技术参数1. 直径600mm-670mm长度3645mm重量4800kg耗气量50立方米冲击次数180次/分适用管径380mm-3000mm夯击力2400吨/次如果最大压力达到8bar时瞬间可以产生2500吨/次的夯击力1.2定向钻对穿施工要点：此次穿越在入土段和出土段均需要采取夯进套管的方法穿过卵石层，钻头必须从出土段的套管中穿过才能最终完成导向孔，为此，采用两台钻机对穿导向孔，根据地质条件，采取辅助钻头引导主钻头的方式使之从出土段套管中钻出。待一切准备就绪，辅钻机在出土点，向入土点方向钻进，等待与入土点的钻机向出土点钻进的钻头

13、进行对接，对接过程中产生的偏差由主钻机(入土点钻机)进行调整逐渐消除。偏差的测量主要是依据两钻机的导向传感器相对测得的，根据传感器测量的参数，计算出偏差的方位和两钻杆的相对距离，逐渐调整，消除偏差，达到两钻头对接的目的。对接后，辅钻机后退，主钻机沿辅钻机的导向孔钻进。边钻边检测钻机的参数，保证主钻机钻头在辅钻机的导向孔内。辅钻机边退，主钻机边进，最终主钻机的钻杆到达出土点完成导向孔的钻进过程。穿越示意图如下：图解：设a点为定向钻机的入土点、d点为定向钻机的出土点，m区域为对接区域，b为a侧对接起始点，c为d侧对接起始点；从a侧采用一台500吨左右的定向钻机用传统的雪威mgs（探棒1）有线控向技

14、术打导向孔到b点（探棒1距离a点为1000m），再进行tt人工磁场的“精确”定位，误差争取控制在away1=1000m，elev=-501.0m，right=1.5m；从d侧采用一台300吨左右的定向钻机用传统的雪威mgs（探棒2）有线控向技术打导向孔到c点（探棒2距离d点为780m），再进行tt人工磁场的“精确”定位，误差争取控制在away2=780m，elev=-501.0m，right=1.5m；从m区域开始进入近靶点对接阶段，先将d侧钻杆全部抽出，卸去泥浆马达及钻头换装雪威近靶点对接专用的rmr旋转磁头，重新将磁头沿原孔送入c点（实际上探棒2约会在原有基础上再前行8米左右），再进行tt

15、人工磁场的“精确”定位，误差争取控制在away2=788m，elev=-501.0m，right=1.5m；通过控制c点的转速（3050rpm），由a侧的b点(探棒1)接收其信号，再通过近靶点软件分析系统，判断出对b点而言其前方c点的方向（左右、高低）和距离参数，进而下达a侧钻进的指令；a侧的b点每前进4.8米，重复步骤进行一次测量和校验，视具体的测量值的不同而调整步进测量的疏密程度，大约需要经过22次的测量和调整即可完成b点轨迹对c点轨迹的重合从而最终完成导向孔的对接。1.3对穿施工的一些建议及质量控制：1、施工前应进行水质化验，化验结果给出后根据钙镁离子含量有针对性的调整纯碱、火碱的用量；

16、2、建议增加泥浆水化装置；增加泥浆水化装置的目的在于使泥浆熟化达到最佳的使用效果，确保泥浆始终保持着循环流动的状态，从泥浆罐到返浆重复使用使泥浆熟化，保证泥浆有良好携带能力；3、增加泥浆短节，相应的增大泥浆排量；此次穿越穿越距离长，为保证钻杆合理的扭矩，适当增加泥浆短节；增加泥浆短节后会导致泥浆压力有所减小，为保证泥浆马达的工作压力，保证钻头的转速，不会因泥浆压力的减小而影响钻进速度，要适量的增加泥浆排量。4、若需要增加主管道的配重，建议在管线前端放置钻杆，或在管线前端注水；回拖前，计算回拖管线的浮力，根据浮力的大小来确定应加配重的具体重量。5、从施工角度出发，核实穿越设计曲线，可以适当进行优

17、化；导向施工中，根据每根钻杆钻进的情况进行实时优化。6、优化泥浆配比方案，建议根据不同地层配置不同泥浆；本项目穿越主要经过地层为泥岩、泥灰岩和石灰岩，针对各个地层的岩层硬度，在穿越工程中经过不同地层时，调整泥浆配比及添加适合地质的添加剂，达到泥浆的最优使用效果。7、优化扩孔级数；扩孔作为穿越工程的关键环节，在遵循施工规范的同时，根据前一级别扩孔过程中的数据来确定下一级别扩孔器的大小。8、针对最可能出现溶洞位置、增加探孔；主管导向过程中根据钻进的扭矩和泥浆压力，确定溶洞或裂隙，在扩孔前增加探孔。结束语 ：本项目入土点夯管夯进110m进入岩层，考虑施工难度，夯进110米可能会出现偏移或无法入岩。，最终商定距