非开挖定向钻管道施工组织设计

1、穿越施工方法及方案穿越工程概述：在管道施工过程中，遇到过路、过河、过铁路、高速公路等不能开挖地段均采用定向钻穿越施工，此施工方法深受政府及广大市民欢迎。该项技术是利用先进的钻掘设备配合先进的测量技术手段，在不对公路、铁路、河流等地表设施损害的情况下铺设、更换各种地下管道的施工技术。国外称为Trenchlesstechnology或No-Dig（非开挖技术）。它与传统的破路挖沟铺设管道施工方法相比，具有不破坏道路结构，不干扰路面交通，无泥尘污染，不破坏环境，铺设管道导向定位精度高，工期短，成本低，施工安全性能好等优点。目前该技术被广泛应用在电信、电力、燃气、石油、自来水、热力、污水等地下管线铺设

2、。在国内大中城市利用非开挖技术穿越公路、铁路、水渠、河流铺设管道已占60%左右。在具体施工过程中，先进行穿越地段工程审批，地下管线会签，然后依据会签图纸进行地下管线勘察，确定交叉及平行管线位置，绘制施工平面图及剖面图制定施工方案。施工中钻机坐在地面，钻机30米前面开挖一定深度的作业坑称之为入土点。钻机的钻杆与地面形成10-30度的夹角钻入地下，钻杆的前面安装一个专用导向钻头，此钻头内装有一个信号发生器，用于发射信号。地面的接收仪可以接收信号，并可以转换成钻头的深度、角度、方向等数据显示出来。通过各种数据利用钻头力学矢量和原理调整钻进深度、角度、方向，到达作业坑内使之达到水平或者一定角度并符合埋

3、设管道深度的要求。通过作业坑后保持一定角度钻进。钻进曲线应满足钢管曲率半径要求。在钻进过程中，通过钻头不断向导向孔内注射化学泥浆，使之润滑和固壁，并且保护回拖管道外壁减少划伤。在钻过路面、河流之后到达接收坑称之为出土点。在接收坑内卸掉钻头安装上回扩器进行逐级别扩孔，扩孔直径应大于管径的1.21.5倍。孔道形成后，回扩器后安装一个回拖万向节，万向节与回拖管材之间采用卸扣联接。在回拖过程中边旋转扩孔边回拖管线，回拖过程中通过回扩器不断向孔内注射化学泥浆，使之润滑和固壁并保护管材减少磨损。到达入土点作业坑后打开卸扣，回扩器拉到地面，穿越管线便埋入地下，此路段穿越完成。1、工程概况1.1 概述1.1.

4、1 工程名称：双阳区供热管道定向钻穿越工程。1.1.2 建设地点：双阳区西北部。1.1.3 建设规模：定向钻穿越水平长度约为300m,管彳为426,采用聚氨酯保温防腐。1.2 施工概况双阳区供热管道定向钻穿越工程入土点在河北岸，出土点在河南岸。穿越平均水平长度为300m。管道用管材为：螺旋焊接钢管，管道规格为：小426。根据现场情况考察，入土点位置在河北岸空地上，钻机和辅助设备场地需要征用30米X20米空地。出土点在河南岸小区内空地上，出土点作业场地征用30米X20米的空地。出土点焊接作业带，焊接场地的作业带为350mx10m。穿越入土角为10°,出土角为12°,穿越曲线曲

5、率半径为512m,穿越最大深度为-12m（以入土点标高为基准），河深4米。穿越供热管道采用螺旋焊管，管道规格为426,采用聚氨酯保温防腐-可编辑修改-1. 3地形、地貌、地质供热管道定向钻穿越工程位于双阳区西北部，穿越地段地形起伏较小,管道纵横交错，河面较宽，落差较大，地质较为复杂。1、淤泥质粉土，褐黄色一灰色，混砂，饱和，结构松软，分布于河道范围内。2,耕表土，褐色一褐黄色，稍湿，稍密一中密状态。3,粉砂，褐色一褐黄色，湿一饱和，中密状态，混粉土。4,细砂，黄褐色一灰褐色，饱和，中密状态，夹粉土薄层。5、中砂，含砾石（5-20%）,灰色，饱和，中密一密实状态，上部局部为细砂夹层粉土，或为粉细

6、纱透镜体，局部为砾砂，该层成分为石英为主，磨圆度较好。6、粉土，灰色，饱和，密实状态，局部为中密状态，夹薄层砂土或砂土互层。分布不均匀。7、粗砂，局部为砾砂及圆砾，灰色，饱和，夹粉细砂及粉土薄层，下部含卵石（粒径20-60mm,含量10-30%mm）,呈次圆一次菱角状。8,粉土，局部为粉质粘土，呈硬塑一坚硬状态，灰色，湿一饱和，密实，局部混砂或与粉西砂互层。该层厚度较大，为第三系泰康组，半成岩状态，未钻穿。2、工程施工程序3、 钻机场地施工方案3.1 钻机场地施工程序3.1.1 现场勘察：根据施工图纸对穿越现场进行地下管线勘察，并且要进行管线会签，确保管线安全。3.1.2 测量放线：根据设计交

7、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。3.1.3 平整钻机场地：钻机入场之前，对机位进行平整（15米X10米），保证地面不下沉，使钻机发挥出最大功率。3.1.4 地锚坑、作业坑开挖：施工之前，对出土点入土点进行挖掘作业坑（5米X4米），为施工作好准备。3.1.5 现场围挡：钻机入场之前，要对施工现场、作业坑围挡（20米X8米），保证封闭施工，确保施工安全。3.1.6 钻机及配套设备就位:首先将钻机就位在穿越管线中心线位置上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。施工用水取河水放入水罐，经沉淀后加入膨润土及必要的添加剂。

8、3.1.7 测量控向参数：按操作规程标定控向参数，个别穿越工程现场地形复杂，不利于测量，为保证数据准确，在管中心线的五个不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。3.1.8 泥浆配制：按本次穿越泥浆工艺要求及地质情况编写配制方案，确定正确的混合次序，按不同的地层配制出符合要求的泥浆。3.1.9 钻机试钻：各系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕后试钻，钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。3.1.10 钻导向孔：管线焊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

9、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，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。3.1.11 预扩孔：导向孔完成，钻头出土后及时拆卸，装上检查合格的扩孔器进行预扩孔，因穿越距离长孔径大，卸钻铤和钻头时，采用液压卸扣钳保证及时卸扣3.1.12 扩孔、回拖：导向孔经预扩，孔径达到管线回拖要求的条件，将检验合格的穿越管线放入发送沟并检查无误后回拖。回拖前仔细检查扩孔器、旋转连接器、卸扣（旋转连接器的抗拉力为60r封头及管道连接的焊缝均须进行无损检验，并确认无缺陷）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

10、管线敷设到预首提回拖定位置3.1.13 工程结束后，钻机场地地貌恢复，设备转场。联系建设单位、监理单位组织验收，按建设单位要求绘画竣工图纸。3.2 定向钻施工设备3.2.1主要施工设备性能表ZT50型钻机连续运行功率178KW旋转最大扭矩18000N.m最高转速65-105rpm入土角调节范围514度出土角调节范围1025度取大推/拉力55吨行驶速度范围045.7m/min钻机马达转数0-90RPM钻机外形尺寸8900mmX2400mmX2500mm穿越能力325/600m、800/300m钻机结构整体履带式钻机总重量21T泥浆泵最大流量600升/分液压钳最大上扣扭力24000N。M液压钳最大

11、卸扣扭力24000N。M泥浆技术措施3.2.7泥浆控制：泥浆是定向穿越中的关键因素。穿越过程中地层有：淤泥质粉土、耕表土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、卵砾石。我们将针对不同的地层采用不同的泥浆，由于穿越地段地质情况比较复杂，对泥浆的要求比较高，为克服这种不利因素，我们将采取以下措施：a水源就近取用河水或井水，在水罐中沉淀、过滤后配浆。b.按照事先确定好的泥浆配比用一级高效膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。c.使用的泥浆添加剂有：防塌剂、减粘剂和润滑剂等。所加添加剂采用环保型添加剂，符合环保要求。d.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

12、数量，在一般工程中我们使用1个配浆罐和5个泥浆搅拌罐。e.回流泥浆的处理：钻机场地和管线组装场地各有一个作业坑返浆收集池，泥浆通过排浆池收集，经沉淀之后处理。g.泥浆在各个阶段所起的作用如下：（1）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；（2）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；（3）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；*淤泥质粉土地层较稳定，成孔性较好，岩屑易造浆、分散，防泥包掴是关键问题，解决了防泥包掴问题也就解决了流变性稳定问题。尽量采用低粘土含量泥浆，控制适当低的

13、粘度、切力，提高泥浆中的SDX大分子聚合物浓度，以提高泥浆抑制性防泥包；加入SDJ防漏失；同时，SDX和SDJ加入泥浆中后，还能降低摩阻以减少钻进扭矩及推进阻力，从而达到提高机械钻速目的。施工时要求泥浆Gi2Pa以利携渣，粘度在4050s之间有利于提高泵排达到提高携法效率的目的。】a.入孔泥浆配方及泥浆性能泥浆性能PFPVYPYP/G1G2F孔径配方g/cmVmPaPaPVPaPaL3S.sml4%±+0.1%44950.5255"SDX+0.1%SD1.0315J541480.6049室内验证结果1.0348126.50.542.56.512b.配制工艺(1)按标准配方，

14、先按地面容积预配10方泥浆开钻，就近取淡水9方，经化验后使用，加入钠土0.4吨，SDX40公斤，SDJ40公斤(2)处理剂加入方案孔尺寸(in)泥浆排量(l/s)处理剂加入速度(包/15min)SDXSDJ5"16230.580.5817240.610.6118260.650.6519270.680.68*耕表土地层疏松，胶结差，成孔差或放置时间长容易塌孔。钻孔中容易出现泥浆窜漏情况，施工中采用适当高的粘切，较低泥浆失水，致密泥饼，要求泥浆滤液粘度高，尽量减少泥浆滤液进入地层降低胶结力，进入浅层中的SDX和SDJ增强近井壁的胶接能力，增强地层强度，有效支撑孔壁，从而达到稳固孔壁的目的

15、。同时，具有封堵能力的SDJ进入地层后亦可有效的堵塞地层中的孔道，阻止泥浆窜入地层，从而避免因泥浆窜流掏空地层而造成的坍塌情况。a入孔泥浆配方及泥浆性能井径配方泥浆性能Pg/cm3FVSPVmPa.sYPPaYP/PVG1PaG2PaFLml5"5%±+0.1%SDX+0.1%SDJ1.03547012178130.60.753681213室内验证结果1.036314100.714.58.510.4b.配制工艺(1)按标准配方，先按地面容积预配10方泥浆开钻，取淡水9方，经化验后使用，加入钠土0.5吨，SDX40公斤，SDJ40公斤。(2)处理剂加入方案孔尺寸(in)泥浆排

16、量(l/s)处理剂加入速度(包/15min)SDXSDJ5"16290.580.5817310.610.6118320.650.6519340.680.68*粉砂、细砂、中砂、粗砂含砾地层浅层粘土层在沉积过程中形成的含砾石(或姜结石)地层易造成卡钻事故。如果粘土层中含有少量的砾石(或姜结石)，因粘土地层相对稳定，在钻孔中可通过控制钻进速度逐渐将砾石挤入地层中，从而防止卡钻。如果地层中出现大量的砾石(或姜结石)，则需配合调整泥浆性能以保证孔道安全。首先，需提高泥浆的粘切，特别是较高的初始切力，利用其优异的悬浮能力及“糊壁”能力减少砾石层的崩塌速度，避免卡钻发生；其次，提高泥浆的粘土含量

17、，利用大量粘土颗粒进入砾石层间形成的胶结作用，达到稳定孔壁的作用；第三，利用泥浆把聚合物带入地层提高粘结力，增强地层自身强度，达到稳固孔壁作用泥浆配方及泥浆性能孔径配方泥浆性能Pg/cm3FVSPVmPa.sYPPaYP/PVG1PaG2PaFLml5"6%±+0.03%SDX+0.15%SDJ1.04658212189150.650.846971515室内验证结果1.047314110.7989.512a.配制工艺(1)按标准配方，先按地面容积预配40方泥浆开钻，取淡水39方，加入钠±2.4吨，SDX12公斤，SDJ60公斤(2)处理剂加入方案孔尺寸(in)泥浆排量(l/s)处理剂加入速度(包/15min)土粉SDXSDJ5"16350.170.8617370.180.9218390.190.9719410.211.034、地貌恢复方案4.1 在