水平定向钻进和导向钻进施工法

水平定向钻进和导向钻进施工法水平定向钻进施工法最初是从石油钻进技术引入的，主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物，铺设大口径、长距离的石油和天然气管道。定向钻进施工时，按设计的钻孔轨迹，采用定向钻进技术先施工一个导向孔，随后在钻杆柱端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设管线，在回拉扩孔的同时，将待铺设的管线拉入钻孔，完成铺管作业。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。在定向钻进中，大多数工作是通过回转钻杆柱来完成的，钻机的扭矩与轴向给进力和回拉力同样重要。水平定向钻进铺管在美国使用最多。美国按照钻机铺设管线的直径和长度能力，将用于非开挖铺管的定向钻机分为三类，即小型(Mini)、中型(Midi)和大型(Maxi)。水平定向钻进和导向钻进之间并没有严格的界限。导向钻进技术的基本原理大致和定向钻进相同，即先钻一个小口径的先导孔，随后边扩孔边回拉铺设地下管线。由于小型定向钻机采用的钻孔轨迹量测、控制技术与大中型钻机的不一样。因此，国际上通用的分类方法是将采用小型定向钻机施工的方法称之为“导向钻进”。“导向钻进”一般是指用于铺设小直径、长度较短的管线；而将采用大中型定向钻机施工的方法称之为“定向钻进”。对于大型工程，直径较大(有些直径大于1m)的管线施工则属于“定向钻进”这一范畴，如穿越较大的河流、运河和高速公路施工。水平定向钻进和导向钻进技术在铺设新管线中所占有的市场比例在不断地增加。最近几年，设备的能力得到了改进，非开挖铺设新管线的优点也越来越被广泛地重视。非开挖施工除了明显的环境上的优点外，导向钻进的相对成本在许多应用场合也降到开挖施工的成本以下，即使忽略干扰交通等社会成本也是如此。水平定向和导向钻进的优点为：对地表的干扰较小；施工速度快；可控制铺管方向，施工精度高。定向钻进的不足之处在于对施工场地要求较大，在非黏性土层和砾石层中施工比较困难，一般适用于不含大卵石的各种地层，包括含水地层。导向钻进不适用于砂层和砾石层，一般适用于软土层；由于受到探测器的探测深度的限制，导向钻进的深度有限。导(定)向钻进设备导(定)向钻进设备主要包括用于管线探测的仪器和导(定)向钻机。一、导向仪导向仪是导向钻进技术的关键配件之一，它用来随钻测量深度、顶角、工具面向角、温度等基本参数，并将这些参数值直观地提供给钻机操作者，其性能是保证铺管施工质量的重要前提。目前，导向仪有手持式、有缆式和无缆式三大类。1．手持式导向仪手持式导向仪主要由三部分组成：孔内探头、手持式接收机和同步显示器。测量深度是手持式探测仪的重要功能之一。为适应市场的需要，许多公司将仪器的测深能力由6m提高到10～20m，见表4-2。另外，测量顶角、工具面向角的方式从原来的定点显示改为连续显示，顶角的增量改为1％，这样一来使操作者可以更加方便、准确地控制钻孔的方向。大深度手持式导向仪表4-2公司名称型号测深英国雷迪公司RD385,RDD386(DDrillTTrack))4～20美国DCI公司DigiTrakkMarkkⅢ,Ⅳ,Ⅴ,Ecliipse5～21美国DitchWiitch公司Subsite75R/TT,66TKKR,7500R/T3～30美国McLaughllin公司SpotDTTekⅢ,Ⅳ,Ⅴ3～152．有缆式导向仅随着导向钻进铺管技术应用领域的不断扩大，手持式导向仪在许多场合显示出不足，如在繁忙的街道下穿越铺管时，手持式导向仪显得不太方便，易产生交通事故；穿越河流时，手持式导向仪需要船只配合，问题较多。另外，手持式导向仪的测深能力往往不能满足使用需求。这些因素促成有缆式导向仪在导向钻进中得到应用。目前有两种有缆式导向仪：一是类似石油定向钻进使用的有缆式导向仪，应用磁通门和加速度计作为基本测量元件，只是在测量深度、耐湿和耐压等性能参数方面有所简化，价格比石油钻井仪器的低。另一种是在手持式导向仪的基础上改进而成的有缆式导向仪，它通过电缆向孔底探头提供电源，增加STS发射功率，同时用电缆传输顶角和工具面向角等基本信息，深度还是通过手持式接受机来测定。这种仪器的价格只是石油钻井用仪器的10％～20％。表4-3列出的SubsitSTS属于第一种有缆仪器，另两种属于第二种有缆式导向仪。有缆导向仪的基本参数表4-3公司型号测深能力,m孔长范围,mDitchWiitchSubsitSSTS60450UtilxWirelineeSysttem25240DCIDigiTraak1000Cablle433．电磁通道无缆随钻测量仪有缆随钻测量系统解决了手持式导向仪存在的一些问题，但这种系统也有一些弱点：如电缆传输的信息须通过滑环导出；每接一根钻杆，就需要做一个电缆接头，操作繁琐；电缆的使用是一次性的，电缆接头多使故障概率增高。为了解决这些问题，美国GuidedBoringSystems公司和Maurer公司联合开发了以电磁波传输信息的无缆随钻测量系统Accunav。该系统测量精度高，测量孔长可达300m，可用于小口径导向钻孔钻进，并且成本相对较低廉。该系统也采用磁通门和加速度计作为钻孔方位角、工具面向角和顶角的测量元件。GT-l型工程导向孔多功能无线探测仪1994年河北省地矿局利用已开发的钻孔电磁信号通道及HB—1型无线随钻自动定向仪的有关技术，吸取管道探测仪的优点，研制和试验成功了工程导向专用探测仪。经过进一步改进，在1995年成功地研制出了工程导向多用途无线探测仪。该仪器的主要功能有：①管线探测仪功能；②探测钻孔和管道水平投影位置和深度；③随钻定向仪功能：监测工具面向角(360‘分16等分进行监测)和倾角(30°范围按0°、±l°、±3°、±5°、±7°、±10°、＞12°及＜－12°分段监测)；④定向指挥仪功能：向钻场监示器发送测量数据和造斜指令。仪器由孔内仪器、地面探测仪和钻场监示器三部分组成。(A)孔内仪器装在造斜工具和钻杆柱之间，它监测造斜工具面向角和倾角并向地面发送电磁脉冲信号。地面探测仪接收电磁信号，根据磁场分布和衰减规律测定钻孔水平位置和距地面的深度，解调电磁脉冲以测定工具面向角和倾角。测量结果及造斜指令由地面探测仪自动无线转发至钻场监示器。孔内仪器由传感器、控制电路、发射电路、螺管线圈和温度传感9S组成。孔内仪器通过传感器检测工具面向角和倾角。经控制电路、发射电路和螺管线圈将调制过的电磁脉冲信号发送到地面。当温度高于65℃时，控制发射电路向地面发出报警信号。孔内仪器由R2025锂电池供电，更换一次电池可连续工作24小时以上。孔内仪器外径74mNl，总长550mm，并有足够的强度、赖压和抗震能力，可以用于高压水力钻进和空气潜孔锤钻进。(B)地面探测仪由水平和垂直线圈组、滤波放大电路、解码电路、编码转发电路、80C31单片机、装合差预置器、声响器和显示器组成。其工作过程是：电磁信号由水平和垂直线圈组接收，经滤波放大电路滤波放大，经解码电路后，再经80C31单片机处理，由显示器显示磁场相对强度、钻孔深度、工具面向角和倾角。为了消除装合差的影响，设有装合差预置器，以使显示器显示真实的工具面向角。声响器用于报警和提示信号强度。编码转发电路用于转发参数的指令。地面探测仪由蓄电池供电。地面探测仪的控制和计算核心是80C31单片机。显示器为48×256点阵式液晶显示器，用数码和图形显示各项测量结果及仪器的工作状态，并用汉字提示各项操作。地面探测仪设有4个频道：50～1000Hz；10～20kHz；8kHz；32kHz。仪器可用于连续信号或脉冲信号的无源探测和有源探测。(C)钻场监视器由接收解码电路、显示电路和电源组成。电视内容包括工具面向角、倾角；显示指令包括停钻测量、稳斜钻进、纠斜钻进和造斜钻进。指令中还包括造斜方向和造斜强度。工人可据此控制钻进过程。二、GBS导向钻进系统GBS系统是目前国际上比较流行的用于非开挖工程上的定向制导钻进系统。在这里将主要介绍国土资源部勘探技术研究所生产的GBS系列非开挖导向钻机。1．GBS钻机型号说明钻机回拖能力(t)导向钻进系统（含钻具、仪器）钻机回拖能力(t)导向钻进系统（含钻具、仪器）GBS—XX系列钻机已有GBS-7、GBS-10、GBS-12、GBS-20和GBS-35型钻机。2．GBS-10钻机的特点本钻机由轮式钻机和拖挂式动力站两部分组成，两者由10m长液力管线连接。采用油缸一链条行程倍增给进机构，以实现长行程的钻进和回拉。①动力头设有卸扣自行浮动机构，以减少对钻杆丝扣的磨损，操作简便可靠。②给进机构设有回拉链条平衡器，改善承载条件。③随机液压管线集中于防护套内，提高了管线的使用寿命。④方便的角度调节油缸，配有角度指示器，调节快速，一目了然。⑤为了使钻机施工中稳固，设计有两种形式的地锚，以适应不同地层的需要。⑥采用前、后夹持器和卸扣机构，实现机械拧卸钻具，减轻了劳动强度。⑦选择高速柴油机做自带动力，现场施工方便。⑧全液压驱动，集中控制，操作方便。3．GBS—10钻机的主要技术参数(1)钻孔直径及穿越长度导向孔(mm)：Φ76最大反扩孔径(mm)：Φ355穿越长度(m／mm)：300/Φ108钢管(黏土层)(2)钻具导孔钻头(mm)：Φ76最大扩孔钻头(1Tlm)：Φ355钻杆(mm)：Φ50×5×2500弯曲半径(m)：30（3）动力传动（见表4-4）钻机动力传动参数表表4-4输入输出三联齿轮泵高压水泵组皮带轮轮传动输入转速,r/mmin2700输出GPC4－40泵泵接单片多路路换向阀进油油口1460r/mminG5－20泵接两片多路换向向阀进油口G5－5泵接五片多路换向向阀进油口（4）变速箱（见表4-5）变速箱参数表表4-5档次一档二档三档转速3.1151.7721.000输出端至高压水泵泵4698241460（5）动力头（见表4-6）转速及扭矩表（柴油机2700r/min）表4-6工作油缸及档次G5-20GPC4-40GPC4-40、G5-200输出端ⅠⅡⅢ转速，r/minn4390130扭矩，N·m10MPa160014MPa2400（6）给进机构该钻机采用油缸－链条行程倍增给进机构。其行程为2.8m；给进能力为45kN(16MPa)；回拉能力100kN(21MPa)。（7）高压水泵（见表4-7）高压水泵参数表表4-7型号3D1-SZ输入转速,r/mmin1460824469排量，L/minn402514压力，MPa18（8）液压油泵（见表4-8）液压水泵参数表表4-7型号GPC4-40--1(E1)F3-G5-200-5-S--20-R--CH名称三联齿轮泵分泵GPC4-40G5-20G%-5排量，L/minn4219.95.2压力，MPa252020（9）液压马达型号：BM-F1250H1；排量为l249mL/r；扭矩为2400N·m；压力为14MPa；转速130r/min。(10)角度调节：8°～25°。(11)钻机参数(见表4-9)钻机参数表4-9钻机动力，kW//(r/miin)钻机质量，kg钻机外形尺寸，mmm4102BG-33a型柴油机机轮式钻机:20000长×宽×高：4600×15000×1400058.8/27000拖挂车动力站长×宽×高：6125×22445×25550(1)轮式钻机由一对行走轮、滑轨、动力头、给进机构、前导向夹持器、后夹持器、卸扣机构、地锚座、角度调节机构、导管架、液压操纵箱等组成。其特点如下：①钻机支承在一对行走轮上，可方便地进行孔位移动和对中孔位靶点。②滑轨是钻机的基础部件，行走轮、动力头、给进机构、前导向夹持器、后夹持器、卸扭机构、地锚座、角度调节机构、导管架、液压操纵箱等均用螺栓紧固或用销轴连接在上面，使之成为一体。③动力头和给进机构相接，实现钻具的回转，给进加压和回拉等机能。④前导向夹持器不仅有卸钻杆扣时加持下钻杆的功能，还是可在钻进中对钻具起导向扶正作用。前、后夹持器均采用单油缸双向作用的结构，分别实现对上、下钻杆的夹紧或松开。卸扣机构在油缸的作用下，驱动后夹持器转动角度以实现卸开钻杆扣并使其复归原始状态。(2)动力站动力站由柴油机、液压油泵、高压水泵组、液压油箱、燃料箱、管线及钻杆架等组成。图4-6传动系统图l-柴袖机；2-小皮带轮；3-轴承座I；4-三联齿轮泉；5-大皮带轮；6-轴承Ⅱ；7-离合器；8-变速箱；9-高压柱塞泵①柴油发动机是整个钻机的动力(传动系统如图4图4-6传动系统图l-柴袖机；2-小皮带轮；3-轴承座I；4-三联齿轮泉；5-大皮带轮；6-轴承Ⅱ；7-离合器；8-变速箱；9-高压柱塞泵②高压水泵组由大皮带轮、轴承座Ⅱ、变速箱离合器和高压柱塞泵组成。该离合器为常闭式，液力控制离合器的打开与闭合，便于操纵变速手柄。最后由变速箱将动力输入高压水泵，并使其获得三种输入转速，以满足不同排量的需要。通常使用变速箱的第二档和第三档，以保证导向孔钻进和反拉扩孔时对泵排量的合理使用。③钻机的液压系统钻机的液压系统主要由油箱、三联油泵、操纵阀、油马达、油缸及其他附件所组成。系统内分三个袖路工作系统。共用一个油箱和油泵传动系统。主要参数：油箱容量为810L；系统压力见表4-10；液压油一般在环境温度15℃以上，推荐N46号抗磨液压油；环境温度在－15～15℃时，推荐用N32号低凝液压油。系统压力，MPa表4-10型号GPC4-40G5-20G5-5额定101216最大121421压力油泵：油液经摅油器由三联齿轮泵压至各控制阀，并驱动各执行元件。油泵是液压系统的心脏，使用中应注意以下问题：(A)不得超压使用，其工作油温在15～65℃(油箱中油的温度)；(B)保证液压油清洁，及时更换各滤油器摅芯，向油箱加入新油时，需经加油过滤器。(C)定期更换液压油，新钻机运行500小时后换油，以后每运行3000小时更换一次，必要时应提前换油，换油时应将脏油放净，彻底清洗油箱。(D)初次使用或长期存放后运转时，要使柴油机转速在最低档运转10分钟，让油泵处于空载运转，检查各液力输送管线是否畅通，且不许有漏油，不应立即满员载运转。各泵回路：(A)GPC4—40泵开式回路系统。三联泵中大泵(排量42mL／r)油液经该泵压至动力头回转换向阀，通过调节该换向阀的可调溢流阀弹簧力，使回路的压力为12MPa(即该系统的最高压力，出厂前已调定)。系统压力值由压力表显示。该回路用来控制动力头在Ⅱ速回转钻进，其工作情况是：一位是动力头正转，驱动钻具回转钻进；二位是中间位置，各油口相互密封油泵卸荷，可使钻头工具面向角停止在某回转角度位置；三位是动力头反转位，用于反扣拧卸钻杆。(B)G5—20泵开式回路系统，三联泵中的中间泵(排量19。9mL／r)油液经该泵压至两片多路换向阀，该卸荷溢流阀的调定压力为“MPa(出厂前已调定)，回路的压力值由压力表显示。其功能分别是：中泵回转换向阀控制动力头驱动：单独控制时，使动力头在I档转速工作。导向孔钻进过程中，低速驱动钻具，以便于钻头定向或随钻测量。当与GPC4泵。泵并联油路时，可使动力头获得第三档高转速。注意：当动力头需要高转速回转时，并联油路上两联阀的控制手柄方向必须一致。中泵给进回拉换向阀控制给进机构：该片阀与G5—5泵回路中给进机构控制阀回路并联，当其单独操作时，可使给进机构在中速区工作。当与并联回路同时控制时，可使给进机构快速给进或快速回拉。注意：当给进机构需要快速给进或回拉时，并联油路上两联阀的控制手柄方向必须一致。(C)G5—5泵开式回路系统，三联泵中的小泵(排量5．2mL／r)。油液经该泵压至五片多路换向阀，该回路的调定压力为21MPa(出厂前已调定)。依靠调压阀可以在o～14MPa的范围内任意调整该回路的压力，以满足导向钻进、反拉铺管施工需要，其数量由压力表显示。如反拉铺管能力需要大于14MPa时，务必关闭调压阀开关。注意：导向钻进时给进压力不得大于16MPa使用；使用调压阀调节系统压力时，必须将压力调节开关打开。多路换向阀每片阀的功能：给进一回拉阀用来控制给进油缸，阀的工作油口分别接给进油缸的活塞杆腔(下腔)和无活塞杆腔(上腔)，其工作情况是：一位是加压给进位置，使油缸下腔进油，实现加压钻进或造斜顶进。二位是中间位置，各油口相互封闭油泵卸荷，可使动力头及钻具停止在某位置。三位是回拉提升位置，使油缸上腔进油，实现提升钻具和反拉铺管。单独使用该控制手柄，给进机构运行在低行速区。前松开一夹紧阀控制前夹持器，阀的工作油口分别与夹持器油缸的活塞杆腔和无活塞杆腔相接，以实现对孔口钻杆的夹紧或松开。后松开一夹紧阀控制后夹持器，阀的工作油口分别接夹持器油缸的上下腔，以实现对机上钻杆的夹紧或松开。复位一卸扣阀控制卸扣机构，阀的工作油口分别接在卸扣油缸的上下腔，以达到卸开钻杆第一扣或卸扣机构复位。注意：当用卸扣油缸卸钻杆时，必须将卸扣开关打开，使动力头马达处于浮动位置，完成任务后关闭。水泵停止一工作阀控制角度调节油缸和高压水泵的变速离合器油缸。阀的工作油口，由管路经双向液压锁分别与角度调节油缸(离合9S油缸)的两腔连接。当钻机进入施工现场，按施工设计要求调整好角度油缸后(机身侧安有角度指示)，将快速接头断开，与离合器油缸管路的快速接头接通即可。5．操纵系统动力站操纵箱位于柴油机前端。配置有电流表、水温表、油压报警指示灯、机油堵塞报警指示灯。点火锁用于起动柴油机，柴油机油门操纵手把用来控制柴油机的燃油供应量，以达到调速的目的。高压水泵变速离合器为常闭式，当离合油缸大腔进工作油时，推开离合2S，这时可操纵变速手柄，按手柄上的变档位置改变高压水泵的输入转速，以达到改变泵排量的目的。当转速使用第一档时，泵排量如不连续，应停止使用。钻机操纵箱安装在钻机前部侧面，箱内的操纵手柄及功能如下：①五片多路换向手把：各手把通过多路换向阀的响应阀片，分别控制给进油缸、前夹持器、后夹持器、卸扣油缸、水泵离合器油缸(角度调节油缸)，各手把的工作情况详见液压系统部分。②二片多路换向阀手把：各手把分别控制动力头回转和给进油缸，详细工作见液压系统部分。③单片多路换向阀手把：控制动力头回转，详情见液压系统部分。④三块防震油压表：分别显示三联齿轮泵与其各自相应的多路换向阀回路的压力。⑤卸扣开关：只有使用卸扣油缸松开钻杆时，才将其打开，使动力头马达A、B油口连通并处于浮动。通常此开关是关闭的。⑥调压开关：如果需用调压阀来调节系统使用压力时(在出厂前锁定的系统压力范围内)，将开关接通，否则断开。⑦调压阀：调节五片多路换向阀回路的系统压力。6．钻机安装使用方法及注意事项钻机在吊装运输时，将地锚座和后支腿的销轴取出，分体装运。起吊时应平稳，避免碰坏油管，注意安全。钻机安装及开机前的准备：①施工场地探测，先用探测仪器探明原地下管网的走向、埋深及性质，并做出标记。②根据业主要求及施工地段的情况，确定铺设线路及铺设深度，设计造斜角度。③钻机是依靠地锚座和后支承与地基固定的，安放钻机时场地要平整。将动力站与钻机并网开机，根据施工设计调整好钻机的工作角度，用地锚将后支腿和前底座锚牢固。④根据被铺设管线的直径和长度、材质及地层情况，确定是否使用辅助顶推装置，且准备好出口端的工作槽。⑤按照“4102柴油机使用说明书”要求做好起动和运转前的准备工作。⑥液压阀操纵手把一定在中间位置，变速手把放在空档位置。⑦液压箱油面应不低于油标2/3。按润滑部分的要求，加注充足的润滑油或润滑脂。⑧打开钻进液箱与高压水泵的截门。钻进操作：①检查测量仪器的电源是否充足，不足的要换电池。特别是探头电池不可马虎。②遵照测量仪器使用规范操纵仪器。③将探头装入探头盒内，打开接收机和同步显示器，转动探头盒检查仪器是否工作正常。④把探头盒与造斜钻头接好并连接在钻杆上，开机输送钻进液，检查钻头喷嘴是否畅通。⑤上述检查无误，就可以开始钻进了。导向造斜钻进是很重要的，不可使钻具走急弯。测点相应要多点。定点测量时，司钻操纵动力头回转并通过同步显示器监视，使回转角指示在12点正，测量钻头顶角(倾角)、深度，并确定下一步是回转钻进，还是造斜顶进(根据深度要求)，如果偏离了设计轨迹，要进行纠正。当指示停在12点正顶进时，钻头向上造斜，以此类推。⑥导向造斜段达到设计深度后，开始水平钻进，这时注意检测，不要左右偏离设计轨迹。⑦当完成水平钻进长度后，开始出口段造斜钻进，控制操纵同5)所述，直至钻出标定的地表靶点。⑧导向孔完成后，在出口端拆下钻头和探头盒，换上扩孔钻头、分动器、拉管头(接管头)，开始反拉铺管。也可根据孔径和地层先扩一次孔。⑨钻进中加接钻杆时，用前夹持器夹紧下钻杆，动力头反转卸扣；如果扭矩较大扣比较紧时，可将卸扣开关打开，用后夹持器夹紧动力头接头，操纵卸扣油缸顶推松开钻杆扣以后，松开后夹持器卸扣油缸复位；让动力头缓慢反转时动力头卸扣自行浮动机构自动退扣，完成卸扣。⑩反拉提出一根钻杆时，要卸开上、下两处钻杆扣。同样需先用前、后夹持器分别夹紧上、下钻杆接头，操纵卸扣油缸松开钻杆下接头扣后，松开后夹持器，卸扣油缸复位，动力头反转卸扣完成，再用后夹持器夹紧钻杆下接头，这时，让动力头缓慢反转拧卸上接头扣后，将钻杆取下。也可在松扣后人工拧卸钻杆。⑩停钻测量时，要停止向孔内输送钻进液。造斜顶进时一般不输送钻进液，当然得视底层情况而定。注意事项主要包括：①将钻杆的上、下接头对正，边缓慢给进动力头边慢转上扣，不要拧得过紧；上扣前将丝扣擦干净，涂上丝扣油。②不允许使用弯曲和有伤的钻杆。③钻进速度不宜过快，应根据地层条件合理调定给进力。④导向孔钻进中，短时间停机，要先将接收机指针调到P位停留几分钟，使大P显示后关机，迫使探头休眠，以节省电源，地表要做好标记。不可长时间停留。⑤探头电源用过一次后，决不可再用。⑥造斜顶进时，每次次顶进进尺控控制在0.55m左右为好好，曲线要缓缓。⑦钻杆内不得进脏物物，以免堵塞塞钻头喷嘴。⑧当机油压力报警指指示灯亮时，说说明油压不正正常，要进行行检查。⑨当机油堵塞报警指指示灯亮时，要要更换机油滤滤心。⑩改变水泵排量时，先先推开离合器器，不得带速速换档。⑥中水泵较长时间不不工作的情况况下，应将其其变速箱挂空空档，后合上上离合器，以以保护离合器操纵系统统中的分离轴轴承。⑩按规范开动钻机后后，不允许马马上用全负荷荷钻进，必须须进行试车运运转，确定各各部分运转正常后，方方可开始钻进进。7．钻机的维护保养养为延长钻机使用寿寿命，防止机机械事故的发发生，减少动动力消耗，提提高工作效率率，必须对钻钻机进行合理理的维护保养养。1)钻机维护保养的一一般要求①钻机表面经常保持持干净，随时时清除泥浆、污污垢、油泥等等杂物，保持持滑轨清洁。②随时注意检查钻机机各部件轴承承部位、摩擦擦部位、动力力头和油泵、变变速箱及液压压油箱的温升情况，各各部分温度不不应高于70℃，温升不应应大于40℃。否则，应应停机检查并并消除引起过过热的原因。③随时倾听各运动件件的运转响声声，如发现有有剧烈振动、敲敲击声、尖叫叫、不均匀等等不正常的异音时，应应立即停机检检查处理。④密封处如有渗漏现现象，应及时时停机处理。⑤按润滑要求进行润润滑。⑥各紧固件应经常保保持牢固可靠靠，不得有松松动现象。⑦柴油发动机和高压压水泵的保养养工作，应参参照其使用说说明书中之规规定。2)主要部件的保养和和润滑对钻机各部件摩擦擦面、啮合面面、支承面等等进行正确的的润滑是钻机机良好运转的的重要保证，各各主要部件可可按以下要求求进行保养和和润滑。(1)水泵变速箱箱①使用150号工业齿轮轮油(或18号双曲线齿齿轮油)，每铺设2～4条管线换油油一次，新钻钻机第一次换换油应在第一一个工程完工工后进行。②定期观察箱内齿轮轮的啮合及磨磨损情况，并并注意各拨叉叉的定位是否否准确可靠。③检查离合器的工作作情况，及时时调整或更换换摩擦片。④每班要给离合器分分离轴承加注注钙基润滑脂脂。(2)动力头①动力头轴承加注330号机械油0..5L，每个个工程结束收收机前补充一一些。②水龙头密封使用钙钙基润滑油，每每次施工前加加注一次。③水龙头密封更换有有2个Φ10。拆卸工艺艺孔。④检查底座耐磨块与与滑轨的配合合间隙，及时时调整或更换换。(3)给进机构①定时给前、后轮轴轴承、滑轮轴轴承和导轮轴轴承加注钙基基润滑脂。②随时观察链条的磨磨损情况，做做到及时更换换。(4)液压系统①定期检查各软管有有无干裂、起起泡、老化等等情况，做到到及时更换。②每施工2～4个工工程后，应当当清洗液压油油箱并检查液液压油有无变变质，及时增增添或更换液液压油，液压压油的牌号及及数量见液压压系统中的说说明。③随时注意滤油器工工作情况，必必要时清洗或或更换。④压力表失效后要及及时更换。⑤油泵和油马达的维维修保养可参参照其使用说说明。⑥快速接头断、合时时保持清洁、去去异物。(5)操纵系统①根据实际使用情况况，对所有活活动部位采用用HJ-30机械油不定定期地进行间间隙点滴润滑滑。对离合器器轴承每班加加注ZG-3钙基润滑油油。②各连接部位的销、丝丝扣等如有损损坏，应及时时更换。③应按规定操作，对对各手把要轻轻拉轻放，不不可在手把上上再加把套或或用重物撞击击。三、FDP-155型导向钻机机FDP-15B型型导向钻机是是原冶金工业业部首都钢铁铁地质勘察基基础工程公司司1995年研制的非非开挖导向钻钻进铺设管线线的设备。该该钻机设计吸吸收了国内外外同类设备的的长处，并结结合国内非开开挖技术的发发展和实际需需要，采用导导向钻进技术术完成非开挖挖铺管施工。该该钻机主要用用于各类土层层的非开挖管管线铺设，铺铺管直径，ΦΦ50～100mmm，可铺设长长度达3000m。目前，该钻机由连连云港黄海机机械厂生产，并并在原结构的的基础上进行行了若干改进进，开发了FDP系列导向钻钻机，型号有有FDP-112、FDP-155C、FDP-115D、FDP-115E、FDP-330和FDP-336。1．结构特点①FDP-15型导导向钻机为液液压传动型，具具有液压传动动的所有优点点。②并一使稳实扩③该钻机动力头采用用低速大扭矩矩液压马达，使使其转速和扭扭矩满足施工工要求，简化化了传动系统统。④提升一给进系统采采用油缸一钢钢丝绳倍速机机构，具有较较好的传力效效果。⑤操纵控制系统主机机、水泵开关关与液压操作作把手于一体体，使操作方方便、快捷，实实现集中操作作。2．主要技术参数①钻机施工范围：导导向孔直径为为Φ76mm，最大扩孔孔直径为Φ400mmm，最大铺管管长度3000m。②动力头、提升一给给进油缸、桅桅杆调位油缸缸、止移一定定位系统(止移一定位位系统采用两两套相同的油油缸推板驱动动止移定位)的参数见表4-11。钻机外形形尺寸(mm)为长×宽×高＝58000×22000×21000；钻机总重重量为3.5t。FDP-15型导导向钻机主要要技术参数表4-11动力头提升一给进油缸桅杆调位油缸止移一定位系统((油缸)额定扭矩0~3830N··m额定压力25MPa额定压力16MPa额定压力16MPa转速0~100r//min行程1.8m行程1.25m行程0.5m给进力65kN活塞直径125mm活塞直径80mm活塞直径63mm回拉力159kN活塞杆直径90mm活塞杆直径56mm活塞杆直径45mm回拉速度0~4.9r//min额定推力300kN额定推力80kN最大推力150kN动力头行程3.6m额定拉力150kN推板宽度700mmG5-20油泵160SCYl441B油泵J03-225SS4动力机嵌入地深度250mm转速1500r/miin转速1000r/miin转速1000r/miin工作压力20MPa工作压力32MPa功率55kW排量20mL/minn排量16ml/minn3．FDP-15BB型导向钻机机主机FDP—15B型型非开挖导向向钻机属液压压设备，主要要构造分三部部分：液压执执行机构，液液压动力系统统与机座。1)液压执行机构(1)动力头图4-7提升给进系统示意图动力头直接与钻具具连接，为钻钻进提供所需需的扭矩、提提升力或给进进力。同时也也是冲洗液的的通道，因此此，它是钻机机的主要执行行机构。FDP-115B型钻机动力力头分机体和和回转机构两两部分，机体体是钢板与无无缝钢管的焊焊接件，它主主要传递提升升一给进系统统的回拖力和和给进力，传传递液压马达达的反扭矩。回回转机构主要要由低度大扭扭矩通孔式液液压马达、传传动轴、推力力轴承等组成成，是钻机输输出扭矩的动动力源。传动动轴下端通过过变径接头与与钻具连接，其其上端连接水水接头，实现现单动诵水作作用。图4-7提升给进系统示意图(2)提升一给进进系统提升一给进系统是是动力头回拉拉或给进运动动的执行机构构，由装在桅桅杆内的液压压油缸通过钢钢丝绳及桅杆杆两端的滑轮轮组构成倍速速机构，向动动力头提供给给进力或回拉拉力。结构紧紧凑，安全可可靠。其传动动示意图见图图4-7。图4-8夹持一扶正系统示意图(3)夹持一扶正正系统图4-8夹持一扶正系统示意图该钻机夹持器采用用液压连杆斜斜劈机构夹紧紧、弹簧复位位式机构，其其工作原理如如图4-8。夹持器安安装在桅杆下下端，在其前前部装有扶正正器，扶正器器通孔直径为为Φ60mm。(4)升降桅杆油油缸该钻机桅杆在小角角度范围内采采用两支承丝丝杠进行微调调，若有较大大角度变化时时，采用桅杆杆升降油缸进进行调整，其其工作原理如如图4-9。图4-10止移－定位系统示意图图4-10止移－定位系统示意图图4-9桅杆升降原理示意图图4-9桅杆升降原理示意图(5)止移－定位位系统止移一定位系统采采用两套油缸缸推板机构，其其工作原理如如图4—l0所示。该系系统安装于钻钻机底座内两两侧，在施工工时油缸推出出止移板，平平衡钻机的受受力状况。2)液压动力系统液压动力系统主要要由电机、分分动箱、主副副油泵及各控控制油路组成成。3)机座圈4-11操作台示意图1-水泵电动机开关；2-钻机电动机开关；3-压力表之一；4-压力表之二；5-水泵压力表；6-断开－给进操作手把；7-操作手把；8-调位操作手把之一；9-监视韶操作手把；10-调位操作手把之二；11-回位操作手把FDP-15型钻钻机底座由22号槽钢焊接接而成。底座座前端与桅杆杆下端铰支连连接，其后端端安装调位丝丝杠支承桅杆杆，在桅杆两两侧分别安装装油箱及动力力源、操纵台台。在底座前前部两侧安圈4-11操作台示意图1-水泵电动机开关；2-钻机电动机开关；3-压力表之一；4-压力表之二；5-水泵压力表；6-断开－给进操作手把；7-操作手把；8-调位操作手把之一；9-监视韶操作手把；10-调位操作手把之二；11-回位操作手把4．操作与维护(1)操作台该钻机电动机开关关、水泵电动动机以及各系系统压力表安安装在操纵台台立板上，各各液压阀操作作把手安装在在操纵台台面面上，便于操操作人员操作作和了解各系系统工作压力力。操纵台如如图4—1l。(2)钻机的启动动及准备工作作①检查油箱、分动箱箱的油面是否否符合要求，否否则应按规定定加入适量的的机油；检查查各润滑部位位是否有润滑滑油或润滑脂脂。②检查两油泵吸油管管路控制阀门门是否处于开开启状态，否否则应打开阀阀门，保证油油泵吸油管的的畅通。③检查各油路系统的的管接头连接接是否可靠。④将各操纵手把放置置在空档位置置。⑤检查各个部件相互互传动的可靠靠性及在其机机座上的固定定情况。⑥试启动电机看运转转方向是否与与油泵运转方方向一致，确确保油泵的正正常运转。(3)钻进中的操操作及维护①钻机开动后，首先先操作止推油油缸手把，将将止移板推到到止移位置，保保证钻机的稳稳固。②动力头回转应平稳稳，不应有跳跳动及卡阻现现象。③钻具回转过程中夹夹持器卡瓦应应完全退回脱脱离钻具，以以免划伤钻具具。④动力头给进或提升升应平稳，不不应有忽快忽忽慢现象。⑤及时调整给进一提提升钢丝绳的的松紧程度，并并经常检查钢钢丝绳端部的的固定情况。⑥随时注意观察各指指示仪表的变变化情况、设设备运转情况况及各部件的的温升，一般般不应超过60℃。⑦注意保持动力头滑滑道、活塞杆杆等表面的干干净，不应有有泥浆、砂土土等杂物，并并要有良好的润滑条件件。⑧泵站油箱内应注入入不低于油标标下线的N46号液压油。每每次注入新油油要经过滤油油机过滤。⑨系统液压油每工作作500～l0000h要进行过滤滤或更换。过过滤网孔应小小于25pm。⑩每次拆卸油管或接接头要及时封封堵，防止杂杂质或其他异异物进入系统统。(4)润滑良好的润滑除了防防止减少各机机件的磨损外外，还有降低低摩擦阻力，降降低摩擦副的的温度，防止锈蚀，减减缓冲击，有有利于密封等等作用，对于于提高设备的的传动效率和和使用寿命都都起到十分重重要的作用，因因此，对钻机机各部件的润润滑点的良好好润滑无疑是是十分必要的的。FDP-115B钻机润滑如如表4-12。钻机润滑部件及润润滑油表4-12润滑部件数量润滑油或油脂润滑方法桅杆滑道1机械油HJ—300机油壶桅杆顶滑轮轴承4钙基润滑脂ZG——30检修时加油桅杆底滑轮轴承2钙基润滑脂ZG——30检修时加油给进油缸滑轮组轴轴承6钙基润滑脂ZG——30检修时加油水接头内轴承1钙基润滑脂ZG——30检修时加油动力头内轴承3钙基润滑脂ZG——30检修时加油分动箱1齿轮油Hl-300检修时加油夹持器内滑面1钙基润滑脂zG——30检修时加油扶正器轴承l钙基润滑脂ZG——30检修时加油桅杆调位丝杠2钙基润滑脂ZG--30检修时加油5．钻机的拆卸与安安装(1)拆卸与安装装为方便检修，主机机可分解为动动力头、夹持持器、桅杆、配配电柜、电机机及分动箱，油油泵、操纵台台及管件，油油箱、底座等等主要部件。拆拆卸工作可按按下列步骤进进行：①各油缸都回复零行行程，夹持器器处于开启状状态。②切断电源，拆下配配电柜。③拆除各连接油管，拆拆下操纵台。④拆下动力头，拆夹夹持器。⑤拆油泵、油箱。⑥拆下电机及分动箱箱。⑦松开给进一提升系系统钢丝绳，拆拆下动力头滑滑座。⑧拆下上滑轮组及油油缸销轴，抽抽出提升一给给进系统油缸缸。⑨拆下机座盖板及两两套止移定位位推板。⑩拆下桅杆前枢纽轴轴及后部上支支座，吊起桅桅杆。安装程序一般与拆拆除程序相反反。(2)拆装检修注注意事项①凡拆卸下的油管及及接头应及时时装上备用的的油管接头堵堵头及接头压压帽。②凡是裸露外面的配配合面、啮合合面及密封面面均应加以保保护，各箱体体油漆及仪表表盘均应保护，严防防硬物碰撞③拆卸油路系统时，一一定要关闭油油箱出油口阀阀门，要用干干净容器回收收管内液压油油。对于回收收液压油经沉沉淀过滤后方方可倒回油箱箱。④检修过程中，对于于间隙不当，出出现过紧或过过松现象，要要及时调整，发发现零件不合合格，必须修修理更换。⑤装配前，一定要把把所有要用的的新、旧零件件，油管接头头、密封件、配配合面、密封封表面等仔细细清洗干净方方可进行装配配。⑥及细气确无可四、钻进设备的选选择1．选择的标准在对比一台定向钻钻机与其他钻钻机的性能时时，尽管对比比钻机的回拖拖力是最常用用的一个方法法，然而，回回拖力不应该该是一个最重重要条件。因因为，通过增增加液压系统统的压力或使使用类似的方方法可以容易易地改变这项项参数。由于于增加推进与与回拖力需增增加发动机的的功率很小，所所以，提高钻钻机的回拖力力可以很容易易地做到。钻孔的形成主要是是靠钻机的扭扭矩和钻井液液的动力来完完成，而不是是钻机的推力力和拉力。如如果导向孔和和预扩孔完成成得非常理想想，钻机本身身可能始终用用不到其标定定的回拖能力力。扩孔器的的扩孔情况(切割面的压压力)与导向孔的的直径和要达达到的扩孔孔孔径成函数关关系，而与回回拖力无关。回回拖力只是用用来移动穿越越的管道重量量。而小口径径的管道或塑塑料管，其总总重量不是很很大，而且管管道一旦被拖拖进孔内，由由于孔内膨润润土制成的泥泥浆对管道的的浮力，管道道被拖动将不不需非常大的的回拖力。在在施工中，钻钻机大部分时时间要进行回回转钻进，以以实现土层的的切削和在钻钻进液的作用用下对土渣的的外送，所以以钻机的扭矩矩是选择钻机机的一项重要要指标。2．功率在定向钻进施工中中，考虑钻机机的功率是一一个非常重要要的问题，钻钻机的功率决决定了施工过过程中能否顺顺利穿越地层层、完成管道道回拖等工作作。钻机大部部分时间保持持在额定功率率状态下工作作，只有在特特殊情况下，钻钻机才允许超超载运行，但但不得超过钻钻机的最大功功率，超载运运行的时间不不能太长，以以免由于钻机机的超载运行行而损坏发动动机。所以，钻钻机的功率标标志着钻机所所具有的用于于产生扭矩和和回拖力的实实际能力。当当然，钻机的的功率是容易易改变的，通通过改变发动动机的功率可可以方便的改改变钻机的功功率。但是钻钻机的扭矩的的改变是一个个复杂的问题题，涉及到钻钻杆的承受能能力。3．钻杆扭矩是钻机的重要要参数之一。因因此，传递扭扭矩的钻杆就就成为钻机与与孔底机具之之间唯一的也是最为为重要的动力力传递环节。对对于长距离的的钻孔而言，钻钻杆的强度比比柔度更为重重要。因此，一一般选择较大大直径的钻杆杆。钻孔规格决定必须须选用什么样样的扩孔器或或开孔器。生生产孔底机具具的制造厂应应根据给定的地层条件件计算出旋转转孔底钻具所所需扭矩，获获得这个参数数后，便可根根据这个参数数选配钻杆。然后再根据据这个参数对对比考虑选用用不同的钻机机。钻杆的长度直接影影响钻进的效效率。虽然长长度短的钻杆杆单根价格便便宜，但是使使用短钻杆却增加了大大量的装卸钻钻杆的时间。如如果采用有缆缆控向系统进进行较长距离离和较深地层层的穿越，短钻杆杆也增加了控控向系统的接接线时间。因因此，使用较较长的钻杆，减减少连接次数数明显是提高效率的主主要手段。在在长距离穿越越工作中，有有时不得不把把钻杆和钻具具从孔内拔出出进行钻头、马达、控向向探头的更换换或检修。拔拔出钻杆的作作业是非生产产性的作业。因因此，能使用用较长的钻杆以减少拔拔出的根数，从从而减少这项项作业过程所所消耗的时间间。在钻杆的的选用中还应应考虑到全部钻杆的的费用，而不不只是单根钻钻杆的费用。钻钻杆接头是钻钻杆最贵的部部分，因此，即即使长钻杆单根钻杆杆的费用略高高一些，但减减少钻杆的根根数可减少钻钻杆的接头，从从而降低了钻钻杆的费用。4．泥浆在大多数定向钻进进中，钻进液液可比拟为人人的血液，而而钻机类似于于人的心脏，操操作者则比喻喻为人的大脑脑。如发生任任何事故，应应首先确定是是“大脑”还是“心脏”问题，这很很容易判断清清楚，而“血液”造成的问题题需要花大量量的时间去解解决。为确保保顺利施工，施施工时要经常常检查钻井液液的几个基本本性能。(1)配浆用水不是所有的水用来来配制泥浆都都能得到预期期的效果，不不同的