非开挖铺设地下管线十技术

序言非开挖铺设地下管线十技术，国外称为TT技术，即TrenchlessTechnology,又称HDD,即HorizontalDirectionalDrilling,水平定向钻探。是近些年来发展起来的一项新技术，是钻探工程技术的一项重要延伸。在我国大规模进行交通、铁道、电力、地铁、水利以及城市规划和建设中，都是一项十分重要的，方兴未艾的非常有应用前景的，而且社会经济效益极为良好的技术。实践证明，在大多数情况下，尤其是在繁华市区或管线的埋深较深时，非开挖施工是明施工的很好的替代方法.而在实际工作中要保证工程的顺利进行，确保成孔的质量，就必须对钻进参数进行控制，即注意泵量、泵压、钻速、泥浆配比等等的选择和调整。关键词：非开挖管线钻进参数第一章非开挖地下管线技术概况非开挖技术的定义非开挖施工技术（TrenchlessTechnology或No-Dig）是指再不开挖地表的情况下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下公用设施（管道和电缆）的任何一种技术和方法。始于二十世纪七十年代的水平定向钻进管道铺设技术（又称非开挖管道铺设技术），普遍用于穿越河流和水渠、街道、高速公路、铁路、机场跑道、河滩、岛屿、建筑群，来进行石油、天然气、自来水、污水及其他流体铺设和电力与电讯电缆的导管铺设。非开挖导向钻进铺设管线是在传统顶管法和不能定向水平钻进铺管法的基础上引进现代的导向技术而发展起来的铺管技术。它的施工顺序大体为：利用置于地面的铺管机钻机，沿待铺线的设计轨迹先钻成一个先导孔（导向孔），然后将导孔回扩，扩大至适合生产管道铺设的直径（根据经验，最终回扩直径按公式D/=K1D，式中D/为适合生产管道铺设的钻孔直径，D为生产管外经，K1为经验系数，一般为1.2~1.5），然后将待铺设的生产管拉入孔内。非开挖铺设管道技术以其独特的优越性，已被人们逐渐接受，特别是在大中城市，商业繁华地区，普遍采用此项技术。非开挖技术的发展概况对于大多数人来说，“非开挖”技术是一个十分陌生的词。据北京市水利工程基础总队总工程师、中国非开挖协会（CSTT）会员丛蔼森先生介绍，非开挖施工技术是指利用各种岩土钻掘的设备和技术手段，在地表不开沟槽的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的施工新技术。与传统的挖槽施工法相比，非开挖技术具有巨大优点：不影响交通，不破坏周围环境；施工周期短，综合造价低；可在各种复杂条件下如江底、河底、楼房地基下、铁路下施工，并对江河、楼房、铁路不产生影响。据了解，现代非开挖施工技术是本世纪七十年代末首先在西方发达国家逐渐推广应用的，尤以美国和德国发展最快。1986年，国际非开挖技术协会在伦敦成立，我国于1998年也成立了非开挖技术协会。到目前为止，我国已有许多采用非开挖技术施工的成功先例。穿越黄浦江底的1700米天然气输送工程、北京左安门－永定门4．7公里的水泥管铺设工程、重庆跨越长江江底的天然气输气遂道工程等都是利用非开挖技术而使工程大放异彩。日前，我国非开挖技术协会会员有30多家，施工单位有10多个，1998年铺管75公里，还不到全国铺管总长的0．2％，而管道修复技术几乎为零，全部投资不到10亿元人民币。但从发展速度看，1998年比1997年增长了56.3％，令人瞩目。据有关专家介绍，2000年后我国需新铺自来水管道21．5万公里，排水管道18．5公里，天然气管道10万公里，还有大量电信、光缆、热力管线要铺设。此外，还有大量旧管道需要修复和更换。总之，非开挖技术施工的市场极大，前景令人乐观。尼第三浪节晶行非开挖的类型氧和应用领域泰非开挖施工方密法按其用途可傍分为管线铺设独、管线更换和扯管线修复三大膀类每种非开挖陡施工方法的特乎点及使用范围伶见掠表蜓1-1种绳预非皮开赢挖油施卵工城技且术梢方剥法晌管午废线张铺堤设非施工方法继崇典巨雨型昨仰应赤竹用潜管寺衣材妇适用管径屋顶管法五各种大口径管室道，跨越孔贫混凝土、钢、样铸铁蚁900栋隧道施工法布各种大口径管昆道茶900诸小口径顶管法虽小口径管道，我管棚，跨越孔嗓混凝土、钢、中铸铁奥150-90窗0分导向钻进糕压力管道，电走缆，短跨越孔代钢、塑料柏50-350抗螺旋钻进疗刚套管，跨越批孔，廊跨越孔馅100-15刚00摩顶推钻进短压力管套，钢帮套管沃钢、混凝土忍40-200步水平钻进阅钢套管，跨越朱孔，水平降水剃井茧钢套管攻50-300愿冲击矛法性压力管道，电疏缆线，跨越孔言钢、塑料晨40-250院夯管锤劲钢套管，跨越壤孔，管棚，打静入桩年钢管套蒙50-200龄0有冲击钻进法障跨越孔司钢管、混凝土繁管拖100-12白50筑管酒线劲披更脚换鱼碎管法畜各种重力和压疾力管道来PE,PP,鞋PVC,GR质P欲100-60叙0阵胀管法焰各种重力和压垂力管道绢PE,PP,页PVC,GR社E度150-90妄0宾吃管法望各种重力和压侍力管道甩PE,PP,耻PVC,GR屡E通100-90热0金抽管法押管过线封修温复湖内衬法珠各种重力和压早力管道无PE,PP,动PVC,GR原E办100-25疲00色改进的内衬法随各种重力和压黎力管道陪HDPE,P姓VC,MDP幅E香50-600忌软衬法塌各种重力和压造力管道则树赔脂嘉+绍纤维蔽50-270熄0咳缠绕法吸各种重力管道额PE,PP,劝PVC,PV评DF胸100-25耀00记喷涂法解各种重力和压扒力管道购水泥浆，树脂返75-450志0府第二钥章紧陈厦非开挖技术地贤下管线的原理允第一连节以医础定向钻进和导带向钻进番定向钻进和导掉向钻进之间并势没有严格的界删限。导向钻进渐技术的基本原三理大致和定向持钻进相同，即恳先钻一个小口兰径的先导孔，肥随后边扩边回制拉铺设地下管地线。由于小类幸型定向钻进采底用的钻孔轨迹是量测、控制技资术与大众型的桶不一样，因此没，国际上通用仅的分类方法是江将小型定向孔葱称之沉为遣“隙导向钻也进舰”骄。风“视导向钻约进符”批一般是指用于燃铺设小直径、挨长度较短的管街线；而将大中蹦型定向钻进称锻之薪为抹“连定向钻臭进顽”钩。对于重型工幻程，直径较大匹（有些直径大罗于狂1缠米责）的管线施工银则属零于耍“期定向钻势进春”资这一范畴，如陪穿越较大的河男流、运河和高里速公路施工。兰定向钻进和导拨向钻进其优点絮为：对于地表搞的干扰较小；吼施工速度快；届可控制铺管方姿向，施工精度闷高。定向钻进岛的不足之处在历于对施工场地孙要求较大，再奏非粘性土和砾雁石层中施工比如较困难，一般汗适合于不含大羊卵砾石的各种欧地层，包括含烘水地层。导向斩钻进不适合于近沙层和砾石层启，一般适合于朗软土层；由于惧探测器的探测络深度的限制，厕导向钻进的深蓝度有限。阁第二混节锣绕租导向钻进施工情的原理祝大多数时候的络导向钻进使用录一种射流式辅笨助切削钻头，卸钻头通常带有钱一个斜面，因放此当钻杆不停华的回转实则钻仁出一个直孔，灌而当钻头朝某笛个方向给进而铸不回转时，钻寸空发生偏斜。矮导向钻头内带誉有一个探头或观发生器，探头闯也可以固定在朝钻头后面当孔球不断向前推进仓时，发生器发弄出的信号被地妻表接受器所接切收和追踪，因恼此可以监视方响向和其它参数谣。导向钻进施颗工示意图如皆图尽2-1宴图蚊2-1超殖导向钻进施工涂示意图掩岩社导向钻进的成丹孔方式有两种怖：干式和湿式瓦。干式钻具有扎挤压钻头、探编头室和冲击锤半组成，靠冲击蛋挤压成孔，不却排土。湿蚀钻仗具由射流钻头泽和探头室组成弓，以高压射流创切割土层，有技时辅以顶驱式阀动力头以破碎刘大快卵石和硬誓土层，这是目作前使用最多的姥成孔方式。两喝种成孔方式均盼以斜面钻头来纠控制钻孔方向提。若同时给进味和回转钻杆柱武，斜面失去方甘向性，实现保切直钻进；若只咬给进不回转钻淡杆柱，作用于向斜面的反力使敢钻头改变方向铅，实现造斜钻碑进。钻头轨迹如的监视，一般场由手持式地表诸探测器和孔底东探头来实现，捐地表探测器接凭收显示位奉于钻头后面探漫头发出的信号盯（深度、顶角看、工具面向角笨等参数），供套操作人员掌握碌孔内情况，以毫便随时进行调鞭整。瓦定向钻进成孔父的方式蔑贞煌在松软地层中容，靠高压水射发流来切割成孔绪。孔底钻具组列合有一弯接头插和一带喷嘴的例钻头构成。钻撤柱回转时，钻医出的孔是直孔院。如果钻柱不朗回转，再给进墨力和水射流作亦用下，可产生塘定向的弧形孔哭。抵在含有硬夹层纳的松软地层，芹孔内的钻具组胖合由弯接头和动合金钻头或牙永轮钻头组成。释若用三牙轮钻做头，有时将三熊个喷嘴中的两辛个堵上，剩下爪的一个使水流关以一定的方向径进入地层。若糟遇到较硬的夹赛层，可回转钻被柱，靠三牙轮阵或合金钻头破魂碎岩石，穿越历障碍。奖在硬岩或卵石供层中，射流成撇孔的方法会失付去作用，此时毅，须钻进成孔繁。空内钻具组塌合由弯接头、尘螺杆马达和钻多头组成。可根厘据地层情况采胆用刮刀钻头、财牙轮钻头或金奋刚石钻头。命定向钻进监视墙方法施采用定向钻进窄方式施工水平喊穿越孔的重要逝技术环节是钻贤孔轨迹的监视躲和控制。目前吼一般采用随钻也测量方法。现家有三类商品化眉的随钻测量系克统可用于这种补施工，其测斜免传感器原理都候相同，即加速斯度计测量顶角跑和工具面向角碌，磁通门测量案方位角，其区知别在于测量信缓息传输方式不曾同。这三种系茄统是：益有缆式随钻测蒸量系统。靠电家缆传输测量信怀息。水平钻进葛电缆操作十分城困难，采用多短接头钻头妹和撇“而湿接用头怕”干方式予解决。叹这种系统在定养向钻进铺管施开工中应用最多肥。忌泥浆脉冲式无摔缆随钻测量系锡统。将测量信军息转变成压力躲脉冲信号后传蚂至地表，这种误因为成本高，枯使用比较少。堵电磁式无缆随肤钻测量系统。碎测量信息附载热于电磁波上传谢至地表。该系痛统目前测量范挺围还较小，在税30停0奴米谱以内。超过此习范围后可装上夫电缆接头，转愉变成有缆系统蕉。披岩影响成孔的主贱要因素猜第一辞节民隶定向钻进设备零的选择啄1-1太原选择的标准本在对比一台定也向钻机与其他温钻机的性能时隙，尽管对比钻颜机的回拖力是售最常用的一个梳方法，然而，贴回拖力不应该腿是最重要条件奶。因为通过增每加系统的压力耐或类似的方法陪可以容易的改棕变这项参数。秤由于增加推进师力与回拖力需阵增加发动机的桨功率很小，所问以，提高钻机吹的回拖力很容式易地做到。呆钻孔的形成主芦要是是靠钻机顾的扭矩和钻井扣液的动力来完臣成，而不是钻牧机的推力和拉杠力。如果导向受孔和预扩孔完丘成的非常的理炸想，钻机本身座可能始终用不久到其标定的回婶拖能力。扩孔键器的扩孔情况遭与导向孔的直忽径和要达脸到的扩孔孔径采成函数关系，尝而与回拖力无侄关。回拖力只届是用来移动穿裳越的管道重量农。而小口径的紫管道或塑料管杜，其重量不是掠很大，而且管呀道一旦被拖进庆孔内，由于孔恢内膨润土制成槐的泥浆对管道腊的浮力，管道驴被拖动将不需瓣非常大的回拖吨力。在施工中抗，钻机大部分指时间要进行回军转钻进，以实怎现土层的切削丸和在钻井液的粪作用下对土渣炊的外送，所以蛛钻机的扭矩是价选择钻机的一唇项重要指标。1-2功率远在定向钻进施新工中，考虑钻您机的功率是一酱个非常重要的利问题，钻机的泽功率决定了施预工过程能否顺德利穿越地层、阶完成管道回拖尼工作。钻机大怒部分时间保持置在额定功率状播态下工作，只迁有在特殊情况握下，钻机才允证许超载运行，桑但不允许超钻藏机的最大功率钥，超载运行的枕时间不能太长逆，以免由于钻喝机的超载运行替而损坏发动机胳。所以，钻机固的功率标志着匹钻机所具有得迫用于产生扭矩盯和回拖力的实废际能力。当然疗钻机的功率是惑容易改变的，因通过改变发动晌机的功率可以殖方便的改变钻闭机的功率。但渴钻机的扭矩的请改变是一个复恭杂的问题，涉母及到钻机的承凡受能力。1-3钻杆暑传递扭矩的钻易杆是钻机与孔皇底机具之间唯亿一的也是最为戏重要的动力传上动环节。对于登长距离的钻孔西而言，钻杆的明强度比柔度更把为重要。因此乘，大多选择较辛大直径的钻杆机。熟钻杆的规格决班定必须选用什贯么样的扩孔器申。生产孔底机能具的制造厂应殊根据给定的地盘层条件计算出裤旋转孔底钻具不所需扭矩，获办得这个参数后秆，便可根据这慎个参数选配钻有杆。然后再根阁据这个参数对辟比考虑选用不雀同的钻机。帆钻杆的长度直管接影响钻进的仰效率。使用较押长的钻杆，减绪少非生产性作蛾业时间，进而尺减少连接的次放数是明显提高破效率的主要手鉴段，在钻杆的撇选用中还应考殃虑钻杆的费用斯。沫第二谋节为输淘泥浆的选择系屋女在定向钻进中结，钻进液可比沃拟为人的血液闭，而血液造成渴的问题需要花叔大量时间去解臂决，为确保顺执利施工，施工遥时要经常检查煮钻井液的几个低基本性能。配浆用水惕P县H赚值靠在羽8-希9砌的水是膨润土幸造浆达到最佳拣状态，维议持畜P残H仅值最好的方法抚是加纯碱。蒙3800L侮的水提辽高注P见H骄值至要求胃值涉8卡，需加纯碱量量旬0.9绢-1.35k蜡g恼。大量使用时鼓，应即可添加册少量纯碱蛾（存0.11弄-0.23k桐g侄）以维料持缎P陆H观值。添加纯碱钟控础制窃P姑H片值的好处是减忘少膨润土的聚救合物的用量。光提高和保持黏泪度揭经漏斗或文德怎里管加入高造剪浆率膨润土提举高钻井液黏仰度厨到，可用马氏漏军斗检测黏度。暑最佳黏度巷为牙40.2-4正2.3s\散L熟，但有时还取钩决于用土的类美型，当漏斗的晓筛网上无残留翁的小片膨润土思时，膨润土的啦造浆达到最佳字水平，钻井液附黏度也将稳定雪。孔参数的选择东3-首1朝泵量的选择集在冲洗液的排织粉、冷却、润伸滑和护壁诸功突能中，以排粉当所需的泵量最乔大，故应以孔翠底岩粉量的多挑少为主要依据档来选择泵量。金同时，还必须掌注意到液流的蝇阻力与流速的头平方成正比，枪如果泵量过大宜，引起的孔地古脉冲举离力将粱抵消一部分钻温压。因此，合睬理的泵量值应址在满足排粉的星前提下兼顾其浪他工艺因素。运可根据下式来炒确定冲洗液的碌泵量哥：相Q=m都(提D*D-d*泡d)v欢式中青：依v译-挖冲洗液在外环巧空间的上返速慨度畜，坐dm\min辰;般D枝、蛛d印-获分别表示钻孔法直径和钻杆外盈径邻，黄m奴-笑由于孔壁、孔嚼径不规则引起暗的上返速度不压均匀系数值，驳m扫餐取炕1.03-1齐.沸1洲。丑上返速度的推页荐值：清水时绩取誓0.25-0旨.6m\截s跨泥浆时啊取裁0.2-0.巾5m\s凤.也必须兼顾的其俭他技术因素是您：孔径大、钻眯速高、岩石研焦磨行强、钻头位水口水槽宽者调可取上限，反丸之，亦然。为恼了提高钻素，留在可能的条件拐下应尽可能的造选用清水作冲磨洗液；若用泥透浆时，其密度狠和粘度值宜小栽不宜大，并尽芝量采用低固相义不分散泥浆。绕3-屠2坦钻头压力的选楼择匙枕悟财钻压是决定钻波头机械转速的组最重要参数。鸡对不同的岩石抱而言，其钻速这增长率对钻压增的敏感程度不轰同，其中以而中蛮-大硬硬岩石最敏载感，也就是说秩，这类岩石增喇大钻压最有效会。联而燕姑熊岩石如果钻压蛋过大，将是孔扣底排粉何冷却霞条件恶化，从蚊而阻碍钻速的量成比例上升。揭3-3低畏转钻速对钻速抢的影响偷攻转速是钻头旋点转的速度，表必示切削具运动秃的快慢。由图坟可知：榜（圈1三）在软、塑性竭大、研磨性小缝的粘土岩层钻罢进时（曲君线且Ⅰ帮），钻速耀vm午与转舱速轧n添关系基本呈线党性关系；惭（宝2牺）在中等硬度洋、研磨性较小威的岩层中钻进明时（曲挽线放Ⅱ饺），钻速复vm违与转速连n话的关系开始呈面直线关系，但毫随着安n岭继续增大而逐别渐变缓，转速织愈高，钻速增毛长愈慢；午（哈3窃）在中硬、研宗磨性强的岩层溉钻进时（曲势线而Ⅲ繁），开始时类五似于曲穴线摊Ⅱ猾，但钻速随转妄速增大而增大鼓的速率缓慢，费当超过某个极畏限转速灿n0晶后，钻速鹿vm咐还有下降的趋名势。镜贯在钻压和其他肠钻进参数保持盛不变的情况下纪，钻速可表述驰为劣谱盾vm∝nλ膀式中懒：麻λ渴为转速指数，崖一般小僻于核1势，其数值大小供与岩性有关宁成孔情况的初垒步估测（回扩坝阶段）灶在扩若干次孔和后我们怎么知锯道成孔情况呢透？我们只有通姓过泵压、流速桃的大小与参照练值之间的关系峰来判别，泵压洗、流速的大小京在成孔过程中神起着极其重要艘的作用，从流叉体力学的角度舞来分析，根据挑伯努利公式：教弦+v1*v原1/视2g剧=滴+v2*v2震/象2g疮水泵的输入压养力与流速以及选输出压力有关狗，由于输入流唐量一定若想得友到较为理想的参孔径则应知道稀输入压力与输冲出压力的关系跨。若借助一个仔压力传感器则轮可以知道其压劣力之间的关系速，压力传感器腥测压力差的原箭理为：讯则可以得到如适下公式压力差传感器压力差传感器乓根据测得的压粗力差可得流速谱之间的关系，恰由于输入流量泊一定即可得：倍v1=Q/A畜签责其来中痒Q抖为流量咳，方A久为钻杆的横截绝面积这样则可拼得绍到红v掌2磨，在比较其值吴与经验校值灌v握之间的关系告当猛v2<v赴从可知孔径扩大炒，则需要采用的泥浆护壁权当德v2>v乡他可知出现缩探径催亩，则需要再次衡扩孔。这样我告们可以根据所某测流速值来调面节泵压从而使善成孔效果达到轮更为理想。说第四码章穿洗如实习工程概况鹅本次实习工程近位于武汉市八钱一路小洪山附检近，承建单位呈为武汉市拓展柄地下管道工程步有限公司，甲忆方单位为中国永移动通信公司跌、中国联通公伤司及电信相关生部门。工程铺死管总长剂18兽6津米气，其间穿越回预填土层、粘土垃层、砂砾石层焰、少量岩层。窃可以说施工难丹度是相当大的浪，包括中间事骨故处理阶段，核整个工程历斑时伏2毅9探天。中间最深智处为糊6刊米付左右，入射角尘为店13炼º供。喊钻机类型的选围择：爪ZT-25侮（深圳钻通机易电设备开发有宏限公司制造）糟图盲1-5猫畏哲ZT-25秃钻机外形抢表常1-2烫ZT-25赶主要技术参数眯动力尸Kw浴125窃最大输出扭矩柏Nm贱8000泼钻机回拖力激kN币250岁钻进给进力隶kN只250版输出转速煮轻0-100桶入射角总。匹8-20戒泥浆泵最大排域量涉L/min议250颠泥浆最高压力猪Mpa壶8仪钻杆规格次mm庸φ烤73x300茂0洲挤压式扩孔器纱mm嫌φ内160-68岔0愉切捎式扩孔器辜mm被φ欧320-72牧0美流道式扩孔器遮mm暖φ灌300-70挠0磨主机外型尺寸致mm怕5500x2仰100x22却50恨总重量槐kg掏7800柴ZT-2国5汽型定向钻进非稀开挖铺管钻机蚁采用高强度橡搁胶履带底盘，污动力站和钻机逝一体化结构，否移动方便，机恢动性强。钻机盲动力选用康明觉斯柴油机，动鹅力充沛，性能绿稳定可靠。动典力头采用双马容达驱动，回转腊平稳，扭矩大贴。动力头设有剪卸扣自行浮动晴机构，以减少留对钻杆丝扣的蛮磨损，操作简冒便可靠。随机吼液压管线集中呈于防护套内，兔提高了管线的错使用寿命。方腾便的角度调节施油缸，入射角常调节灵活。给脚进回拉采用马逢达爽—企链条机构，推誉拉力相同，便亏于长距离控向与。双夹持器拧魔卸钻杆，效率厦高。全液压驱湾动，集中控制脉，操作方便、课灵活。芳扩孔器的选择浅：择Φ党450mm疮牙轮式扩孔割器暴睬Φ剃500mm血凸轮式扩孔诱器跨苏丝摩该工程采用回组拉式扩孔，由境于距离钻训机眼5撤-45m面段地层比较复忙杂，故采用李Φ伍450mm呼牙轮式扩孔器迈施工时，出现畜了扩孔器被岩厕石卡固事故，壮延误了工期。局所以，作者建乎议在类似地层笛条件下，不宜冈采用牙轮式扩备孔器。扰铺设管材的选坛择：呆Φ疫114mm略×橡200m踩×热8PV足C蛋管泊由于铺设管材雨比较长（达豪200m胁），因此在拉将管过程中采用柄特殊的回转装铲置在吊车和吉凳普车的提吊牵高引下，人为扶庆正进行自行回球转。另外，施尝工工地狭长无举居住带也为拉隙管的顺利进行驳提供了有利的警条件。泥施工组织：渣由于非开挖机伤械化程度较高士，因此除一名低现场技术负责掠人外，仅需司妇机一人、钻井姨液配置一人、责开孔处和出口姜处各两人负责渴拧卸钻杆即可肤。但由于该工辆地施工两处距客离较远，给钻秘杆的循环使用瓶带来很大的不蓝便，为此，承时建方专门利用期一辆吉普车来河