水平定向钻穿越施工及方案

水平定向钻穿越施工及方案

。本工程是一项φ219的钢管中压燃气工程，需要通过水平定向钻进穿越拖拉管施工，直线距离为84米。为了进行施工准备，需要租用临时民房作为现场施工人员的办公和住宿房，并采用市电或自带发电机（50KW）进行施工用电。施工用水则从附近的河水取得，而泥浆则需要租用灌车进行处理和外运。为了保证施工进度，需要提前进场拖管设备、管材和各种焊材。同时，需要采用DH-450/900-L非开挖导向铺管钻机，该钻机具有机动性能好、质量可靠、结构紧凑、整体性强、扭矩大、效率高、自动化程度高、操作简单可靠、装卸钻杆方便省力等特点，非常适合复杂地形、大口径和长距离管道穿越施工。水平定向钻进铺管的施工程序包括设计水平定向钻孔轨迹、开挖拉管工作坑施工、配制钻液、钻进导孔、回拉扩孔、清孔、回拉铺管和清场。在施工过程中，需要确保场地摆放管道无障碍物，以满足施工段的正常拖拉。关键技术包括地层勘探和地下管线探测，这些技术将有助于确保施工的顺利进行。地层勘探是为了了解土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性、地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等，以便选择钻进方法和配制钻液。这些信息可以通过查阅资料、开挖和钻探等方式获取。地下管线探测的主要目的是了解地下已有管线和其它埋设物的位置，以便为设计钻进轨迹提供依据。常用的方法包括物探法和现场勘察法等。钻进轨迹的规划和设计对管线施工的成功非常重要。钻孔轨迹的设计要考虑工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管线的性能等因素，为施工提供最佳的钻孔路线。现在我们的单位已经有制造商提供的钻机轨迹规划设计计算，通过采集所需的全部信息，利用最优化钻孔轨迹，大大提高了轨迹的科学性和施工效率。配制钻液在钻进施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻孔过程中用来与钻孔中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体。钻液具有冷却钻头、润滑钻具和悬浮和携带钻屑的功能，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。在不同的地质条件下，需要不同成份的钻液。钻液的品质越好，与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。钻导向孔的关键技术是钻机、钻具的选择和钻进过程的监测和控制。根据不同的地质条件和工程要求，选择合适的钻机、钻具和钻进方法来完成导向孔的钻进。施工人员需要配制适合地层性能的钻液，并能及时调整钻液的性能以适应工程要求。导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。通过人机协调控制，严格按照已设计的轨迹完成导向孔施工。钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的。钻头板和安装板上的钻牙，在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用，在钻杆推进时起变向作用。发射器容纳管（探棒室）用来放置发射器（探棒），在容纳管上开有通磁槽，并用非金属材料密封以防止高压钻液进入，发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。导向钻头的组成部分如下图所示。钻机与钻具的选择是钻孔施工的关键。钻孔主要靠钻机产生的推力、旋转扭矩以及所提供的钻液的流量、压力来完成施工。特别是长距离穿越，由于管线及钻杆自重较重，钻杆与地层之间产生的摩擦阻力较大，因此，钻机的回拉力及扭矩必须足够大。为了确保本工程的顺利进行，应尽量避免工程施工中途停钻，钻机连续运转时间相对较长，就必须要求钻机具有良好的性能。在我单位的技术人员的研讨下特意为本工程拟定了一台适合本工程地理条件的钻机。在回拉扩孔铺管施工中的关键技术是根据不同的土层、地下水位以及最终成孔直径正确地选择回扩钻具和每次的进刀量，正确的选配钻液和确定钻液的流量。当导向孔钻进完成后，卸下导向钻头、发射器容纳管，接上反向扩孔钻头和旋转接头（分动器），然后在旋转接头后接上回拉钻杆，进行回拉扩孔钻进。对直径较大的孔，可进行多次扩孔钻进，使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。扩孔钻具如下图所示。扩孔器类型有桶式、飞旋式、刮刀式等。穿越淤泥黏土等松软地层时，选择桶式扩孔器较适宜，扩孔器通过旋转，将淤泥挤压到孔壁四周，起到很好的固孔作用。当地层较硬时，选择飞旋或刮刀式扩孔器成孔较好。本项目要求两管在同一孔内进行回拖，选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的1.5～1.8倍，这样能够保持泥浆流动畅通，保证管线能安全、顺利地拖入孔中。水平定向钻进铺管中，泥浆作用尤其重要，因此钻孔中不可缺少泥浆。一般地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间的摩擦力增大，导致拉力增大。要保持在整个钻进过程中有返浆，这对回拉扩孔施工的顺利进行尤其重要。在本工程中如遇到地层条件是硬岩、泥灰岩和砾石交替变化，施工技术人员可及时调整钻液以产生不同的泥浆。在完成扩孔钻进后，需要回拉钻杆并连接回扩头和旋转接头，然后再连接拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。回拉铺管的钻具组成如下图所示。为了确保施工过程中不出现任何差错，首先需要对施工区域进行地下障碍物探测，并进行详细地质勘查，采取有效措施确保穿越施工的顺利进行。根据施工图纸要求和现场踏勘情况，放出入土点、出土点和管线中心轴线的位置，在入土点端测量并确定钻机安装位置。同时，确定穿越管道东、西两侧管头的具体位置。钻机安装在入土点和出土点的连线上。钻机导轨与水平面的夹角一般比设计的入土角大1°，以留出1°的余量，以应对钻杆来回抽动和下沉的情况。钻机需要安装牢固、平稳，并经检验合格后进行试运转。根据穿越管径的大小、长度和钻具的承载能力调整拖拉力。对控向系统进行仔细准确校正，校正至完全准确。钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。泥浆具有冷却钻头、润滑钻具和悬浮和携带钻屑的作用，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。清洁的淡水用于配制泥浆，用水量为1.5m3/min。泥浆由膨润土加泥浆添加剂与水搅拌而成，需拌制原有泥浆量的1.5倍。泥浆的粘度需根据地质情况和管径大小确定，可参考上表中的粘度值表。3.4.4钻液混合搅拌与泵送系统钻液混合搅拌与泵送系统是水平定向钻机的重要组成部分。它由混合搅拌系统和泵送系统两部分组成。混合搅拌系统是将水、膨润土、聚合物等按照一定比例加入混合仓，然后进行充分搅拌形成钻液。泵送系统则是由钻液泵将钻液通过中空钻杆输送至孔底钻头，并与孔中钻屑混合形成泥浆在孔底流动。目前，泵送系统的发展趋势是能够回收泥浆，经再生处理可反复循环使用，既节省资源又实现环保。搅拌系统应该具备搅拌快速均匀、提供大流量泥浆、可调节泥浆配比、搅拌与输送同时进行等功能。搅拌系统的装置包括料斗、汽油机泵、搅拌罐、车载泥浆泵、相关管路等。水平定向钻的泥浆泵送系统由随车泥浆系统与泥浆搅拌系统组成。泥浆搅拌系统用于泥浆混配、搅拌、向随车泥浆系统提供泥浆。随车泥浆系统将泥浆加压，通过动力头、钻杆、钻头打入孔内，以稳定孔壁，降低回转扭矩、拉管阻力，冷却钻头、发射探头，清除钻进产生的土屑等。各泥浆泵送系统如下图所示。（插入图片）3.4.5泥浆污染的防范措施泥浆是水平定向钻穿越的“血液”，其主要功能包括润滑、冷却钻头钻具、稳定孔壁和悬浮、携带泥屑等。由于在较大口径管道的水平定向穿越中，泥浆使用量非常之大（一般都在1100m3/条次以上），除出、入土两端的泥浆池存储的泥浆需要之外，穿越沿程的冒将、跑浆可能造成路面的污染。因此，在施工中主要的防范措施是控制泥浆压力、减少泥浆总量、及时清收和控制跑冒的泥浆，选择适宜的弃浆场所，有效地覆盖作业场地。泥浆循环、处理泥浆程序如下框图所示。（插入图片）出、入土端泥浆坑内的泥浆用返输泵分别通过循环管或直接返输进泥浆处理装置，经过处理后的部分清浆可以重复使用。弃渣外运至当地有关部门指定的地点存放。如对穿越沿线由于地层或其它原因造成的跑、冒浆，采用人工及时清收或就地控制，最后统一处理。3.5导向孔钻进、回扩和管线回拖3.5.1导向孔钻进导向孔根据设计曲线进行钻进。施工过程中，需要谨慎处理控向数据，并适当控制钻进速度，保证导向孔光滑。钻孔导向剖面示意图如下图所示。（插入图片）本工程中，入钻坑大小为3.0×2.0×2m，出钻坑大小为4.0×3×2m，入出钻处倾斜角为8度。为了保证钻孔方向的准确性，在出、入土点之间每隔10米设立明显标记，并且每钻进一根钻杆，方向探测2次，对探测点做好标记，认真记录钻进过程中的扭矩、推力、泥浆流量、泥浆压力、方向改变量。钻孔导向完成后，采用分级反拉旋转扩孔成孔，扩孔大小一般为管径的1.5~1.8倍。本项目中采用D350和D500钻头分级反扩成孔，并使用带长槽回扩器进行回拉扩孔。回拉扩孔器适用于中密度粘土、砾泥粘土和含岩土壤的施工，具有很高的施工效率。扩孔结束后，立即进行管线回拖，管线回拖施工连续进行直至回拖到设计位置。为了保证钻孔方向的准确性，采用先进的导向探测仪对地下钻头的前后倾角、深度、导向板面向角等进行测量，并根据测量结果人为预定其导进方向，并不断地调整钻头面角进行推进或继续钻进。在进行导向孔钻进时，钻头的准确定位和变向控制非常重要，以确保按照设计轨迹进行钻进。随钻测量（MWD）技术是主要的钻头监测方法，通过电缆法和电磁波法传送孔底信号。本项目将采用电磁波法进行拉管导向。钻进轨迹的控制需要考虑铺设管线的深度和水平距离、避开障碍物以及钻进角度或出钻角度的弧度变化控制。钻机应置于马路边缘一定距离外，以一定的钻进角度开孔，向下偏导向钻进，希望经过一定长度的弧形轨迹，达到铺管设计深度时钻头的方向恰好调整到水平方向，再保持水平方向旋转钻进，保证钻孔达到设计准确高程。在施工中必须设置必要的安全保护措施，包括防触电报警系统和远距离遥控紧急停机装置。操作手必须坐在座椅上不得离开，以免触电。随钻跟踪者应时刻保持与钻机操作手的联系，一旦发生意外应及时处置。在施工中应采取措施避免回拖失败、扩孔报废和塌孔，包括选择适宜的钻机，考虑地质条件、回拖管段的规格和长度以及预扩孔的直径和质量等因素。一般情况下，钻机的最大回拖力应不小于回拖管段自重的1/2。2、为确保拖管顺利进行，采用水浮法在回拖管道时进行穿越管段。导向孔是预扩孔的基础，其出、入土角、曲线偏移和造斜段曲率半径是基本控制指标。出、入土角一般容易控制，但在施工前应了解作业区地质情况。在进行导向作业时，应确保穿越曲线圆滑，避免出现反向弯曲现象。3、在满足管道回拖要求的前提下，应尽可能选择较小的扩孔直径、适宜的泥浆和钻具组合，并缩短施工周期。施工人员应组织好工作，确保施工顺利进行。1、公司将全面负责协调工程质量进度，组织现场管理部门全面负责本工程的施工、进度、技术、安全及文明施工等工作。项目部每周主持现场办公会议，解决施工中存在问题，确保工程顺利进行。项目经理使用五日计划来控制每日进度，确保按计划实施。5、本项目主要为钢管道施工，每段管线长依现场具体情况而定。采用DH-450/900-L型拉管钻机一台及其辅助设备进行施工，根据施工进度和工程量进行合理安排。主要设备包括导向、扩孔、回拖设备、钻杆、导向仪、发电机、污水泵、电工工具、泥浆泵、对讲机、水准仪、铁锹和泥浆搅拌站。6、为确保施工顺利进行，采取组织管理和质量管理措施。公司全面负责协调工程质量进度，组织现场管理部门全面负责本工程的施工、进度、技术、安全及文明施工等工作。每周主持现场办公会议，解决存在的问题。项目经理使用五日计划来控制每日施工进度，确保按计划实施。6.钻孔作业在进行钻孔作业前，需要确保钻机及配套设备就位准确可靠。导向孔的操作也需要认真复核，确保参数要求准确，偏差要符合规定。司钻、控向及泥浆等操作人员要按照制定的方案进行钻进，并在发现异常时及时汇报，必要时征得建设单位同意和支持。在钻孔过程中，需要保证钻孔曲线的圆滑，扩孔和回拖要耐心细致，并做好详细记录以便分析复核。7.管线回拖在管线检验合格、钻具及拖管头可靠连接后方可进行回拖。在回拖过程中，需要耐心细致，注意参数变化，并设专人巡线，集中精力，两岸联系，发现涌点及损伤要及时修补，确保管线防腐层完好，不得出现碰伤、划伤等质量事故。如果在施工过程中出现质量问题，应立即报告建设单位现场代表及监理，并征得建设单位、监理设计人员的同意后，采用补救措施进行处理。7.1安全措施-施工管理安全保证措施为了确保施工的安全性，需要认真贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针，进一步加强施工生产安全管理工作，预防事故发生。为此，需要成立以项目经理为组长，总工、生产部经理、专职安全员等组成的安全领导小组，明确安全生产岗位责任“谁负责生产，谁负责安全”。同时，严格执行各项安全管理制度和操作规程，进入现场必须戴安全帽，高空作业要系好安全带，严禁酒后上岗，特殊部位应悬挂安全网。工程结构受力支架必须进行力计算，对安全要点建立安全管理控制网，并严格落实安全措施。此外，还需要加强安全教育，提高全员的安全意识，定期组织安全生产大检查，对安全隐患责令限期整改。7.2安全措施-机械设备安全在进行机械设备操作时，需要确保挖土机、起重机的保险、限位装置齐全有效。驾驶、指挥人员必须持有效证件上岗，驾驶员应做好例行记录。各类安全（包括制动）装置的防护罩、盖也必须齐全可靠。机械与输电线路（垂直、水平方向）应按规定保持距离，以确保施工过程中的安全。5.在进行作业时，机械停放应保持稳固，臂杆幅度指示器应灵敏可靠。6.电缆线应保持良好绝缘，不得有接头，不得乱拖乱拉。7.各类机械应携带技术性能牌和上岗操作牌。8.必须严格执行定期保养制度，做好操作前、操作中和操作后设备的清洁润滑、紧固、调整和防腐工作。严禁机械设备超负荷使用，带病运转和在作业运转中进行维修。9.机械设备在夜间作业时必须有充足的照明。7.3、防火安全1.建立公司、施工队、班组三级防火责任制，明确职责。2.重点部位如仓库和木工间应配置相应的消防器材，一般部位如职工宿舍和食堂等处应设常规消防器材。3.施工现场用电应严格执行有关规定，加强电源管理，防止发生电气火灾。4.焊接和割作业与氧气瓶、乙炔瓶等危险物品的距离不得少于10m，与易燃易爆物品的距离不得少于30m。7.4、突发事件应急措施根据工程施工现场和周围环境等具体情况，制定有针对性的关于施工过程的应急措施：1.在治安管理方面，施工人员如发生打架斗殴、流血事件，应立即制止，在现场不能控制事态的情况下，立即拨打报警电话。2.为确保混凝土浇筑的顺利进行，现场应临时配备柴油发电机，并在混凝土浇筑前预先考虑好施工缝的留设位置，以备浇筑过程中突遇大雨造成的停工。3.工地应组织义务消防队，定时进行训练。施工区、生活区及隧道内，应按规定设置灭火器和消防水龙头。如发生火灾，应立即切断电源，组织人员疏散，将易燃易爆物品如氧气、乙炔瓶等及时转移到安全地带。同时组织人员灭火，并拨打火警电话，组织好消防车进场进行抢救工作。8、文明施工保证措施8.1、文明施工的管理1.施工单位应按规定组织文明施工，建立文明施工管理责任制，开展文明施工达标活动。2.工地每月应组织两次文明施工大检查，并接受市建设行政主管部门的文明施工大检查，以及业主、总包、监理的文明施工检查和监督。8.1.1、现场文明施工措施1.积极开展文明施工窗口达标活动，做到“两通三无五必须，便民利民不扰民”。-两通：施工现场人行道畅通；施工工地沿线单位和居民出入通道畅通。-三无：施工中无管线事故；无重大伤亡事故；施工现场周围道路平整无积水。-五必须：施工区域与非施工区域必须严格分隔；施工现场必须做到挂牌施工和管理人员配卡上岗；工地现场施工标必须堆放整齐；工地生活设施必须清洁文明；工地现场必须开展以创建文明工地为主要内容的政治思想工作。2、在现场人员中广泛开展“七不”