PE管道水平定向钻应用浅谈

PE管道水平定向钻应用浅谈1前言随着经济社会发展，城市用水量的不断攀升，城市给水改造工程越来越多，穿越道路的给水管道不开槽施工逐渐增多。PE给水管不开挖施工技术，在城市给水管网改造中，特别是穿越道路施工中得到了广泛的应用，与开槽施工相比，PE管道定向钻施工具有对城市交通影响小，施工周期短、经济效益好的优势；不开槽水平定向钻与开槽施工相比，因有一定的不可预见性，因对穿越地层及地下建构筑物、管线及钻进设备及导向孔等的不可预见性，定向钻孔的施工是关键，泥浆配备是回拖成功及管道防止塌方的保证。2定向钻施工关键控制措施2.1导向孔的设计：导向孔穿越曲线依据管材曲率设计。PE管导向孔基本参数：入土角α=12°，出土角β=8°。2.2钻导向孔导向孔的钻进开钻前将探测仪的探头置于导向钻头上，测试探头反射信号以保证探头精度，再将导向杆以5～7度入土角度钻入土中，每隔2米测定一次钻头位置，入土深度达到设计管位中心高程时，导向杆沿管道轴线直走，直到接收井。扩孔宜采用分级、多次扩孔的方式进行。扩孔过程中，如发现扭矩、拉力仍较大，可再进行洗孔作业；钻导向孔的成功与否关键在于如何成功导向的问题，故此在钻导向孔时按照地质构造的不同详细制定出合理的泥浆配比方案，规定在不同的地质情况下选用不同的泥浆配方，充分提高泥浆的护壁能力，在造斜段使用的泥浆中添加某种添加剂的含量，降低土层的摩擦系数，从而可以防钻具粘卡；为保证预扩孔及回拖工作的顺利进行，钻导向孔时要求每根钻杆的角度改变量不应超过2°，连续3根钻杆的累计角度改变量应控制在5°以内；在导向钻孔过程中技术人员根据所测获得钻头的角度、深度等数据，判断钻孔位置与钻进路线图的偏差，再向钻机操作人员进行调整，确保钻头沿设计轨迹钻进，及时记录好导向数据；施工中适当控制钻进速度，保证导向孔光滑。2.3导向孔施工措施2.3.1为保证导向孔与设计曲线相符合，采取如下措施：在导向孔钻进前，应精确测好穿越曲线，经技术负责人确认；用经纬仪进行钻机就位，使钻机主机桅杆轴线与导向孔轴线重合；钻导向孔时，造斜段单根钻杆的角度变化值按下式控制：Δα=57.3L/R2.3.2鉆进过程中，应保持导向孔与设计曲线的符合性。当导向孔发生偏离时，应及时纠偏，但纠偏过程中应避免导向孔出现“S”弯。钻进过程中，泥浆压力控制在2Mpa以下。2.3扩孔施工用水平定向钻机进行预扩孔，边扩孔边打入泥浆，视旋转压力及回拖压力逐渐加大扩孔级别。使用不同直径扩孔器分别进行三次预扩孔，最终扩孔直径保证≥1.5倍的铺管直径。扩孔次数需视钻机回转压力及回拖压力而定，可以适当越级扩孔；当然，在某一级扩孔时，如果旋转压力及回拖压力很大，就要增加同级扩孔，以减小下一级扩孔时的回转压力及回拖压力。在满足管道回拖要求的前提下尽可能选择小的扩孔直径，一般控制在1.3--1.5倍穿越管径左右；对于地层相对较差的地层适当加入防塌剂。2.4泥浆控制措施泥浆是定向穿越工程中的关键因素之一，泥浆性能，动、静切力，失水以及润滑等性能必保。选用一级膨润土，加上相应的聚合物添加剂配出合乎要求的泥浆；聚合物添加剂应具备降失水、提粘、防塌、携砂、润滑功能；为了确保泥浆的性能达到设计要求，泥浆要有足够的水化时间。泥浆的粘度：钻导向孔段泥浆粘度控制在35-40S；预扩孔段泥浆粘度控制在45-50S；管线回拖段泥浆粘度控制在35S左右。泥浆压力、流量控制：钻导向孔阶段，压力控制在2Mpa左右，流量在200L/min，扩孔阶段压力控制在3Mpa左右，流量200L/min左右。2.4.1管线回拖管线回拖是整个穿越工程最后也是最关键过程，设备就位之前必须将所拖管道焊接完毕，各岗位各部门密切合作协调统一行动：2.4.2管外注浆根据多年的施工经验，管线回拖完毕后，总是悬浮于孔上壁，使得管线下侧的空间相对变大，我们就利用下侧的空隙将钻杆再次打入到管线的水平段，然后用泥浆泵泵入水泥粉煤灰浆，直至注满为止。注浆量的计算：注浆水泥浆用量=（钻孔体积-管道体积）×A%，可填充比A一般为15～18。3.应急及预防措施3.1预防措施在穿越过程中在公路上施工位置50米设置明显的警示标识在公路车辆通行的方向设专人守护减小车辆对路基的震动；在穿越位置设专职观察员，对穿越过程中道路及路基的变化全程监控；在穿越轴线上方铺设钢板，加大受力面，减少上部汽车动荷载产生的震动。3.2应急预案3.2.1管线回拖受阻的应急预案应区别受阻位置和实际情况区别对待。当管线回拖进距离相对较短时，宜采取往出土侧回拉的方式；当管线回拖至接近出土时，可采取往钻机侧助推的方式；当回拖管线位置处于中间段，两个方向均可考虑，在软地层受阻时，用助推方式成功的机率较大，岩石地层受阻时，尽可能考虑往出土侧回拉的方式，以免损坏防腐层。3.2.2防止出现跑浆的应急措施有些地段由于地层的软硬变化，或者有地质裂缝，或正好在穿越沿线附近有以前的回填坑或以前的地质探孔等，这些不可预见因素有可能造成泥浆在出乎意料的位置冒出。1）钻导向孔阶段导向孔钻进阶段是管线穿越的关键，因为管线穿越孔还没有钻通，因此在导向孔钻进的过程中，穿越泥浆是在盲孔中向入土点返出，如果入土点前端孔堵塞，则有可能在穿越沿线冒出泥浆，因此在管线导向孔的前100米，将采取比较大的泥浆量，泥浆的流量较大便于携带出破碎的泥土，使孔始终是通路。在导向孔的后半段，泥浆压力要减小，因为穿越距离长时泥浆很难再从入土点孔洞内2）扩孔阶段开始扩孔的前半段，要采取比较大的泥浆量，利用泥浆的流动把孔内的泥土带到出土点。当扩孔中段，泥浆量要减小，因为距离出土点与入土点都比较远，泥浆从这两点返出需要的压力较大，如果采取大的泥浆压力可能从沿线冒出泥浆。在回扩到距离入土点较近时泥浆排量再次加大，泥浆将从入土点孔洞返出。3）回拖阶段在管线回拖阶段，因为整个穿越孔内充满了泥浆，因此在回拖管线的过程中，泥浆的排量与压力不用太大，随着管线进入穿越空洞，孔内的泥浆将被管线挤出因此管线的回拖速度不能太快。3.2.3路面沉降应急首先应从技术上和施工中确保避免路面沉降的产生和控制沉降量，在沉降发生时，采取以下措施：在定向钻穿越公路面设置间距为2m的观测点，根据顶进位置每小时测量，发现沉降超过3cm应立即停止作业，必须找出原因，及时调整方案并采