水平定向鉆施工工藝及重點(diǎn)環(huán)節(jié)一、施工工藝二、泥漿配置泥漿是水平定向鉆穿越工程中非常重要的因素，可以說泥漿的質(zhì)量，很大程度上，決定了定向鉆施工的成與敗。泥漿一般由水、膨潤(rùn)土及泥漿添加劑等配成，根據(jù)穿越工程的實(shí)際情況，泥漿的成分配比需要作適當(dāng)，調(diào)整泥漿的質(zhì)量，主要從以下三個(gè)方面來控制：1、水。泥漿用水，宜用堿性的水2、膨潤(rùn)土。宜用鈉膨潤(rùn)土，不使用鈣膨潤(rùn)土3、配置好的泥漿pH值控制在8～10如果地質(zhì)情況復(fù)雜、穿越直徑和長(zhǎng)度較大，對(duì)泥漿的性能要求就高，相應(yīng)要采取不同的措施，通過添加泥漿添加劑改善泥漿性能，以確保能夠穿越成功。2.1泥漿的作用：（1）泥漿具有適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃?dòng)性，攜帶鉆屑能力強(qiáng)，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態(tài)，通過泥漿的流動(dòng)使鉆屑能夠順利返出地面。（2）泥漿有較強(qiáng)的護(hù)壁作用，能夠提高孔壁的穩(wěn)定性，尤其對(duì)于孔徑較大、容易坍塌的地層。（3）泥漿具有較強(qiáng)的潤(rùn)滑性能，為管線回拖提供有效的潤(rùn)滑作用，特別是當(dāng)穿越長(zhǎng)度較長(zhǎng)，加入潤(rùn)滑劑降低摩擦系數(shù)可以降低管線的回拖力。（4）泥漿能夠?qū)︺@具起降溫作用。2.2常用泥漿化學(xué)處理劑為了保證水平定向鉆進(jìn)泥漿的穩(wěn)定性和提高泥漿的各種工藝性能，以適應(yīng)各種情況下的鉆進(jìn)要求，泥漿中使用著各種各樣的泥漿添加劑。水平定向鉆進(jìn)泥漿常用的泥漿添加劑有：A.純堿；B.防塌劑；C.降失水劑；D.潤(rùn)滑劑。2.3泥漿在不同地層的配置2.3.1粘土層的泥漿性能要求及組成其主要特點(diǎn)：成孔性好，可鉆性好，鉆具在土中旋轉(zhuǎn)推進(jìn)、造斜和出土都能比較好的成孔，不易坍塌，是最適宜穿越的地層。泥漿的組成：膨潤(rùn)土+純堿+降失水劑在一般的條件下，采用上面的配合比；施工中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2.3.2砂層和細(xì)砂、卵石、礫石（少量的）地層的泥漿性能要求及組成其主要特點(diǎn)：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力強(qiáng)。導(dǎo)向孔和回?cái)U(kuò)孔時(shí)極易坍塌，泥漿含砂量高造成機(jī)具對(duì)巖屑的重復(fù)破碎，機(jī)具和設(shè)備磨損較重。泥漿的組成：膨潤(rùn)土（一級(jí)）+防塌劑（聚合物）+降失水劑+潤(rùn)滑劑。在一般的條件下，可采用上面的配合比；施工中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2.3.3泥巖成孔性極好的泥巖，這類巖層在管徑小、距離短的情況下，一般用清水就可以完成工程，但建議在清水中添加一些堿，提高造漿率和攜帶懸浮能力，能使工程更加順利的完成。2.4泥漿粘度值表三、鉆導(dǎo)向孔的原理按照設(shè)計(jì)圖紙的入土點(diǎn)的角度，在動(dòng)力頭的作用下，鉆頭帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，利用人工磁場(chǎng)法是在穿越中心線兩側(cè)布設(shè)閉合導(dǎo)線圏，通電后形成外加磁場(chǎng)，用以對(duì)控向參數(shù)的復(fù)核。人工磁場(chǎng)可不受任何外部磁場(chǎng)的干擾，準(zhǔn)確1-3=1-1*9/10+2*9-7=3反映鉆頭所在的具體位置，左右偏移量和穿越點(diǎn)高程情況，人工磁場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)是探頭所在位置的真實(shí)反映，使用GPS對(duì)地面測(cè)向、定位，使兩條邊線相對(duì)于中心線對(duì)稱，以進(jìn)行穿越中心線兩側(cè)磁場(chǎng)線圈閉合，最終從出土點(diǎn)鉆出。四、施工過程中注意的問題4.1設(shè)備就位、安裝、調(diào)試定好穿越長(zhǎng)度后，根據(jù)入土點(diǎn)、入土角度結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況使鉆機(jī)準(zhǔn)確就位。鉆機(jī)設(shè)備、泥漿設(shè)備安裝完成后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、檢查、確保設(shè)備安全運(yùn)行。導(dǎo)向設(shè)備儀器安裝完成后，對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，確保導(dǎo)向孔的精度。4.2導(dǎo)向孔鉆進(jìn)要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭。在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)，每鉆進(jìn)一根鉆桿，至少測(cè)量一次方向及鉆頭的實(shí)際位置，對(duì)探測(cè)點(diǎn)要做好標(biāo)記。根據(jù)儀器顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求。司鉆認(rèn)真記錄鉆進(jìn)過程中的扭矩、推力、泥漿壓力。以便對(duì)地質(zhì)情況有所了解，為擴(kuò)孔器孔徑及類型的選擇提供依據(jù)，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)擴(kuò)孔速度進(jìn)行控制。4.3擴(kuò)孔擴(kuò)孔次序：根據(jù)管徑、鉆機(jī)噸位及地質(zhì)條件確定每級(jí)擴(kuò)孔器的選擇，一般擴(kuò)孔至管徑的1.3~1.5倍，根據(jù)扭矩及拉力的大小決定是否需要清孔。在擴(kuò)孔和回拖過程中控制鉆進(jìn)速度，不宜忽快忽慢、甚至停鉆，這樣會(huì)導(dǎo)致所擴(kuò)孔徑嚴(yán)重變形，在軟硬交界的地層中尤為明顯，因此在施工過程中要保持勻速，當(dāng)因故停鉆時(shí)要定時(shí)活動(dòng)鉆具。鉆桿必須確保連接到位、牢固才可回?cái)U(kuò)，以防止回?cái)U(kuò)過程中發(fā)生脫扣事故。根據(jù)各種不同土質(zhì)配制不同濃度的泥漿，使其擴(kuò)孔時(shí)回拖力的數(shù)值和扭距值控制在鉆機(jī)正常工作參數(shù)之內(nèi)。回?cái)U(kuò)過程根據(jù)不同地層地質(zhì)情況以及現(xiàn)場(chǎng)出漿狀況確定回?cái)U(kuò)速度和泥漿濃度及壓力，確保成孔質(zhì)量。4.4回拖管線回拖時(shí)連接順序：動(dòng)力頭—?jiǎng)恿︻^保護(hù)短節(jié)—鉆桿—擴(kuò)孔器—分動(dòng)器—U型環(huán)—拖拉頭—管線。原則上要求擴(kuò)孔（或清孔）與鋪管一氣呵成，中間不允許有長(zhǎng)時(shí)間的非作業(yè)停頓。回拖時(shí)鉆機(jī)應(yīng)先開泵打水，保證擴(kuò)孔器排漿暢通，當(dāng)擴(kuò)孔器快要入土?xí)r，同時(shí)指揮鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過鉆桿輸送泥漿到擴(kuò)孔器，一邊旋轉(zhuǎn)一邊回拉。回拉鋪管過程中，要密切注意拉力、扭矩、水壓等參數(shù)的變化，同時(shí)還要隨時(shí)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)有無異常情況出現(xiàn)，及時(shí)處理多余的泥漿。拉管中要派專人負(fù)責(zé)裝卸及運(yùn)輸鉆桿，以保持整個(gè)拉管作業(yè)的連續(xù)性。入土和出土之間密切配合，用對(duì)講機(jī)互通信息，隨時(shí)保持聯(lián)系。另外，對(duì)出土處管線也要派專人進(jìn)行維護(hù)，防止管線劃傷，確保回拉時(shí)管線安全及行人安全。4.5回拖速度管線回拖快慢三個(gè)因素：1）孔壁的失水量泥漿從擴(kuò)孔器流出后假如保留在了孔中，經(jīng)過鉆頭的攪拌作用形成濕滑的泥，后面拖的管材經(jīng)過時(shí)將起到一個(gè)很好的潤(rùn)滑作用，這樣就減小了回拖阻力。回拖管材時(shí)出土坑中不停地有泥漿流出，那孔的失水量一定很小，潤(rùn)滑作用就好。2）鉆屑的造漿性能不論是清水、泥漿，在擴(kuò)孔時(shí)會(huì)切削下鉆屑，水或泥漿與這些鉆屑攪拌后就會(huì)使其性能改變。如果鉆屑造漿性能本身就很良好的話，就會(huì)使原來的水或泥漿長(zhǎng)時(shí)間保持性能，但如果造漿性能不好就破壞了原泥漿的效果，大大地降低了流動(dòng)性、攜帶孔內(nèi)殘余物和潤(rùn)滑的作用，會(huì)使回拖力大為上升。3）管材的長(zhǎng)度管材越長(zhǎng)時(shí)摩擦距離越長(zhǎng)，回拖阻力越大。措施：失水量大、造漿性能差、不論管材長(zhǎng)短都宜保證回拖力不很大時(shí)快拖；失水量小、造漿性能差或失水量大、造漿性能好且管子長(zhǎng)時(shí)宜用偏快速度回拖，管子短時(shí)宜用偏慢速度回拖。五、施工經(jīng)驗(yàn)在定向鉆鋪管施工過程中，經(jīng)常發(fā)生一些生產(chǎn)事故，給施工單位、建設(shè)單位及管線業(yè)主帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。5.1鉆桿方面5.1.1鉆桿絲扣扭損鉆桿的傾角遠(yuǎn)大于了鉆機(jī)塔架的傾角，加鉆桿時(shí)由于兩根鉆桿的夾角不同，絲扣不能對(duì)正，斜著往上擰，絲扣嚴(yán)重受損。5.1.2鉆桿磨損定期對(duì)鉆桿進(jìn)行檢查，如磨損，鉆桿損傷、嚴(yán)重彎曲等，并做相應(yīng)標(biāo)記。5.1.3擅自加大動(dòng)力頭絲錐強(qiáng)度動(dòng)力頭絲錐強(qiáng)度提高，那薄弱環(huán)節(jié)就不在該處而在孔內(nèi)的鉆桿上了，動(dòng)力頭絲錐保住了，卻把孔中的鉆桿扭斷了。5.2導(dǎo)向技術(shù)導(dǎo)向工作是定向鉆鋪管中的一個(gè)重點(diǎn)。雖然從施工流程來看只是一個(gè)施工環(huán)節(jié)，但是整個(gè)工程從擴(kuò)孔、清孔、拖管都無一不受導(dǎo)向軌跡的影響。在導(dǎo)向施工前要做到“胸有成竹”，事先計(jì)劃好所需的軌跡數(shù)值，使整個(gè)軌跡盡量形成一條平滑的曲線，不宜猛糾硬調(diào)。5.3拖管中斷拖管時(shí)由于客觀原因限制，中途需要停頓，這時(shí)要隔一段時(shí)間向孔中送一次沖洗液，不能使孔內(nèi)壁的殘留鉆屑失水后抱死管材。5.4管線回拖經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為了避免不必要的損失，提高水平定向鉆鋪管工程施工的成功率，保證管線鋪設(shè)的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，我們應(yīng)該對(duì)施工不斷進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，它包括以下五個(gè)方面內(nèi)容：5.4.1鉆機(jī)的固定方面回拉管材時(shí)，鉆機(jī)是不能移動(dòng)的，而一般情況下，鉆機(jī)的自重根本無法與鋪管的回拉力相抗衡，因此鉆機(jī)必須用地錨固定住。25T鉆機(jī)的地錨，一般是用大錘打錨桿，把鉆機(jī)前支撐架固定在地面上。如果回拉力很大，在必要情況下，采用鋼絲繩套住鉆機(jī)大梁，然后埋后地錨將鉆機(jī)拉住，條件允許情況下可以租用挖掘機(jī)用鋼絲繩拉住鉆機(jī)。5.4.2鉆具方面回拉鋪管鉆具的組合擴(kuò)孔器與分動(dòng)器連接處有起固定作用的螺母，螺母一端專門設(shè)有插銷孔，組裝鉆具時(shí)必須在插銷孔中穿入鐵絲作為插銷，以防止螺母在回拉鋪管過程中松動(dòng)脫落。U形環(huán)屬易損件，一般情況下使用的是國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，因?yàn)橛行﹪?guó)產(chǎn)U形環(huán)強(qiáng)度不如進(jìn)口U形環(huán)的強(qiáng)度大，容易拉斷，使用壽命短，耐久性也不好。U形環(huán)上的固定螺母要用扳手?jǐn)Q緊，并且要插上插銷，防止松動(dòng)脫落。上述兩處是很容易被忽略的，要特別引起重視，否則可能會(huì)造成嚴(yán)重的事故導(dǎo)致拉管失敗。5.4.3擴(kuò)孔方面（1）孔內(nèi)的清潔狀況。如果沒有清孔或清孔不徹底，拉管時(shí)會(huì)帶出大量的殘余泥土，影響施工場(chǎng)地，并且會(huì)大大增加拉管的回拖阻力。拉管時(shí)，拉力和扭矩都會(huì)很大，必須再次清孔，直到孔內(nèi)殘留物較少為止，然后才能進(jìn)行回拉鋪管作業(yè)。所以要保持孔內(nèi)清潔，不要?dú)埩暨^多鉆屑。清孔時(shí)，用擠壓式擴(kuò)孔鉆頭，操作鉆機(jī)慢拉快轉(zhuǎn)。利用擴(kuò)孔器的結(jié)構(gòu)形狀使鉆孔得到徑向擠密，既能形成完好的孔壁，也對(duì)孔壁有一定的保護(hù)和鞏固作用，多余的土體被擠壓或拉出孔外。（2）孔內(nèi)的暢通情況孔內(nèi)返漿與孔內(nèi)的暢通情況有一定的關(guān)系。如果沒有返漿現(xiàn)象，可能會(huì)導(dǎo)致鋪管失敗，要分析實(shí)際原因。如果孔內(nèi)不暢通，泥漿中水也漏失，則剩下鉆屑越積越厚，管線易被“抱住”，給拉管造成很大的阻力。在正常拉管情況下，一般會(huì)有返漿現(xiàn)象出現(xiàn)。一般是開始返漿發(fā)生在尾部，當(dāng)回拉到只剩下三四根鉆桿時(shí)，前面才會(huì)出現(xiàn)返漿。在砂層中拖管，返漿中攜帶有大量殘存的砂粒等鉆屑冒出。而在粘土層中，返回的泥漿比原沖洗液泥漿更濃。返漿的出現(xiàn)說明孔內(nèi)暢通，拉管很容易成功。5.4.4泥漿方面（1）鋪管過程中孔內(nèi)要始終充滿足夠的泥漿。泥漿不僅可以保持孔壁穩(wěn)定，防止坍塌，還可以對(duì)鋪管起到很好的潤(rùn)滑作用，大大減小管線與孔壁之間的摩擦阻力。（2）關(guān)于泥漿的配比：非開挖泥漿的PH值一般應(yīng)該保持在8～10。根據(jù)砂層、粘土層等各種不同的土層情況，應(yīng)采用不同的配合比，回拉鋪管中泥漿的作用要