簡述水平定向鉆牽引施工技術摘要：在牽引管道時應根據地質情況以適宜的速度拖管,保證成孔的泥漿的穩定性。如出現管道拖不動,應及時將鉆機移到管道人地端,與挖掘機及其他機械配合,將管道拖出地面。檢查并改善相關保障措施,如采取更大的回擴頭,使用添加劑,使用具有更大動力的鉆機等。關健詞：施工；準備；控制；導向孔；擴孔；泥漿技術 水平定向鉆是當今復雜條件下敷設管線的重要施工方法,尤其對橫穿大江大河的管線,可在不影響航道正常航行情況下施工。目前,我國的水平定向鉆的施工設備已經隨著我國現有的鉆機設計和制造技術完善,不斷開發和創新。1工程概況 水平定向鉆可承擔各種不同材質管線的穿越任務,鉆機性能的發揮依賴于適宜的地質條件和合理的軌跡設計。在牽引管施工中多處發生導向孔時卡鉆、擴孔時塌方的情況,經及時采取有效的處理措施才保證了工程的順利進行。現結合本工程實踐對水平定向鉆牽引管道施工技術主要控制要點做如下討論。非開挖水平定向鉆牽引管道施工的主要工藝流程是：施工準備→導向孔施工→反拉擴孔、成孔、牽引管道→砌檢查井→驗收→清場。寶崗大道通信管線工程全長約2km，其中定向鉆施工全長約1km，包括江南西、南田路等路口,施工工期僅30d。主要為弱電線路包括電信、移動、聯通、廣電及電力調度光纜等。施工主要采用開槽埋設,混凝土包方加固施工方式；在需穿越江南西廣百廣場、南田路口及公交站場時,采用水平定向鉆牽引管方式施工敷設110HDPE(高密度聚乙烯)管12孔。2施工準備階段的控制2.1確定設計軌跡與選擇合理穿越地質地層 如果地質條件理想,穿越曲線位于豁土、亞毅土、或淤泥等造漿能力好的地層,施工時可以適當加長曲線長度,且拖拉力不會增加很多,可加快工程進度。如果穿越曲線所在的地層不理想時,則會降低穿越成功的可能性,甚至導致鉆孔無法完成。在本工程施工中大部分處于均質豁土及砂土層,故施工完成順利,但由于地質資料復雜而且欠缺,導致部分在橫越江南西廣百廣場處鉆孔完成不夠完善,施工中經過多次試鉆都成功后,最終在拉管過程中卡了兩根管,由于在人口密集的廣場，嚴重影響工期及交通。所以事先充分了解施工地段的地質條件是穿越成功的重要前提。2.1.1地質要求 必須先勘察穿越工程處的地質情況,不同地層需要選用不同的鉆具及結構。穿越地層必須詳勘,一般按要求在穿越中心兩邊各15m,沿中心線方向間距設勘察孔,而對于復雜的地質則勘察孔必須加密。穿越段地質勘探應提供以下參數值:各巖土層厚度、取樣深度、含水量、顆粒度、液性指數、塑性指數、液限、塑限、標貫擊數、承載力標準值等數據,并提供水質報告、穿越地段地形和地質鉆探剖面圖,供施工單位使用參考。2.1.2軌跡設計 根據鋪管設計標高、地層及地形情況,以及鉆桿曲率半徑、工作場地、地下管線分布等情況,確定定向鉆進過程中鉆頭的頂角、方位角、工具面向角,計算出測定空間坐標,設計定向鉆的軌跡圖及制訂特殊地層、地段的特殊施工方案,并且要準備常用的施工應急材料,以保證施工任務的順利完成。目前國外著名的鉆機制造商可提供商品化的軌跡規劃設計軟件,通過采集所需的全部信息,利用計算機進行最優化鉆孔軌跡設計,從而可大大提高軌跡設計的科學性和設計效率。 弧形導向孔軌跡由兩部分組成:造斜段和直線段。造斜段是鉆桿進人敷管深度的過渡段,直線段是管道穿越障礙物的敷設段。 導向孔軌跡的形態取決于穿越起點(A點)、穿越終點(B點)、敷管深度(h)、造斜段曲率半徑(R1、R2)等參數。其中R1由鉆桿最小曲率半徑(Rd)和敷管深度(h)決定,根據經驗Rd≥1000d(d為鉆桿直徑,50mm);R2由所敷管的彎曲半徑決定,工程中取R2≥47mm,見圖1。其計算公式如下: (1) (2) 式(1)、(2)中：L一造斜段距離；a一鉆桿人射角。檢查批回擴和回拉時的泥漿出口圖1導向孔軌跡2.1.3集泥池 為保證附近環境衛生狀況,在鉆進前應先在兩端挖好集泥漿池,安裝好泥漿泵,及時抽出導向鉆及擴孔階段的泥漿。并做好集泥漿池相關的安全防護措施,確保安全生產文明施工。2.2鉆機描固 本工程采用履帶式鉆機為美國威猛牌D24一X型及水平導向鉆機DDW一X型(X表示額定推拉力的大小)。鉆機主要功能是為鉆桿提供足夠大的扭矩和推拉力,以實現導向鉆進和回拉擴孔鋪管,施工中錨固以穩、平、實為原則。在鉆機錨固前,應對錨固區域用儀器進行地下管線檢測,防止將錨桿打在地下管線上。合理的錨固是順利完成鉆進及回拖管道的前提,鉆機錨固能力反映了鉆機在鉆進和回拖施工過程中利用本身功率的能力。一臺鉆機推力再大,如果鉆機在定向鉆進過程中發生移動,仍會導致鉆機無法按預定的計劃完成鉆進工作。在回拖時,如錨固不好而使鉆機移動,會導致管道拖不動,如果進一步加大鉆機拖力,則會出現鉆機的全部功率作用于機身,容易發生設備破壞和人員傷亡。2.3鉆具選擇 鉆頭是定向鉆進的重要工具,對工程施工所要達到的效果及進度具有重要影響。鉆頭鉆進時的旋轉速度通常為50～100r/min。因此對于不同的土層采用不同的鉆頭才能有效鉆進,并防止卡鉆、鉆頭損壞。3導向孔施工的控制3.1導向孔施工3.1.1導向鉆孔 目前常采用射流輔助鉆進方法,一般以15°,斜面鉆頭來控制鉆頭方向。鉆頭內的發射器可以發射鉆頭的位置、頂角、深度、鉆頭溫度、面向角、發射器內電池狀態等參數,并由地面手提定位示蹤儀接收,供操作人員及時準確地確定鉆頭的具體位置和深度,并隨時通過鉆機調整鉆機參數,以控制鉆頭按設計軌跡鉆進,同時記錄示蹤儀上的原始數據,以便對工程質量評定提供依據。3.1.2斜面糾偏 地面示蹤儀測量精度一般為3％～5％,測量深度為20m左右,當發現定向鉆進偏離設計軌跡時,通過調整鉆頭斜面的方向進行糾偏。糾偏不能過急,應按照鋼管的曲率半徑來完成糾偏工作，糾偏過急,容易在拖管過程中出現拖不動的問題。3.1.3卡鉆的解決辦法 在礫石、粉細砂、鈣質層鉆進中,較容易出現卡鉆現象。在本工程中曾多處發生卡鉆(特別是廣場的地層，回填土為主，土質復雜),經及時調整泥漿指標,使用大泥漿排量,與挖掘機配合將鉆桿撤出卡鉆區；通過調整泥漿指標,使用膨潤土,增加泥漿切力和豁度,并使用扭矩大、推力大的鉆機及其匹配的鉆頭,最終完成了導向孔的鉆進。3.2信號接收 在鉆進過程中,信號探頭與信號接收器之間的連接必須正確。在開鉆前應嚴格檢查線路之間連接是否合理可靠,否則容易造成因信號接收不良或無信號而引起鉆進過程中軌跡偏離等不良后果。由于地磁信號強及建筑物、高架橋、各類管線等的屏蔽作用,使定向信號無法接收時,可依靠消失前鉆頭位置及鉆進斜率與點數在鉆桿上作記號進行盲鉆，但前提必須保證盲鉆區域設計深度范圍內沒有其他管線與之交叉或平行過近。在盲鉆過程中應根據鉆桿的記號及計算鉆桿的斜率來調整方向,利用鉆孔返漿液來判斷地層變化,完成整個鉆進,直至信號出現。4擴孔控制及應用泥漿技術4.1擴孔施工4.1.1擴孔器 當先導孔鉆進至鉆區時需要一個擴孔器來擴大鉆孔,以便安裝成品管線。對于不同的地層采用不同的擴孔器,是保證回擴成孔的關鍵。一般將鉆孔擴至成品管孔徑的1.2～1.5倍,擴孔器的拉力或推力要達到實際要求,一般為每毫米孔徑175N。根據成品管和鉆機的規格及工程實際中的管道管徑還可以采用多級擴孔。4.1.2擴孔工藝 擴孔時把鉆頭卸下,將回擴頭連接在鉆桿上,然后由鉆機旋轉回拉擴孔。為了保證按照鉆桿軌跡回擴,在回擴過程中不斷卸下回擴頭后的鉆桿,直到擴至鉆機同一側的工作場地,完成一級擴孔。反復進行,采用不同直徑的回擴頭擴孔,直至達到設計的擴孔孔徑為止。對于回拉力、扭矩較大的鉆機,在擴孔時可以將兩種不同直徑的回擴頭連接在一起,一次完成擴孔施工,在地質條件好的地方甚至可以同時完成擴孔和鋪管施工。4.1.3井液(泥漿)控制及應用技術 鉆井液與鉆孔回拖的關系密切,由于定向鉆穿越施工處于地表以下,地質松軟,鉆孔時易塌方,因此要求所用泥漿的護壁性好、泥餅質量高、控制失水性好,以保證鉆機性能的發揮。一般是根據地層結構不同,決定所需泥漿性能也不相同。4.2泥漿應用 由于各地質地層的條件各異,為改善泥漿性能,需加入適量添加劑來配制成不同性能的泥漿。鉆液是指在鉆進施工中用來與鉆孔過程中切削下來的土屑混合,懸浮并將這些混合物排出鉆孔的一種液體,而泥漿則是鉆液與鉆孔中鉆屑的混合物。在不同的地質條件下,需要用不同成分的鉆液來調配泥漿。鉆液由水、膨潤土和聚合物組成。水是鉆液的主要成分,膨潤土和聚合物通常稱為鉆液添加劑。鉆液的品質越好與鉆屑混合越適當,所制造的泥漿的流動性和懸浮性越好,回擴成孔的效果越理想,成功的概率越大。所以在施工中千萬不能為省錢,僅用水來替代鉆液;這樣做的結果只能會影響工程施工效率、影響成孔質量、甚至導致工程失敗。由于不用鉆液,使鉆進和回拖的力和扭矩增大,不但影響鉆機壽命,而且還會大大增加施工成本。5牽引管道的控制5.1牽引管道連接及加固5.1.1HDPE(高密度聚乙烯管)管道的焊接 目前工程中常用的管材為HDPE管,選用的管道的內壓強度及環剛度應滿足設計要求,同時在熱熔連接時,應保證兩管道連接時的水平狀態,端面表面清潔􀀁剛熱熔完成時應用夾鉗扣緊鎖緊扣帶并保證其一定的冷卻時間（約15min）,以滿足接口的連接處的強度。5.1.2HDPE管道的加固 視管道的強度而定。若回拉牽引管線較長,為保證牽引過程中不會出現斷管及泥漿灌人的現象,可采取如下加固措施。①在兩管端采用封板(同管徑木頭等材質堵頭)封堵并用玻璃膠封口,防止漏水及泥漿灌人。②順管外沿用4根Φ6的鋼筋抱緊管兩端,管中央則用一根Φ8的鋼筋拉住管兩端,在管外圍每隔10m采用Φ6的鋼筋環形抱住外沿的5根鋼筋,確保拖管的整體性,防止斷管。為了保證這5根鋼筋縱向能夠整體受力,可將鋼筋焊接在封板