浅谈水平定向钻穿越施工及监理

　　
　　随着城市限制开挖施工的法规将陆续出台，非开挖施工的水平定向钻穿越施工技术将是城市市政建设的最佳选择，是不破坏地貌状态和保护环境的最理想的施工方法。近几年水平定向钻穿越技术在世界各国及各个行业得到了广泛的应用，尤其在市政管网改扩建项目及大型管道穿越江河工程项目上更显出了其独特的优势，其工作过程是通过计算机控制进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把产品管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。
　　一、水平定向钻穿越施工工艺：
　　使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线（一般为PE管道，光缆套管，钢管）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
　　1、钻导向孔:
　　要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。
　　2、预扩孔和回拖产品管线：
　　预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。按经验是最终成孔直径一般比管子直径大200mm，扩孔器的拉力或推力要求为每毫米孔径175N。根据成品管的钻机的规格，可采用多级扩孔。
　　回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，所以不会损伤防腐层。
　　在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。
　　地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
　　二、水平定向钻施工的特点：
　　1定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，医院，学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。
　　2采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。
　　3与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低，施工速度快。
　　四、水平定向钻机系统简介：
　　各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成，它们的结构及功能介绍如下：
　　1 钻机系统：是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，它由钻机主机、转盘等组成，钻机主机放置在钻机架上，用以完成钻进作业和回拖作业。转盘装在钻机主机前端，连接钻杆，并通过改变转盘转向和输出转速及扭矩大小，达到不同作业状态的要求。
　　2动力系统：由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力，发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。
　　3控向系统：控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的具体位置和其它参数，引导钻头正确钻进的方向性工具，由于有该系统的控制，钻头才能按设计曲线钻进，现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。
　　4泥浆系统：泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。
　　5钻具及辅助机具：是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。钻具主要有适合各种地质的钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等机具。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。
　　五、施工工艺流程
　　1、水平定向钻穿越施工工艺流程图
　　
　　                
　　
　　
　　2、管道施工流程图
　　                      
　　六、监理工程师在水平定向钻施工中应对以下几点进行控制
　　1、施工前编制导向计划
　　施工前要求施工单位根据管道安装曲线编制每根钻杆的导向轨迹即导向计划。这个导向计划要求施工单位对每根钻杆的轨迹进行计算，计算出深度及斜率，以便在预扩孔时对钻杆的轨迹进行控制。
　　2、钻机的安装应牢固
　　一方面如未将钻机锚固好，则在推拉过程中容易发生位移，导致钻机的控制能力降低，从而导致无法很好地按预定的计划完成钻进工作；另一方面，钻机在运转过程中振动较大，会引起钻杆发生弯曲或损坏，使钻孔无法按预先设计的轨迹完成。同时也容易发生设备破坏和人员伤害。钻机安装时要注意以下事项：
　　1） 防止将锚杆打在地下管线上，应先用探测仪器探明原地下管网的走向、埋深及性质，并做出标记，
　　2） 钻机是依靠地锚座和后支承与地基固定的，安放钻机场地要平整。
　　3、控制预扩孔的轨迹要符合钻杆的导向计划
　　在扩孔施工工序中最重要的技术环节是钻孔轨迹的监视和调控。目前一般采用随钻测量方式，靠电缆传输测量信息。信息接收器（导向仪）对钻杆的深度及方向的显示便于操作者控制导向孔的轨迹。钻孔曲线由放置在钻头后端钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量结果传导到地面的接收仪，这些数据经过处理和计算后，以数字的形式显示在显示屏上，监理工程师应将测量到的数据与施工前编制的导向计划的数据进行对比，以便确定钻头的实际位置与设计位置的偏差，并将偏差值控制在允许的范围之内，如此循环直到钻头按照预定的导向孔曲线在预定位置出土。
　　4、扩孔器拉力的控制
　　扩孔器的拉力一般要求为每毫米孔径175N。如未达到要求，拉力过大，可认为孔内成型不好，可能有孔内塌方现象则应继续扩孔。根据成品管和钻机的规格，可采用多级扩孔。扩孔时要将大量的泥浆输入钻孔，以保证钻孔的完整性和不塌方，并将切削下的岩屑带回到地面。泥浆由水和优质的膨润土构成。
　　5、回拖管道：
　　回拖管道时一般回拖力不大于设备的额定功率的1/3。回拖过程要连续进行直到扩孔器和成品管道自钻机一侧破土而出。回拖时为防止管道在地上划伤，应将待拖管道用木头或沙袋垫起。
　　
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