管廊加固, 非开挖施工,带水加固

定向钻穿越施工工艺^[1]

使用水平定向钻机进行管线穿越施工, 一般分为三个阶段: 第一阶段是按照设计曲线尽20可能准确的钻一个导向孔; 第二阶段是将导向孔进行扩孔, 扩大到合适的直径以方便安装成品管道; 第三阶段是完成管线穿越工作, 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。

1.1　导向孔

导向孔是在水平方向按预定角度并沿预定截面钻进的孔, 包括一段直斜线和一段大半径弧线。在钻导向孔的同时, 承包商也许会选择并使用更大口径的钻杆(即冲洗管) 来屏蔽导向钻杆。冲洗管可以起到类似导管的作用, 还可以方便导向钻杆的抽回和更换钻头等工作。导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器(称为弯外壳) 完成。钻进过程中钻杆是不做旋转的, 需要变换方向时若将弯外壳向右定位, 钻进路线即向右沿平滑曲线前进。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, 该电子装置主要用来监测钻杆与地球磁场的关系和倾角(钻头在地下的三维坐标) , 将测量到的数据与设计的数据进行对比, 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。

1.2　预扩孔

导向孔完成后, 要将该钻孔进行扩大到合适的直径以方便安装成品管道, 此过程称为预扩孔, (依最终成孔尺寸决定扩孔次数) 。通常,在钻机对岸将扩孔器连接到钻杆上, 然后由钻机旋转回拖入导向孔, 将导向孔扩大, 同时要将大量的泥浆泵入钻孔, 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。

1.3　回拖管道

预扩孔完成以后, 成品管道即可拖入钻孔。管道预制应在钻机对面的一侧完成。扩孔器一端接上钻杆另一端通过旋转接头接到成品管道上。旋转接头可以避免成品管道跟着扩孔器旋转, 以保证将其顺利拖入钻孔。回拖由钻机完成, 这一过程同样需要大量泥浆配合, 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。

2　水平定向钻机系统简介

2.1　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。

2.2　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。

2.3　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。

2.4　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。

2.5　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。

3　现场布局和设计

3.1　道路施工现场两侧都需要重型设备, 为缩减成本, 通往两侧施工现场的道路应尽可能利用现有道路以减少新修道路距离, 或利用管道线路的施工便道, 所有相关道路使用权的协议都应由业主提供, 在投标阶段再来讨论这些问题为时已晚。

3.2　工作场地

(1) 钻机一侧: 钻机施工场地至少需要6m宽, 15m长的面积。该面积从入土点算起, 入土点应位于规定的区域内至少3m处, 同时由于许多钻机配套的设备或配件没有规定的存放地点, 所以钻机一侧施工现场可由许多不规则的小块组成, 以便节省占地面积, 现场尽量要平整, 坚硬, 清洁, 以便有利于进行施工。由于穿越施工时需要大量的淡水供搅拌泥浆用, 所以施工现场要尽量靠近水源或便于连接自来水管道的地方。

(2) 管道一侧: 为便于预制成品管道,管道一侧要有足够长度的施工现场, 这也是要重点考虑的事情。现场宽度应满足管道施工的需要(一般为12 ～18m ) 。同样在出土点一侧也需要6m宽乘以15m长的施工现场。总长度以能够摆放下所预制的管道为准, 在回拖前, 要将管道预制完成, 包括焊接, 通球, 试压防腐等工序, 在回拖过程中, 不能再进行管道的连接工作, 因为回拖过程是要连续进行的, 若此时进行管道连接将可能造成地下孔洞的塌方, 极可能造成整个工程施工的失败。^[2]

3.3　施工现场要求一旦施工地点确定, 应对相应区域进行勘测并绘制详细准确的地质地貌图纸。最终施工的精度取决于这一勘测结果的精度。