1、微控定向钻施工方案施工方案本工程采用定向钻方案穿越道路，埋深完全满足设计要求，而且有施工工期短、质量好的优点。定向钻穿越道路的关键在于钻导向孔、扩孔、回拖管道。测量人员必须反复测量，准确定出入、出土点间距离及轴线方向；控向人员应准确测出方位，认真按照设计曲线进行控制；司钻工保持思想集中，时刻注意各个数据变化，若有突变，立即停机并向上级汇报；回拖管线时对岸必须准备好挖掘机和吊管机等设备，保证管线顺利回拖。钻进时要认真把握地质可能不规律变化，会增加钻进难度，因此要仔细认真，全面掌握地质资料，切不可掉以轻心。为使工程能够圆满成功，施工中要严格执行设计要求和施工规范规定，各工种、各岗位认真负责，密切配
2、合，做好充分准备，仔细分析各种可能发生的情况，制订相应的处理措施，泥浆岗位要全面掌握地质情况，并按规定对排浆进行化验，按不同地层调配泥浆，保证钻孔需要和成孔良好。1 场地布置根据现场实际情况，道路两侧均可供穿越设备进场和运输管道，选定穿越入土点在道路一侧，出土点在另一侧。入土点一端安放钻机设备，设置泥浆池和蓄水池，同时兼顾入土点端连接段施工作业带，入土点端临时占地面积按人行道以边月 10 米处考虑；出土点一端设置泥浆池一个，同时兼顾穿越段管道的组装焊接场地和出土点端连接段施工作业带。入土点施工现场布置图 出土点施工现场布置图 2 钻机的选择回拖力钻机设备的能力根据穿越距离计算，用以下经验公式计
3、算：计算最大回拖力=（重力-浮力）u 2+表面积u 3u2-根据地质条件的不同，取值不同，一般在 0.1-0.3 之间；u3-根据地质条件的不同，取值不同，一般在 0.01-0.03 之间，取 0.03；计算回拖力：18.5t。根据国内的经验，一般设计时取回拖力的值为计算回拖力的1.5-3 倍，由于此次穿越地层条件较好，在些取 2.2 倍的安全系数，设计回拖力取值为不小于 41t，即选取回拖力大于 41t 的 FKW-30 钻机进行穿越施工。FKW-30 钻机性能表额定推力/拉力 30000Kg 额定扭矩 10000Nm 转 速 0-100r/min入土角调节 7-20 卸扣结构形 式 履带式
4、安装 卸扣钳的性能 81,360Nm推盘最大行走速率 29m/min最大泥浆排量 640L/min 最大泥浆压力 10Mpa整机重量 15T 最长穿越距 离 1200m 最大穿越能力 511mm 300m3 定向钻机的施工工艺测量放线修垫场地三通一平设备进场组装调试钻机调试控向系统钻导向孔预扩孔管道回拖设备离场恢复地貌。4 定向钻机的施工方法定向钻机采用钻进液辅助碎岩钻头钻压从钻杆尾部施加。钻头带有一个斜面，所以钻头连续回转时则钻出一个直孔，而保持钻头朝某个方向不回转加压时，则使钻孔发生偏斜。膨润土/水的混合物是常用的泥浆，泥浆有专业人员根据现场地质情况配制。泥浆的作用是使携带的岩屑处于悬浮状
5、态，并能通过循环系统过滤。导向孔施工完成后，触变泥浆可保持孔壁的稳定及减阻，以便于回扩。4.1 轨迹设计和控向参数根据铺管设计标高、地层及地形情况，根据钻杆曲率半径、工作场地、地下管线分布情况，管道的弯曲曲率半径，确定定向钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角、计算出测定空间坐标，设计出定向钻进的轨迹图及对特殊地层、地段制订特殊施工方案，并且要把常用和应急材料准备一定的库存量，以防特殊情况的发生，保证施工各阶段的顺利进行。控向参数：按操作规程测定控向参数(方位角的数值)，要求尽可能多测取参数比较，以确定最佳方位角数值，在管中心线的三个不同位置测取，且每个位置至少测四次，并做好记录。根据测定的
6、数据标定方位角，方位角的误差要小于 0.2。钻导向孔施工工艺示意图扩孔施工工艺示意图 4.2 钻机锚固 合理钻机锚固是顺利完成钻进及回拖管的前提，钻机锚固能力反映了钻机在钻进和回拖施工时利用本身功率的能力。一台钻机推力再大，钻机在定向中发生了移动，也会导致钻机无法按预定的计划完成钻进工作。在回拖管时，如锚固不好，钻机移动，需进一步锚固，从而导致了管道有可能拖不动，进一步加大钻机拖力，会出现钻机的全部功率作用在钻机机身上，容易发生设备破坏和人员伤亡。因此，钻机的锚固根据前面 6.2 的锚固设计方案进行锚固。4.3 导向孔施工采用射流辅助钻进方式，导向孔钻进是通过定向钻的高压泥浆射流冲蚀破碎旋转切
7、削成孔的，以斜面钻头来控制钻头方向。钻头内的发送器，发送钻头的位置、顶角、深度、钻头的温度、面向角等参数，这些参数由地面接收，供操作人员能及时准确确定钻头的具体位置、深度，并随时通过钻机调整钻进参数，以控制钻头按设计轨迹钻进。 试钻：各系统运转正常后试转，钻进 1-2 根钻杆后检测各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。导向孔：导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，我们将采用水平定向钻机进行整个穿越工程的施工，其钻导向孔的钻具组合是：导向钻头。4.4 路线控向控向设备采用英国 Sharewell 公司生产的 MGS 定向系统,在整个穿越过程中采用地面信标系统(Tru-Trucker syste
8、m)配合 MGS 系统进行准确跟踪定位,确保出土位置准确无误。4.5 出口 导向钻头钻出出口点，则取下钻头并在导杆组上换装扩孔器。4.6 扩孔 为成功的埋设管线，在导孔后将进行一次预扩孔施工，即采用包式扩空钻头分级扩孔。在管件端将扩孔器装在导杆组的尾端，扩孔器由钻掘机组以旋转方式沿已形成的导孔回拉，回拉时钻掘液泵也会通过导杆提供钻掘液给扩孔器，扩孔器会使用本身的喷嘴喷出钻掘液，这些钻掘液不但有润滑及暂时支撑已扩大之孔效果，并会与扩孔过程中所刮下土块混合，一起挤出到两端的泥浆坑。这些泥浆在管件端会被集中到泥浆池，在钻掘机组端则会马上被分离再回收利用，为确保钻孔中随时有导杆组，所以当在钻掘机组端取
9、下一支导杆时，会由管件端在扩孔器后面增加一支导杆。4.7 预埋管回拉安装 回拖是定向穿越的最后一步，也是最为关键的一步，在回拖时采用的方式是：边回转边回拖的方式。在回拖时进行连续作业，避免因停工造成回拖力增大；管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固。回拖完成后依照设计图纸依次安装两岸弯管、弯头与直管段，并与主管线连接。4.8 钻掘信息 有关长度、深度及穿越位置等定向钻穿越的资料，会在导孔时一一被记录，这些精确的记录会被绘制在钻掘竣工图中，以确保日后此埋管不会被挖掘。当预埋管安装完成，所有钻掘机具现场施工场地应一一复原。5 穿越泥浆控制5.1 泥浆配置在各个施工工序所起的作用:(1)钻导向孔阶段要
10、求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻力；(2)预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力；(3)扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻； 5.2 泥浆是定向穿越中的关键因素，本次穿越主要经过地层有：层淤泥质粉质粘土、层粉质粘土、风化岩、沙岩。我们针对不同的地层采用不同配比的泥浆，由于穿越地段地质情况比较复杂，对泥浆的要求比较高，为克服对付这种不利因素，我们将采取以下措施：(1)水源的水经过沉淀存入水罐，在水中加入纯碱，使水软化，改善水质，同时提高水的 PH 值。(2)按照标准配置泥浆，配比用一级膨润土加
11、上泥浆添加剂，配制出满足施工要求的泥浆。(3)使用的泥浆添加剂有：降失水剂、堵漏剂、增粘剂和防塌润滑剂等，所加添加剂全部为环保产品。(4)粉土夹粉质粘土粘性大易成孔，但长距离穿越易增加钻杆的摩擦阻力是扭矩变大，因此将在泥浆配比中加入润滑剂和降失水剂，增加长距离穿越时孔壁的润滑性，减小扭矩摆动频率和幅度。(5)在风化岩和沙岩互层穿越时须克服地质交接面不规则变化产生的推力、扭矩变化，同时配置泥浆时因本层局部特殊地层，需增加堵漏剂、增粘剂以提高泥浆性能，保证穿越一次成功。6 施工过程中的注意事项6.1 卡钻的出现及解决方法 在(砾石、糖粒砂、钙质层)钻进中，会出现卡钻的现象。及时调整泥浆配比，小范围
12、内来回拖动钻具轻回转，与挖掘机配合，将钻杆撤出卡钻区。总结卡钻出现的原因，调整泥浆配比，使用进口澎润土，增加泥浆切力与粘度，使用扭矩大、推力大的钻机及相匹配的钻头，完成导向孔的钻进。6.2 钻掘液性能与钻孔、回拖的关系 定向钻穿越施工，由于钻孔处于地表(一般位于地层以下 3m 左右)，地质松软，所以不易形成孔洞，钻孔易塌方，这就要求所用泥浆的护壁性要好，泥浆质量高，控制失水性要好，以保证钻机性能的很好发挥。由于地层结构不同所需泥浆性能也不相同。泥浆作为钻进冲洗液，使用优质的膨润土和添加剂，严格按照比例经搅拌系统搅拌成泥浆注入洞内，具有润滑钻具、稳定孔壁、降低回转扭矩和回拉力，降低拖管时管道和洞
13、壁的摩擦系数、冷却钻头和发射器、携带土屑、减少腐蚀、固孔护管等作用。长距离穿越，泥浆的作用尤其重要，孔内缺少泥浆往往是钻孔失败的重要原因。保持整个过程中有反浆，对工程顺利进行至关重要，为改善泥浆性能，需加入适量地添加剂来配制成不同性能的泥浆。纯碱，可增粘，增静切力，调节 pH 值，投入纯碱量一般为钠土量的 2。为成孔良好，增加孔内润滑，可加入适量的防塌润滑剂。为提高泥浆携带土屑的能力，将孔内的土屑带出，可在钻孔过程中的某一段加入一定量的改性淀粉，能够达到很好的使用效果。6.3 在拖管过程中出现管拖不动的情况 拖管途中出现管道拖不动，及时将钻机移到管道入地端，与挖掘机配合，使拖力达到原来拖力的两倍，将管道拖出地面。总结拖不动的原因，审查各个工程环节及相关保障措施，并加以改善，如采用更大的回扩头、使用进口粘土和添加剂，更大动力的钻机，完成穿越。
