水平定向鉆進(jìn)和導(dǎo)向鉆進(jìn)施工法

1、水平定向鉆進(jìn)和導(dǎo)向鉆進(jìn)施工法水平定向鉆進(jìn)施工法最初是從事又鉆進(jìn)技術(shù)引入的，主要用于穿越河流、湖 泊、建筑物等障礙物，鋪設(shè)大口徑、長(zhǎng)距離的石油和天然氣管道。定向鉆進(jìn)施工 時(shí)，按設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡，于擴(kuò)空鉆頭的代鋪設(shè)管線，在回拉擴(kuò)空的同時(shí)，將待鋪 設(shè)的管線拉入鉆孔，完成鋪管作業(yè)。有時(shí)根據(jù)鉆機(jī)的能力和待鋪設(shè)管線的直徑大 小，可先專(zhuān)門(mén)進(jìn)行一次或多次擴(kuò)孔后再回拉管線。在定向鉆中，大多數(shù)工作是通 過(guò)回轉(zhuǎn)鉆桿柱來(lái)完成的，鉆機(jī)的扭矩與軸向給進(jìn)力和回拉力同樣

2、重要。水平定向鉆進(jìn)鋪管在美國(guó)使用最多。美國(guó)按照鉆機(jī)鋪設(shè)管線的直徑和長(zhǎng)度能 力，將用于非開(kāi)挖鋪管的定向鉆機(jī)分為三類(lèi)，即小型(Mini)、中型(Midi)和大型 (Maxi)。各類(lèi)設(shè)備的能力和應(yīng)用范圍見(jiàn)表 4-1。表 4-1 水平定向鉆機(jī)的分類(lèi)類(lèi)型 鋪管直徑mm鋪管長(zhǎng)度m鋪管深度m扭矩 kNm推/拉力kN鉆機(jī)（包括 車(chē)）重，t 應(yīng)用范圍小型 50～250 100 1～1.5 1～1.5 100 2～10 通訊、電力電纜、聚乙烯煤氣 管中型

3、250～800 600 1.5～10 1.5～10 10～450 10～20 穿越河流、道路和環(huán)境敏感區(qū) 域大型 80～2000 2000 10～100 10～100 450～5000 20～30 穿越河流、高速公路、鐵路水平定向鉆進(jìn)河倒向鉆進(jìn)之間并沒(méi)有嚴(yán)格的界限。到向鉆進(jìn)技術(shù)的基本原理 大致和定向鉆進(jìn)相同，即先鉆一個(gè)小口徑的先導(dǎo)孔，隨后邊擴(kuò)孔邊回拉鋪設(shè)地下 管線。由于小型鉆機(jī)的鉆孔軌跡量測(cè)、控制技術(shù)與大中型鉆機(jī)的不一樣。因此， 國(guó)際上

4、通用的分類(lèi)方法將采用小型定向鉆及施工的方法稱(chēng)之為“導(dǎo)向鉆進(jìn)”。 “導(dǎo)向鉆進(jìn)”一般是指用于鋪設(shè)小治警、長(zhǎng)度較短的管線；而將采用大中型定向 鉆及施工的方法稱(chēng)之為“定向鉆進(jìn)”。對(duì)于大型工程，直徑較大（有些直徑大于 1m）的管線施工則屬于“定向鉆進(jìn)”這一范疇，如穿越較大的河流、運(yùn)河和高 速公路施工。水平定向鉆進(jìn)河導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)在鋪設(shè)新管線中所占有的市場(chǎng)比例在不斷的增 加。最近幾年，設(shè)備的能力得到了改進(jìn)，非開(kāi)挖鋪設(shè)新館顯得有點(diǎn)也越來(lái)越被廣 泛地重視

5、。非開(kāi)挖施工除了明顯的環(huán)境上的優(yōu)點(diǎn)外，導(dǎo)向鉆進(jìn)的相對(duì)成本在許多 應(yīng)用場(chǎng)合也講到開(kāi)挖施工的成本一下，即是忽略干擾交通等社會(huì)成本也是如此。水平定向鉆和導(dǎo)向鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)為：對(duì)地表的干擾較小；施工速度快；可控制 鋪管方向，施工精度高。定向鉆進(jìn)的不足之處在于對(duì)施工場(chǎng)地要求較大，在非粘 性土層和礫石層中施工比較困難，一般是用于不含大卵石的各種地層，包括含水 地層。導(dǎo)向鉆進(jìn)不適用于砂層和礫石層，一般適用于軟土層；由于受到探測(cè)器的 探測(cè)深度的限制，導(dǎo)向鉆

6、進(jìn)的深度有限。導(dǎo)向鉆進(jìn)的施工原理 大多數(shù)的導(dǎo)向鉆進(jìn)使用一種射流輔助切削鉆頭，鉆頭通常帶有一個(gè)斜面，因 此當(dāng)鉆桿不停地回轉(zhuǎn)時(shí)則鉆出一個(gè)直孔，而當(dāng)鉆頭朝著某個(gè)方向給進(jìn)而不回轉(zhuǎn) 時(shí)，鉆孔發(fā)生偏移。導(dǎo)向鉆頭內(nèi)帶有一個(gè)探頭或發(fā)射器，探頭也可以固定在鉆頭 后面。當(dāng)鉆孔向前推進(jìn)時(shí)，發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的信號(hào)被地表接受其所接受和追蹤， 因此可以監(jiān)視方向、深度和其他參數(shù)。導(dǎo)向鉆進(jìn)施工示意圖如圖 4-1。前推進(jìn) 1m 就實(shí)現(xiàn)變向，或許需要一個(gè)較大的或狗腿度為 1

7、0°的鉆頭）。②鉆頭表面硬化處理后使用效果會(huì)更好。 ③在干燥的軟黏土中施工，采用中等尺寸鉆頭一半效果最佳（土層干燥，可 較快地實(shí)現(xiàn)方向控制）。④在硬黏土中，較小的鉆頭效果比較理想，但在施工重要保證鉆頭至少要比 探頭外筒的尺寸大 12mm 以上。 ⑤在鈣質(zhì)層中，鉆頭向前推進(jìn)十分困難。所以，最小的鉆頭效果最佳，另外 在這種土層中須采用特殊的切削破碎技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔方向的改變。⑥對(duì)于糖粒砂層，中等尺寸狗腿度的鉆頭使用效果最佳。在這類(lèi)地

8、層中，一 般采用耐磨性能好的硬質(zhì)合金鉆頭來(lái)克服鉆頭的嚴(yán)重磨損。另外，鉆機(jī)的錨固和 鉆進(jìn)液是施工成敗的關(guān)鍵。⑦對(duì)于砂質(zhì)淤泥，中等到大尺寸鉆頭效果較好，在較軟土層中，采用 10 狗 腿度鉆頭以加強(qiáng)其控制能力。如果鉆進(jìn)時(shí)土層條件發(fā)生變化，有時(shí)需要更高的扭 矩來(lái)驅(qū)動(dòng)鉆頭。 ⑧對(duì)于致密砂層，小尺寸錐形鉆頭效果最好，但要確保鉆頭尺寸大于探頭筒 的尺寸。在這種土層中推進(jìn)較難，可較快地實(shí)現(xiàn)控向。另一方面，鉆機(jī)的錨固是 鉆孔成功的關(guān)鍵。⑨在礫石層中施工，