水平定向鉆進和導向鉆進施工法

1、水平定向鉆進和導向鉆進施工法水平定向鉆進施工法最初是從事又鉆進技術(shù)引入的，主要用于穿越河流、湖 泊、建筑物等障礙物，鋪設大口徑、長距離的石油和天然氣管道。定向鉆進施工 時，按設計的鉆孔軌跡，于擴空鉆頭的代鋪設管線，在回拉擴空的同時，將待鋪 設的管線拉入鉆孔，完成鋪管作業(yè)。有時根據(jù)鉆機的能力和待鋪設管線的直徑大 小，可先專門進行一次或多次擴孔后再回拉管線。在定向鉆中，大多數(shù)工作是通 過回轉(zhuǎn)鉆桿柱來完成的，鉆機的扭矩與軸向給進力和回拉力同樣

2、重要。水平定向鉆進鋪管在美國使用最多。美國按照鉆機鋪設管線的直徑和長度能 力，將用于非開挖鋪管的定向鉆機分為三類，即小型(Mini)、中型(Midi)和大型 (Maxi)。各類設備的能力和應用范圍見表 4-1。表 4-1 水平定向鉆機的分類類型 鋪管直徑mm鋪管長度m鋪管深度m扭矩 kNm推/拉力kN鉆機（包括 車）重，t 應用范圍小型 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、鐵路水平定向鉆進河倒向鉆進之間并沒有嚴格的界限。到向鉆進技術(shù)的基本原理 大致和定向鉆進相同，即先鉆一個小口徑的先導孔，隨后邊擴孔邊回拉鋪設地下 管線。由于小型鉆機的鉆孔軌跡量測、控制技術(shù)與大中型鉆機的不一樣。因此， 國際上

4、通用的分類方法將采用小型定向鉆及施工的方法稱之為“導向鉆進”。 “導向鉆進”一般是指用于鋪設小治警、長度較短的管線；而將采用大中型定向 鉆及施工的方法稱之為“定向鉆進”。對于大型工程，直徑較大（有些直徑大于 1m）的管線施工則屬于“定向鉆進”這一范疇，如穿越較大的河流、運河和高 速公路施工。水平定向鉆進河導向鉆進技術(shù)在鋪設新管線中所占有的市場比例在不斷的增 加。最近幾年，設備的能力得到了改進，非開挖鋪設新館顯得有點也越來越被廣 泛地重視

5、。非開挖施工除了明顯的環(huán)境上的優(yōu)點外，導向鉆進的相對成本在許多 應用場合也講到開挖施工的成本一下，即是忽略干擾交通等社會成本也是如此。水平定向鉆和導向鉆進的優(yōu)點為：對地表的干擾較小；施工速度快；可控制 鋪管方向，施工精度高。定向鉆進的不足之處在于對施工場地要求較大，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。導向鉆進不適用于砂層和礫石層，一般適用于軟土層；由于受到探測器的 探測深度的限制，導向鉆

6、進的深度有限。導向鉆進的施工原理 大多數(shù)的導向鉆進使用一種射流輔助切削鉆頭，鉆頭通常帶有一個斜面，因 此當鉆桿不停地回轉(zhuǎn)時則鉆出一個直孔，而當鉆頭朝著某個方向給進而不回轉(zhuǎn) 時，鉆孔發(fā)生偏移。導向鉆頭內(nèi)帶有一個探頭或發(fā)射器，探頭也可以固定在鉆頭 后面。當鉆孔向前推進時，發(fā)射器發(fā)射出來的信號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)。導向鉆進施工示意圖如圖 4-1。前推進 1m 就實現(xiàn)變向，或許需要一個較大的或狗腿度為 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)來實現(xiàn)鉆孔方向的改變。⑥對于糖粒砂層，中等尺寸狗腿度的鉆頭使用效果最佳。在這類地

8、層中，一 般采用耐磨性能好的硬質(zhì)合金鉆頭來克服鉆頭的嚴重磨損。另外，鉆機的錨固和 鉆進液是施工成敗的關鍵。⑦對于砂質(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 腿度鉆頭以加強其控制能力。如果鉆進時土層條件發(fā)生變化，有時需要更高的扭 矩來驅(qū)動鉆頭。 ⑧對于致密砂層，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。在這種土層中推進較難，可較快地實現(xiàn)控向。另一方面，鉆機的錨固是 鉆孔成功的關鍵。⑨在礫石層中施工，