第四章 管道穿跨越工程课件

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1、第四章管道穿跨越工程本章内容定向钻管道穿越顶管法管道穿越盾构大开挖跨越工程第一节定向钻敷管穿越一、概述主要用于穿越河流、湖泊、铁路、公路和山体或建（构）筑物等障碍物。定向钻施工:先施工一个导向孔，随后扩孔和管道回拖。有时多次扩孔后再回拖。定向钻进中，多数工作通过回转钻杆来完成，钻机的扭矩与轴向给进力和回拖力同样重要。优点为：对地表的干扰较小；施工速度快；可控制铺管方向，施工精度高。不足之处：对施工场地要求较大，在砾石层中施工比较困难，一般不适用于成孔困难的地层。二、定向钻管道穿越1．一般规定（1）适宜于穿

2、越的地质条件有：粘土、亚粘土、成孔条件好的砂层和软岩石层等。（2）穿越管道中心线与地下管线、通信线路或动力电缆间的垂直距离（采用有线控向系统）应大于15m。避免地下管线和电缆产生的磁场干扰地下仪表单元的传感器，使测量误差增大。（3）在穿越长度和工艺条件允许的情况下，穿越管道曲率半径应尽量取大一些，曲率半径以1500D为宜（D为穿越管道的结构外径尺寸），以避免回拖阻力增大。曲率半径的选择要综合考虑管道的埋深、管径和穿越范围内是否存在河堤等因素。（4）穿越的入土角和出土角应根据穿越地形、地质条件和穿越管段管径

3、的大小来确定，一般入土角控制在7°～13°，出土角控制在4°～9°为宜；目前最大入土角可达28°，出土角可达15°。二、定向钻管道穿越1．一般规定（5）定向钻穿越施工前，应有地质详勘报告，地质详勘报告至少提供以下资料：平面图、地质剖面图、取样深度、含水量、饱和度、颗粒度、标准贯入数、液性指数、塑性指数、液限、塑限等，有岩石层需提供岩芯采收率、无侧压极限应力、岩石硬度和强度。（6）定向钻穿越堤坝或建（构）筑物前，应征得有关部门同意，并采取适当措施以保证堤坝或建（构）筑物的安全。（7）为保护防腐层和减少回拖力

4、，可以在管道内加装充水塑料内管，减少管道上浮力，同时减少了穿越管道的回拖力。（8）应验算穿越管线的管子刚度，保证施工过程中不失稳。2．定向钻系统组成钻机系统控向与造斜系统钻具泥浆系统回拖系统动力系统辅助系统（1）钻机系统底座钻机架活动卡盘控制室底座其上有行程齿条轨道、人行道、扶手栏杆等。底座后底部有支撑腿，其上端与底座铰链联结，下端与钢垫块相连，垫块座落在地面上或固定在专用拖车上。底座上配有两个液压管钳（卡盘），一个固定在底座前端，另一个可以沿底座两侧滑轨前后移动，从而实现钻杆的螺纹连接与拆卸。后支撑腿高

5、度可调，从而可以改变入土角度。钻机架带有行程驱动系统，由齿轮与钻机底座内侧的齿条啮合。它由液压马达通过齿轮副驱动，在底座上前进后退。全部液压马达的驱动均配有刹车、起动弹簧、液压断开装置等。钻机架的主要作用是为导向孔的钻进提供顶力、为管道回拖提供拉力。活动卡盘安装在钻机架前端，由液压马达驱动，通过控制系统控制，可以使钻杆产生不同的转速和扭矩。控制室有各种控制仪表、显示仪表和计算机系统，用以控制钻机架和转盘的速度与方向，远程控制泥浆泵，远程操作管钳（卡盘）。可对钻机推拉力、转盘扭矩和泥浆泵的压力排量进行调节。

6、（2）控向与造斜系统有线控向和无线控向无线控向只适用于短距离、浅层穿越，配合中小钻机使用，其特点是控向方便，准确，但受穿越深度和地形的限制，一般使用较少。有线控向适用于长距离、深层穿越，配合大型钻机使用。有线控向有线控向系统主要包括三部分：探头、控向软件和联接转换设备。探头用于测量磁方位角和井斜角。探头结构主要由一个三轴磁强计、一个三轴重力加速计、数模转换器和计算电路部分组成。三轴磁强计用于测量磁场矢量，三轴重力加速计用于测量重力场矢量。控向软件用于计算探头所在位置的里程、高程和左右偏差值。控向软件依据磁

7、场矢量算出磁方位角，依据磁场矢量和重力场矢量算出井斜角。联接转换设备是将探头在井下测量的数据传输到地面，提供给计算机中的控向软件。地面信标系统有线控向系统的精确度依靠当地地磁场的变化。有较大的钢构件（桥梁、钢板桩、其他管线等）、电力线路等时，就会影响当地的地磁场，造成计算机反映的磁偏角与实际不符，左右出现偏差。地面信标系统(Tru-Truckersystem)就是在管道穿越的中心线上加一个人工、可计量的磁场来消除不稳定因素造成的磁场变化对控向仪器的影响。因为该磁场是稳定可控的，所以能最大限度地提高导向精度

8、。造斜与纠偏造斜短接（造斜弯节）和造斜偏块造斜短接是两端有斜口和螺纹的短管节，装在钻头后面。钻进时，若只给进而不旋转钻杆，作用于造斜短接上的反力使钻头改变方向，实现造斜钻进；若同时给进和旋转钻杆，造斜短接失去方向性，可实现保直钻进。造斜偏块是加在钻头后面钻杆上的半圆形金属块，它的工作原理是改变钻杆受到的侧向力而造斜。当地质条件是岩石时，在造斜短接与钻头之间，需安装泥浆马达驱动钻头旋转，切削岩石。（3）钻具常用的钻具有：钻头、泥