水平定向钻进和导向钻进施工法

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1、水平定向钻进和导向钻进施工法水平定向钻进施工法最初是从事又钻进技术引入的，主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物，铺设大口径、长距离的石油和天然气管道。定向钻进施工时，按设计的钻孔轨迹，于扩空钻头的代铺设管线，在回拉扩空的同时，将待铺设的管线拉入钻孔，完成铺管作业。有时根据钻机的能力和待铺设管线的直径大小，可先专门进行一次或多次扩孔后再回拉管线。在定向钻中，大多数工作是通过回转钻杆柱来完成的，钻机的扭矩与轴向给进力和回拉力同样重要。水平定向钻进铺管在美国使用最多。美国按照钻机铺设管线的直径和长度能力，将用于非开挖铺管的定向钻

2、机分为三类，即小型(Mini)、中型(Midi)和大型(Maxi)。各类设备的能力和应用范围见表4-1。表4-1水平定向钻机的分类类型铺管直径mm铺管长度m铺管深度m扭矩kNm推/拉力kN钻机（包括车）重，t应用范围小型50～2501001～1.51～1.51002～10通讯、电力电缆、聚乙烯煤气管中型250～8006001.5～101.5～1010～45010～20穿越河流、道路和环境敏感区域大型80～2000200010～10010～100450～500020～30穿越河流、高速公路、铁路水平定向钻进河倒向钻进之间并没有

3、严格的界限。到向钻进技术的基本原理大致和定向钻进相同，即先钻一个小口径的先导孔，随后边扩孔边回拉铺设地下管线。由于小型钻机的钻孔轨迹量测、控制技术与大中型钻机的不一样。因此，国际上通用的分类方法将采用小型定向钻及施工的方法称之为“导向钻进”。“导向钻进”一般是指用于铺设小治警、长度较短的管线；而将采用大中型定向钻及施工的方法称之为“定向钻进”。对于大型工程，直径较大（有些直径大于1m）的管线施工则属于“定向钻进”这一范畴，如穿越较大的河流、运河和高速公路施工。水平定向钻进河导向钻进技术在铺设新管线中所占有的市场比例在不断的增

4、加。最近几年，设备的能力得到了改进，非开挖铺设新馆显得有点也越来越被广泛地重视。非开挖施工除了明显的环境上的优点外，导向钻进的相对成本在许多应用场合也讲到开挖施工的成本一下，即是忽略干扰交通等社会成本也是如此。水平定向钻和导向钻进的优点为：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。定向钻进的不足之处在于对施工场地要求较大，在非粘性土层和砾石层中施工比较困难，一般是用于不含大卵石的各种地层，包括含水地层。导向钻进不适用于砂层和砾石层，一般适用于软土层；由于受到探测器的探测深度的限制，导向钻进的深度有限。导向钻进

5、的施工原理大多数的导向钻进使用一种射流辅助切削钻头，钻头通常带有一个斜面，因此当钻杆不停地回转时则钻出一个直孔，而当钻头朝着某个方向给进而不回转时，钻孔发生偏移。导向钻头内带有一个探头或发射器，探头也可以固定在钻头后面。当钻孔向前推进时，发射器发射出来的信号被地表接受其所接受和追踪，因此可以监视方向、深度和其他参数。导向钻进施工示意图如图4-1。导向钻进的程控方式有两种：干式和湿式。干式钻具由挤压钻头、探头室和冲击锤组成，靠冲击挤压成孔，不排土。湿式钻具由射流钻头和探头室组成，以高压水射流切割土层，有时辅以顶驱式冲击动力头以

6、破碎大块卵石和硬土层，这是目前使用得最多的成孔方式。两种成孔方式均以斜面钻头来控制钻孔方向。若同时给进和回转钻杆柱，斜面失去方向性，实现保值钻进；若只给进而不回转钻杆柱，作用与斜面的反力士钻头改变方向，实现造斜钻进。钻头轨迹的监视，一般由手持式地表探测器和孔底探头来实现，地表探测器接收显示位于钻头后面探头发出的信号（深度、顶角、工具面向角等参数），供操作人员掌握孔内情况，以便随时进行调整。钻机的锚固钻机在安置期间发生事故的情况经常发生，甚至和钻进期间发生事故的概率相当，尤其是对地下管线的损坏。在钻机锚固时，要防止将锚杆打在地

7、下管线上，同时，合理的钻机锚固是顺利完成钻孔的前提，钻机的锚固能力反映了钻机在给进和回拉施工时利用其本身功率的能力。一台钻机的推拉力再大，如果再推拉过程中发生了移动，其推拉力不但会降低，而且可能会出现孔内功率损失，这时会出现钻机的全部功率作用在钻机身上，容易发生设备破坏和人员伤害。如果钻机本身的固定能力差，一方面，钻机的控制能力降低，从而导致无法很好地按预定的计划完成钻进工作；另一方面，钻机在运转过程中震动较大，会引起钻杆发生弯曲或损坏，使钻孔无法按预先设计的轨迹完成。钻头的选择依据钻头是定向钻进的重要工具之一，对于不同的土

8、层，须采用不同的钻头（图4-2）。工程的实践表明：①在淤泥质黏土中施工，一般采用较大的钻头，以适应变相的要求（若相向前推进1m就实现变向，或许需要一个较大的或狗腿度为10°的钻头）。②钻头表面硬化处理后使用效果会更好。③在干燥的软黏土中施工，采用中等尺寸钻头一半效果最佳（土层干燥，可较快地