非開挖技術(shù)論文(2)
非開挖技術(shù)論文
非開挖技術(shù)論文篇二
非開挖穿越施工技術(shù)
摘 要：定向鉆作為非開挖穿越技術(shù)具有工期短、造價低、節(jié)約工程材料和保護環(huán)境等優(yōu)點在油氣管線施工中被越來越多的單位重視和采用。本文結(jié)合川氣東送管道黃湓河支流定向鉆穿越工程，對定向鉆穿越施工工法進行詳細說明，并就定向鉆施工中如何避免冒漿和產(chǎn)生"S"曲線提出防范措施。
關(guān)鍵詞：定向鉆 黃湓河支流 非開挖穿越 冒漿
一、前言
對石油和天然氣來說，管道運輸具有低成本、安全、節(jié)能、環(huán)保等多方面的優(yōu)勢，目前能源輸送按照一程運輸大型化、二程運輸管道化的方向發(fā)展。因長輸管線輸送距離長，其管線敷設(shè)不可避免要穿越人工或天然障礙地段，如：河流、湖泊、鐵路、公路、地上和低下建(構(gòu))筑物等。一般穿越的施工方法分五類：定向鉆、頂管、盾構(gòu)、隧道和大開挖穿越施工。本文以黃湓河支流定向鉆穿越施工為例，僅就定向鉆施工情況進行說明。
黃湓河支流定向鉆穿越位于川氣東送管道工程主干線安徽東至段，設(shè)計穿越水平長度717.35米，入土角9°，出土角6°，鋼管材質(zhì)為X70，規(guī)格為Φ1016×21mm 直縫埋弧焊鋼管。根據(jù)鉆孔30.2m深度鉆探表明，穿越段地巖土層結(jié)構(gòu)均為粉質(zhì)粘土，呈褐黃色、褐灰色，干強度中等，韌性中等，切面光滑，質(zhì)較純。
二、定向鉆穿越施工
1.定向鉆施工的特點
1.1定向鉆穿越施工具有不阻礙交通，不破壞綠地、植被等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)開挖施工對交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響。
1.2現(xiàn)代化穿越設(shè)備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深，穿越段弧形管線敷設(shè)完全可以滿足設(shè)計要求埋深，并且可以使管線繞過地下的障礙物。
1.3采用水平定向鉆機穿越施工時，沒有水上、水下作業(yè)，不影響江河通航，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)。
1.4施工不受季節(jié)限制，與其他施工方法比較，進出場地速度快，施工場地調(diào)整靈活，并且施工占地少、工程造價低、 施工速度快。
1.5大型河流穿越時，管線埋在地層以下 9m～18m，地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少，可以起到自然防腐和保溫的功用，保證管線運行時間更長。
2.水平定向鉆穿越施工工藝
使用水平定向鉆機進行管線穿越施工，一般可分三個階段，結(jié)合黃湓河支流定向鉆穿越施工對定向鉆穿越施工的三個階段工法進行分析。
2.1鉆導(dǎo)向孔。鉆機安裝在入土點一側(cè)，從入土點開始沿設(shè)計好的線路鉆一條從入土點到出土點的曲線，作為預(yù)擴孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線;根據(jù)黃湓河支流的地質(zhì)情況，選擇S135級5″鉆桿、無磁鉆鋌、鉆頭;穿越前根據(jù)設(shè)計軌跡圖繪制控向穿越圖，確定實際入土點及入土角度，然后開動泥漿泵對準(zhǔn)入土點進行鉆進，鉆頭在鉆機的推力作用下旋轉(zhuǎn)切削地層，不斷前進，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，并與設(shè)計軌跡圖進行比較，以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。
2.2回擴孔。擴孔直徑應(yīng)根據(jù)不同的管徑、穿越長度、地質(zhì)條件和鉆機能力來確定。當(dāng)管徑<219mm時，最小擴孔直徑>管徑100mm，當(dāng)管徑在219mm～610mm之間時，最小擴孔直徑約為管徑的1.5倍，當(dāng)管徑>610mm時，最小擴孔直徑>管徑300mm。黃湓河支流定向鉆穿越管道直徑為1016mm，需擴孔直徑為1300mm，根據(jù)地質(zhì)情況采用分級、多次擴孔的方式進行。
2.2.1導(dǎo)向鉆孔完成后，鉆頭在出土點出土，裝上Φ300擴孔器，試泥漿，確定擴孔器沒有堵塞水眼后開始擴孔。鉆頭和鉆桿必須確保連接到位、牢固才可回擴，以防止回擴過程中發(fā)生脫扣事故。
2.2.2根據(jù)各段不同土質(zhì)配制不同濃度的泥漿，使其每次擴孔時回拖力的數(shù)值和扭距值控制在鉆機正常工作參數(shù)之內(nèi)。
2.2.3回擴過程必須根據(jù)不同地層地質(zhì)情況以及現(xiàn)場出漿狀況來確定回擴速度、泥漿濃度及壓力，以此來確保成孔質(zhì)量。
2.3管道回拖。回拖預(yù)制管線時先將擴孔工具和管線連接好，然后開始回拖作業(yè)，并由鉆機轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后退進行擴孔回拖。因為擴好的孔中充滿泥漿，所以產(chǎn)品管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態(tài)的，這樣既減少了回拖阻力，又保護了管線防腐層。
2.3.1回托力計算：根據(jù)穿越管段長度、直徑和壁厚以及摩擦系數(shù)等計算回托力，經(jīng)計算穿越管道回拖力為132.27t?；赝显O(shè)備按照大于計算值的1.5倍選擇，現(xiàn)場選用 PD-250/90RP履帶式水平定向鉆機，回拖力為250噸。
2.3.2發(fā)送溝開挖：發(fā)送溝開挖斷面尺寸為2m×1.5m，開挖時應(yīng)根據(jù)管道穿越6°出土角的大小，在縱向上將溝底開挖成一定弧度，以保證管道回拖時管道順利進入孔洞內(nèi)。發(fā)送溝內(nèi)應(yīng)注水，管溝內(nèi)最小注水深度大于穿越管徑的1/3。
2.3.3洗孔：通過前面的幾次預(yù)擴孔，基本形成了穩(wěn)定的孔壁。洗孔主要工作就是保證孔眼清潔和保持孔壁穩(wěn)定以減少管線的回拖阻力。
2.3.4管道回拖：回拖前需檢查擴孔器內(nèi)各通道及各泥漿噴嘴是否通暢，孔內(nèi)是否干凈，再將鉆桿、擴孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，然后慢慢轉(zhuǎn)動鉆桿并注入泥漿，確定旋轉(zhuǎn)接頭工作良好，擴孔器泥漿孔沒有堵塞后開始回拖管道?；赝系倪^程中根據(jù)鉆機參數(shù)，并注入適量的泥漿，減少管道與孔壁的摩擦以確保管壁防腐層不被破壞，并能使管道與孔壁的縫隙充分添滿，通過膨潤土的膨化作用完成孔壁與原土的完全結(jié)合。
管道回拖完畢后進行穿越管道的通球、測徑、試壓檢查穿越管道的質(zhì)量，合格后進行兩端連通并及時恢復(fù)地貌，至此穿越施工結(jié)束。
三、定向鉆施工中的問題分析及處理
1.定向鉆孔冒漿問題。冒漿即定向鉆在鉆孔和擴孔時孔洞中泥漿壓力大于其上水、土壤的自重之和或鉆孔處在地質(zhì)薄弱的地段時泥漿沿土層顆粒間的縫隙竄到地面的情況。一般造成冒漿的原因及處理措施有以下幾種： 1.1擴孔器選擇不當(dāng)，造成孔內(nèi)憋壓。常見的擴孔器有刀式、桶式和巖石擴孔器①，其中刀式擴孔器適用于黏土、粉質(zhì)黏土和一些塑性較好的土層，桶式擴孔器適用于淤泥質(zhì)黏土和塑性差的土層，巖石擴孔器適用于硬度達到30Mpa以上的硬質(zhì)巖層。如粉質(zhì)黏土層使用了桶式擴孔器，因桶式擴孔器本身是完全封閉的錘狀，擴孔時與孔壁完全接觸，沒有泥漿循環(huán)的通道，且孔壁周圍為塑性較好的密實黏土，會造成泥漿循環(huán)不暢通，局部升壓，在一些土層不密實的地方就會形成冒漿。預(yù)防措施：其一是施工前根據(jù)建設(shè)單位提供的地質(zhì)報告到現(xiàn)場實際踏勘，若有不足，可根據(jù)現(xiàn)場情況向建設(shè)單位提出補勘申請，收集并分析地勘資料;其二是隨時觀察泥漿的輸入壓力，如泥漿壓力急劇上升，應(yīng)立即停止鉆桿的推進，改為往鉆機方向拉鉆桿，使鉆頭迅速離開切削面，降低泥漿的壓差，然后用更慢的推力和推進速度鉆進。
1.2出入鉆點淺土層的施工過程中，會因為地層疏松而出現(xiàn)孔漏現(xiàn)象。預(yù)防措施：其一是施工中采用“兩高一適當(dāng)”的泥漿方案(即高粘切、高土含、適當(dāng)濃度的封堵材料)，在滿足定向鉆施工要求的前提下，增加泥漿的稠度，稠度增加，泥漿顆粒間自由水減少，此時的泥漿為可塑和流動狀的混合體，泥漿通過孔上縫隙時失水增稠，慢慢形成穩(wěn)定致密隔離層，阻礙冒漿發(fā)生對比較薄弱部位通過;其二是采取預(yù)壓、強夯、換填等方式進行地基的處理，也能有效防止冒漿。
1.3輸送泥漿壓力大，造成冒漿。因泥漿的壓力越大，在鉆進時鉆頭所需的扭矩越小、鉆進速度也會加快，從而加快進度、縮短工期。對此施工時承包商應(yīng)認識到不能為了追求施工進度而忽視了冒漿帶來的環(huán)境破壞、經(jīng)濟損失和潛在隱患，應(yīng)將泥漿壓力、鉆具扭矩、推進速度綜合調(diào)整到最佳狀態(tài)。
2.防止定向鉆在鉆孔時呈“S”型的措施
在定向鉆穿越的施工過程中，導(dǎo)向孔的平滑與否、能否與設(shè)計曲線一致，避免導(dǎo)向孔“S”型的出現(xiàn)是順利完成穿越施工的先決條件。據(jù)此現(xiàn)場可采取以下措施防止“S”型鉆孔：一是在測量放線過程中，為保證其準(zhǔn)確性，用全站儀對出、入土點進行多次確認;二是在穿越中心線上，結(jié)合地形和地貌建立人工磁場來控制穿越曲線的精度。即在穿越中心線兩側(cè)布設(shè)閉合線圈，接通直流電源產(chǎn)生磁場，當(dāng)探頭到達次閉合線圈區(qū)域，通過人工磁場可以測得穿越曲線的標(biāo)高和左右偏差。人工磁場不受外部磁場的干擾，可以準(zhǔn)確無誤地將鉆孔數(shù)據(jù)反映出來;三是施工前進行地質(zhì)條件的分析，根據(jù)設(shè)計曲線在坐標(biāo)紙上以每根鉆桿連接的方式畫出穿越曲線圖，給每根鉆桿標(biāo)號注明相應(yīng)的地質(zhì)情況。在鉆進過程中，根據(jù)鉆進位置的地層情況對泥漿粘度進行控制，隨時根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整泥漿壓力、泥漿配比等參數(shù)，防止地下的塌陷等到因素影響鉆進方位角的變化。
四、結(jié)語
隨著人們環(huán)保意識的逐漸加強，非開挖穿越技術(shù)憑借其施工速度快、成本低、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點，越來越多地受到人們的關(guān)注。定向鉆作為非開挖穿越的典型施工方法，只要在施工前對工程內(nèi)容進行具體詳盡的分析、研究，針對不同的工程情況采取可靠的措施，進行不同的處理，穿越施工的成功率將大大提高。
參考文獻
[1]孫宏全.石油工程建設(shè).2007.定向鉆穿越的冒漿分析及對策41-42.
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