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水平定向钻主要设备及施工工艺，84页PPT可下载.pptx培训课题：水平定向钻施工技术
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GB／T 23711.7-2019标准下载目录一、非开挖技术发展历史、现状和未来二、非开挖技术分类三、水平定向钻概述四、水平定向钻施工工艺五、水平定向钻常用设备六、常见的问题七、工程案例
一、非开挖技术发展历史、现状和未来
2、发展过程我国非开挖施工技术起步较晚，但随着各类非开挖施工设备的引进和工程市场的旺盛需求，也极为有利的促进了我国的非开挖事业的发展。总体上来说我国非开挖技术的发展经历了以下几个阶段：
一、非开挖技术发展历史、现状和未来
该阶段是在1993年后的几年时间内，在我国有关部门工作人员渴望全面了解非开挖技术，并希望将该技术引入国内施工行业，成为一门新兴的产业。在这个阶段，已经有很多部门和管理人员认识到非开挖是一个具有非常广阔市场前景的技术。同时在这一时期，国外从事非开挖技术的工作人员也意识到中国具有非常广阔的非开挖市场前景，国际非开挖离不开中国。中国需要国际非开挖。
一、非开挖技术发展历史、现状和未来
一、非开挖技术发展历史、现状和未来
一、非开挖技术发展历史、现状和未来
规范管理阶段：在1998年，中国非开挖技术协会宣告成立，已经制定了一些行业性的指导性规范。随着对该项技术的逐步认识，建设单位也提高了管理水平，完善了对竣工资料的收集工作。
一、非开挖技术发展历史、现状和未来
发展趋势非开挖技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的作用。非开挖技术的发展必将向规模化、规范化、国际化的方向发展。
非开挖施工方法按其用途可分为新管铺设和管线修复两大类。
水平定向钻(HorizontalDirectionalDrilling)技术作为非开挖技术中最具活力的一项施工技术，具有精确导向、环保、效率高、不影响交通、施工安全性好、技术综合成本低等特点。一般适用于管径φ1200mm以内的的钢管和PE管。但面临下述问题：市场竞争激烈,导致价格下降；地下管网复杂,增加施工的风险。
其基本原理是施工时在钻杆前加一个传感元件，通过对传感元件的地面跟踪，准确控制导向钻头的走向和深度。待导向钻头按预定位置出土后，卸掉导向钻头，换上回扩器，对导向孔进行分级扩孔，并针对不同地质条件配置不同的泥浆，对孔道进行泥浆护壁，以形成待敷设管道口径的1.2—1.5倍的泥浆孔，最后进行管道的回拖的一种先进施工工艺。相关术语和技术规定可以参考行业规范《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》（CECS382:2014）
水平定向钻机进行管线穿越施工顺序为：地质勘探及管线探测、穿越轨迹设计、钻机选型、泥浆配置、先导孔钻进、扩孔钻进、管道回拖、环境保护、地貌恢复。
四、水平定向钻施工工艺
1、地质勘探：主要是通过地质钻探了解地质分布情况，形成地质勘查报告，为施工提供参考依据。地勘报告一般由业主单位提供，根据地质勘察报告可以进行钻机及钻具组合的选择，也是我们提供工程报价的依据。工程勘察应符合现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021等相关标准的规定。水平定向钻法管道穿越工程施工前应取得穿越场地的工程地质资料，包括地形、地貌、地质构造及地震、地层结构特征、岩土层的性质及其空间分布，并对管道穿越地层进行工程地质评价。
四、水平定向钻施工工艺
四、水平定向钻施工工艺
2、地下管线探测：城市地下管线资料残缺不全，有的资料精度不高或与现状不符等问题，以致影响地下管线规划建设的科学性和在工程建设过程中挖断、挖穿地下管线的事故时有发生。地下管线探查是通过现场调查和不同的探测方法探寻各种管线的埋设位置和深度。地下管线探测应根据管道穿越工程的规划、设计、施工和管理部门的要求，按现行行业标准《城市地下管线探测技术规程》CJJ61的有关规定执行：地下管线探测应查明拟穿越区域建(构)筑物的结构类型、荷载类型、基础类型。地下管线探测的范围应覆盖管线工程敷设的区域，穿越路由周围不应小于管径的3倍，且不应小于3m。既有地下管线探测后，应通过地面标志物、检查井、闸门井、人孔、手孔等进行复核。
四、水平定向钻施工工艺
方法：要求业主提供工程现场地下管网资料；寻找施工现场周围的工作井，查看管线的走向，情况不明通知相应负责部门到现场进行交底；询问当地居民；用管线探测仪进行测量；钻机出入土点挖工作坑，至少1.5米深。
四、水平定向钻施工工艺
四、水平定向钻施工工艺
3、穿越轨迹设计：根据CECS382:2014，水平定向钻先导孔轨迹设计应包括下列内容： (1)钻孔类型和轨迹形式； (2)确定入土点和出土点位置； (3)确定各项轨迹参数，包括入土角、出土角、圆弧过渡段曲率半径、管道埋深、管道水平长度、实际用管长度等。水平定向钻先导孔轨迹参数见下表：
四、水平定向钻施工工艺
注：未采取措施对上覆土层进行处理时，最小覆土厚度应大于管道管径5倍～6倍以上。
当穿越城镇河道时，管道顶部至规划河床的覆土厚度应根据水流冲刷、防止冒浆、疏浚和抛锚等要求确定，不宜小于3m；水平定向钻穿越公路、铁路、地面建筑物时，最小覆土深度应符合各自行业标准的要求；当本行业标准无特殊要求时，最小覆土厚度应符合下表的规定：
四、水平定向钻施工工艺
水平定向钻法敷设的管道与建筑物或既有地下管线的距离应符合CECS382:2014的规定： （1）当敷设在建筑物基础上方时，与建筑物基础的水平净距不应小于1．5m； （2）当敷设在建筑物基础下方时，与建筑物基础的水平净距应大于持力层扩散角范围，扩散角不应小于45°； （3）在建筑物基础下敷设管线时，应经过验算后确定深度； （4）与既有地下管线平行敷设时，管道外径大于200mm时，净距应为最大扩孔直径的2倍以上；管道外径小于200mm时，净距不应小于0.6m； （5）从既有地下管线上部交叉敷设时，垂直净距应大于0.6m；如在淤泥质地层中穿越，垂直净距应大于1.0m；
四、水平定向钻施工工艺
（6）从既有地下管线下部交叉敷设时，垂直净距应符合下列规定： 1)黏性土地层应大于扩孔直径的1倍； 2)粉土地层应大于扩孔直径的1.5倍； 3)砂土地层应大于扩孔直径的2倍； 4)小直径管道(D1＜110mm)垂直净距不得小于0.55m。 （7）采用水平定向钻法敷设燃气管道时，管道与建(构)筑物或相邻管道之间的水平和垂直净距应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB50028的有关规定。
4、钻机选型：根据CECS382:2014规定：（1）水平定向钻法管道穿越工程施工应综合考虑施工场地、地层条件、敷设管线直径、埋深和长度等因素，合理选择钻机类型和性能参数。（2）施工所用水平定向钻机额定回拖力可按设计回拖力计算值的1．5～3．0倍进行选取。（3）水平定向钻机的功率应与工程相匹配，可根据管道直径、穿越长度和回拖力确定。
四、水平定向钻施工工艺
5、泥浆配制：泥浆不仅可以保持孔壁稳定，防止坍塌，还可以对铺管起到很好的润滑作用，大大减小管线与孔壁之间的摩擦阻力。根据CECS382:2014规定：（1）水平定向钻进应根据地层条件、穿越管道直径和长度，制定合理的泥浆体系，选择合适的造浆材料；（2）钻孔泥浆的设计应包含下列内容： 1）确定钻孔泥浆的比重、黏度、静切力、动切力、滤失量、泥饼厚度、允许含砂量、pH值等基本参数； 2）各种造浆材料的配合比； 3）钻孔泥浆材料用量计算； 4）泥浆制备； 5）制定钻孔泥浆循环、净化、管理措施。
四、水平定向钻施工工艺
（3）泥浆性能参数应根据地质情况确定，可按表规程中表6.4.3选择；（4）钻孔泥浆用量计算应综合考虑最终扩孔直径、钻孔长度、扩孔次数、孔内漏失状况等因素； （5）钻孔泥浆的配方和性能参数应根据施工过程中地层条件、钻进工艺、孔内情况等因素进行实时监测和调整； （6）施工时泥浆泵的泵量应能满足施工要求； （7）水平定向钻施工过程中应保持稳定的泥浆循环； （8）泥浆应在专用搅拌容器或搅拌池中配制，从钻孔内返出的泥浆应经沉淀池或泥浆净化设备处理并调整后方可重复利用； （9）当钻进过程需要长时间中断时，应向孔内定时补充新泥浆并活动钻具，以补偿泥浆漏失及防止卡钻事故的发生； （10）钻孔泥浆配制过程中应按附录B要求填写钻孔泥浆记录表。
四、水平定向钻施工工艺
6、导向施工（先导孔钻进）：利用造斜原理，在地面导向仪引导下，按预先设计的铺管线路，由钻机驱动带导向钻头的钻杆，从入钻点至出钻点钻一个与设计轨迹尽量吻合的导向孔。规程中规定：（1）对于距离短、埋深浅、电磁干扰弱、地面有通行条件的穿越工程，宜采用无缆式导向仪进行导向钻进； （2）对于距离长、埋深大、电磁干扰强或地面无通行条件的穿越工程，宜采用有缆式导向仪进行导向钻进； （3）应根据地层类型、穿越长度及钻杆尺寸选择合适的导向钻具组合；
四、水平定向钻施工工艺
四、水平定向钻施工工艺
（4）先导孔钻进施工应符合下列规定：1）施工前钻机应进行试运转，时间不应少于15min，确定机具各部分运转正常且钻头喷嘴有泥浆流动后方可钻进； 2）第一根钻杆入土钻进时应轻压慢转、稳定入土位置，符合设计入土角后方可继续钻进； 3）先导孔钻进时，直线段测量计算频率宜每根钻杆一次； 4）采用无缆式导向仪时，应按附录C要求记录导向数据，并绘制钻孔轨迹剖面图； 5）采用有缆式导向仪时，司钻应定时观察计算机处理的随钻数据，并进行数据采集； 6）控向员应及时将测量数据与设计值进行对比，引导司钻员调整钻进轨迹；
四、水平定向钻施工工艺
7)钻进至既有管线临近区域时，应慢速钻进并复核先导孔轨迹，测算与交叉管线的距离，确认在安全许可范围后再恢复正常钻进： 8)曲线段钻进时，应符合下列规定： a一次顶进长度宜小于0.5m； b应观察延伸长度顶角变量且该变量应符合钻杆极限弯曲强度要求； c应采取分段施钻，使延伸长度顶角变化均匀。 9)导向钻进遇到异常情况时，应停钻查明原因，问题解决后方可继续施工； 10)先导孔纠偏应平缓，避免出现大的转角。
四、水平定向钻施工工艺
导向孔钻进就是从起始位置沿预定路线向目标位置钻进的过程。为了准确地沿预定线路前进，司钻手必须控制钻头体的钻进方向，有时还需要变向。变向的简单原理是：当边旋转边推进时，钻头体直线行进；当不旋转只推进时，钻头体沿弧线行进。实质上，一个完整的导向孔就是由一系列的直孔通过变向推进连接而成的。
四、水平定向钻施工工艺
定位仪器定位仪器一般采用手持式（无缆式）或有缆式系统。在大多数水平定向钻施工中，通常使用的是手持式控向仪器。下面的分别对三个部件进行专门介绍。接收器遥显仪信号棒
正常的水平定向钻施工中，一般采用手持式定位设备以便于追踪钻进中的钻头。控向仪操作手在钻头行进路线的上方行走，使用手持式接收器定位钻头。
四、水平定向钻施工工艺
接收器——包含接收天线和处理信号用的电子装置。数据显示在显示屏上。标准的手持式接收器由控向仪操作手携带，通过在钻头行进路线上方前后移动来确认钻头的位置和方向。
四、水平定向钻施工工艺
遥显仪——从接收器接收数据并在显示屏上显示，司钻手可以迅速地断定钻头的位置。
四、水平定向钻施工工艺
信号棒——信号棒安装在钻头体内，发射信号，向接收器提供钻头在地面下相对位置的数据。它包括电子装置和电池，根据所需的钻进深度可以采用不同能力（信号强度）的信号棒。
四、水平定向钻施工工艺
7、回扩施工(扩孔钻进)：一般采用逐级扩孔，将钻孔扩大到管道回拖所需孔径，回扩终孔直径一般为回拖管道外包直径的1.2~1.5倍。首先进行扩孔设计：穿越管道直径大于250mm或地层土质为中砂、粗砂及砂砾土时，宜进行多级扩孔；应根据地层条件和钻机能力合理选择扩孔程序，管径越大，扩孔次数越多，钻机能力小，也应增加扩孔次数。管道穿越沉降严格控制地区时，管道与孔壁环空间隙内的泥浆应采用水泥砂浆置换。
四、水平定向钻施工工艺
规定：（1）扩孔钻进应根据地层特点、工程规模、钻机能力、钻杆规格及扩孔器类型进行合理设计；（2）当设计的终孔直径较大或施工设备能力有限时，宜分多次将钻孔直径扩至设计要求；（3）扩孔钻进前应确认扩孔器喷嘴畅通；（4）扩孔钻进应符合下列规定： 1）应按设计的扩孔极差给定钻进参数及泥浆排量； 2）扩孔过程中，如发现扭矩、拉力异常，应降低进尺速度，判断孔内状况并调整相关技术参数； 3）一级扩孔完成后，应结合扩孔过程中扭矩、拉力及返浆情况对孔内清洁状况进行判断，若孔内钻屑量偏多，宜进行洗孔后再进行下一级扩孔； 4）应按要求填写扩孔钻进记录。 （5）扩孔完成后，应根据孔内清洁程度确定是否进行清孔。
四、水平定向钻施工工艺
四、水平定向钻施工工艺
挤压式扩孔器（普通）三牙轮扩孔器（岩石）
四、水平定向钻施工工艺
8、管道回拖：扩孔完毕，在出钻口坑一端的钻杆上，再装扩孔器与管前端通过万向节、特制拖头等连接牢固，启动钻机回拉钻杆进行拖管，将预埋管线拖入孔内，完成铺管工作。
四、水平定向钻施工工艺
管道回拖施工要求；（CECS382:2014）(1)管道回拖前MT／T 502-2020 粉尘采样器检定装置通用技术条件.pdf，应做好下列准备工作： 1)对钻机地锚进行检查，确保回拖过程中不出现地锚松动； 2)对钻机、泥浆泵等设备进行检修保养； 3)吊管设备进场就位； 4)对钻杆和管道的连接件进行检查，确保工作可靠； 5)做好管道地表减阻措施； 6)对已连接完成的管线长度、焊缝、防腐进行检查； 7)管道回拖组合连接后，应进行泥浆试喷，确保泥浆通道畅通
四、水平定向钻施工工艺
(2)采用管道发送沟减阻时，应符合下列规定： 1)应根据地形、出土角等确定发送沟开挖深度和宽度；发送沟的下底宽度宜比穿越管径大500mm； 2)管道发送沟内应注水，最小注水深度宜大于穿越管径的1/3； 3)应在回拖前将穿越管段放入发送沟。 (3)采用托管架减阻时，应符合下列规定： 1）应根据穿越管段的长度和重量确定托管架的跨度和数目； 2）托管架的高度设计应满足预制管段弯曲曲率的要求； 3）托管架的强度、刚度和稳定性应满足设计要求。
四、水平定向钻施工工艺
（4）管道进入钻孔时应确保管道轴线与钻孔轴线在出土端的延长线重合，避免管道与钻孔形成夹角。 （5）管道回拖作业应符合下列规定： 1）回拖过程应连续施工，特殊情况下需中断时，中断时间不宜超过4h； 2）回拖速度应均匀YC／T 580-2019 烟草行业工业控制系统网络安全基线技术规范.pdf，避免造成孔内压力激动； 3）回拖过程中宜保持泥浆循环； 4）应按要求填写回拖记录。 （6）管道回拖完成后，应进行以下工作： 1）管道回拖完成后，应对管道两端进行封堵； 2）管道敷设后应对管道实际轴线进行测量； 3）两端造斜段环空应视情况进行注浆加固处理。
四、水平定向钻施工工艺
四、水平定向钻施工工艺