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水平定向钻(hdd)的轨迹控制与研究
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3秒自动关闭窗口水平定向钻穿越夯套管隔离卵砾石工艺方法技术
本发明专利技术涉及一种管道敷设非开挖施工技术。这种水平定向钻穿越夯套管隔离卵砾石工艺方法，首先要构筑工作坑，其改进之处在于：它还设有以下工序：（１）铺设导轨；（２）夯管锤安装；（３）钢套管夯进；（４）管内出土；（５）安装中心定位管。该工艺成功将夯套管施工工艺与水平定向钻施工工艺结合在一起，解决水平定向钻施工中入、出土点两端地质不稳定造成的不能施工的问题，具有以下特点：（１）适应多种土层、回填层、流砂层和各种含砾石地层铺管。（２）地面不会产生隆起或沉降现象，对地层适应性强，铺管速度快，最快可达２５ｍ／ｈ。（３）施工占地少。夯管法施工作业面在定向钻穿越钻机场地内，占地面积小，土方量小，操作简便。
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技术实现步骤摘要
本专利技术涉及一种管道敷设技术，尤其是涉及一种非开挖施工技术。技术介绍 自20世纪70年代美国专利技术使用了水平定向钻技术用于管道穿越工程以来，该技术在世界各地得到运用和发展。起初，定向钻技术只适用于粘土、粉沙、亚粘土等有造浆能力和易成孔的地质结构，后来发展到对于不易塌方的岩石地段。但是，对于砾石、砾砂、卵石等地质结构，一直认为是定向钻施工工艺技术的禁区。一旦遇到这样的地质结构，一般处理方法是改变设计位置或路线，避免穿越此类地质区域。但实际施工过程中，由于有些砾石或砾砂地段的特殊地理位置，无法进行更改，必须在砾石或砾砂地段进行穿越。技术实现思路本专利技术的目的就是提供一种隔离卵砾石的水平定向钻穿越工艺方法--。它具有可在砾石、砾砂或卵石地段进行水平定向钻穿越的特点。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案这种，首先要构筑工作坑，其改进之处在于它还设有以下工序(1)铺设导轨；(2)夯管锤安装；(3)钢套管夯进；(4)管内出土；(5)安装中心定位管。上述技术方案的进一步改进在于所述的工序(3)钢套管夯进工序中是采用一种能夯进空心钢管的设备——夯管锤，将待铺设的钢套管沿设计路线直接夯入地层。上述技术方案的进一步改进在于所述的工序(2)夯管锤安装工序中夯管锤以压缩空气或液压油为动力。上述技术方案的进一步改进在于所述的工序(4)管内出土可采用高压水射流或螺旋钻杆或人工挖土方法。上述技术方案的进一步改进在于所述的工序(5)安装中心定位管可采用法兰连接或焊接方式连接。采用夯套管进行水平定向穿越成功将夯套管施工工艺与水平定向钻施工工艺结合在一起，解决了水平定向钻施...【详细说明在详细技术资料中】
技术保护点
一种水平定向钻穿越夯套管隔离卵砾石工艺方法，首先要构筑工作坑，其特征在于：它还设有以下工序：（１）铺设导轨；（２）夯管锤安装；（３）钢套管夯进；（４）管内出土；（５）安装中心定位管。
技术保护范围摘要
专利技术属性
发明(设计)人：，，，，，
申请(专利权)人：，
专利类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
专利技术项目评估
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暂无相关专利在砂卵砾石地层条件下的水平定向钻的穿越技术
　　摘要：砂卵砾石地层一直是水平定向钻穿越的禁区，本文结合项目实际，阐述了水平定向钻与夯管技术相结合，在该地质条件进行成功穿越的技术特点。 　　关键词：水平定向钻；夯管锤；砂卵砾石；穿越 　　中图分类号： K826 文献标识码： A 　　 　　前言： 　　 在长输管道建设中，由于受地形地貌等自然条件的限制，管道通过大型河流、高速公路及地面障碍物等特殊地段时，常常采用定向钻穿越方式施工。 定向钻穿越具有技术含量高、风险投资大等特点，对一些地质条件比较复杂的地层（如流砂地层和卵石地层），采用单一的水平定向钻穿越存在较大的困难。在某项目中，需要进行1472.1m的黄河穿越，勘察资料显示，黄河出入土点两端均存在20余米厚的卵砾石地层。在施工中提出了定向钻与夯管相结合的技术方案，对砂卵砾石地层进行夯钢套管隔离，然后用两台钻机对接导向孔，解决了此次黄河穿越的技术问题。下面我们以该工程实例，逐一阐述该方案的技术要点。 　　一、工程概况 　　 该项目位于宁夏境内，穿越段管线设计压力为4MPa，管径为Φ355.6mm。管道水平长度为 1458.4m、实长为1472.1m。工程等级为河流大型穿越，采用定向钻方式穿越。黄河河床为卵砾石河床，两岸属黄河近代冲积平原，表部土壤岩性具有明显的平原区河流、河床相二元结构特征，其表层为1.3～5.6m 的冲洪积细砂，下伏较厚的河床相卵石及基座的砂岩层，定向钻穿越入土端位于南岸，距南岸外大堤约203m；出土端位于北岸，距北岸外大堤堤角约223m。定向钻曲率半径为1500D，出、入土角根据穿越地形、地质条件和穿越管径的大小确定为，入土角16&，出土角16&。 　　二、穿越的技术要点 　　1、夯钢套管（隔离砂卵砾石层） 　　 气动夯管捶施工一般应用于水平短距离的直线穿越，而本工程黄河两岸均采用了水平夹角16&的斜向夯进，其主要作用为按照导向孔曲线对卵砾石层进行隔离。 两岸出入土点分别夯入Φ1016mm&26钢管，在夯进约80余米时，因阻力较大，无法继续夯进，又在Φ1016钢管内夯入Φ914钢管（俗称：管中管工艺），历经3个月施工，入土点侧夯入100米，出土点侧夯入90米，成功隔离了砂卵砾石层。施工工艺如下： 　　 　　 　　图1 夯管工艺流程 　　 　　图2 夯管施工现场 　　2、安装中心定位器 　　一般定向钻施工无须安装中心定位器，因该项目前期两岸入出点侧均夯入了钢套管，所以要在钢套管内安装中心定位器，其主要作用有两点：①确保钻杆在套管的中心位置，便于钻机进行定位，钻头按照设计曲线进行钻进；②确保导向孔、扩孔的中心点与钢套管的圆心重合，生产管线才能成功回拖进入套管内。导向孔作业钻进前需要在Φ914mm套管内下入一根中心定位器套管）。单根中心定位器内圈（Φ325钢管）长约12米，黄河南岸入土点安装套管长度约为100m，黄河北岸入土点安装套管长度约为90m。中心定位器内圈（Φ325）和外圈（Φ820）之间通过槽钢相连，形状如图所示： 　　 　　图3 中心定位器示意图 　　钻机就位后安装中心定位器，每根定位器内圈钢管之间采用法兰进行连接。扩孔进入大套管内时要拔出中心定位器，继续扩孔时再把定位器逐根连接后重新下入Φ914mm套管内。 　　3、两台钻机对接导向孔 　　 该项目因出入土点均夯入了钢套管，且穿越距离较长，故要进行两台钻机分别布置在黄河两侧，进行对接导向孔。其主要技术要点如下： 　　a)标定目标磁铁，即在地面模拟对接穿越过程，测量探头中心位置与目标磁铁中心位置重叠的实际距离，与电脑显示显示距离对比，比较误差值。若误差值超过0.2m，应更换目标磁铁内的磁块，重新进行标定，直至误差值符合要求。 　　b)布置人工磁场，在陆地或水深小于4m的河床内宜使用交流线圈磁场，水深大于4m或航运繁忙的水域宜使用基准磁靶。对接区域内放置基准磁靶数量不应少于三个。放置位置应在对接区域的起始点和中间点。并置于穿越中心线上，相邻基准糍靶间距不大于100米。 　　 c)目标磁铁应安装在出土侧钻机的钻头后部。 　　 d)导向孔钻进时，两台钻机分别从入、出土点进行导向孔作业，使用人工磁场引导钻头进入对接区域，下图所示： 　　 　　 　　 　　图4对接导向孔 　　e)对接 　　 ①入土侧探头和出土侧目标磁铁重叠5m。 　　 ②入土侧探头探头不动，出土侧钻杆磁铁回抽6m，同时没间隔0.25m采集数据，记录磁铁完全经过探头时的数据。 　　 ③计算机显示入土侧探头与出土侧探头目标磁铁的相对位置，即目标磁铁相对于探头的相对位置。 　　 ④位置确定后，目标磁铁后退，调整探头一侧钻头工具面，并逐步向目标磁铁靠近，直到吻合位置。如下图所示： 　　 　　 　　 　　图5目标磁铁吻合 　　f)导向孔完成 　　对接作业完成后，出土侧钻头后退，入土侧钻头跟进，钻头间距不宜大于5m,入土侧钻头出土后，导向孔完成。 　　4、扩孔及管线回拖 　　导向孔完成后，出土侧钻机撤离，然后按照一般定向钻施工进行扩孔，扩孔所用钻具为桶式扩孔器。 　　将检验合格的穿越段管线放入发送沟内，发送沟内注水使预置管线漂浮，减少回拖过程中的摩擦力并保护防腐层在回拖过程中造成磨损。仔细检查拖拉头、“U”型环、旋转接头、扩孔器的连接，确认连接牢固、水嘴通畅、泥浆压力合适后进行回拖。 　　 回拖是定向穿越的最后一步，也是最关键的一步，必须连续作业，避免因停工造成阻力增大。回拖连接方式为：18″桶式扩孔器+300T万向节+300T“U”型环+穿越主管线。 　　 图6 管线回拖示意图 　　三、结束语 　　水平定向钻穿越对环境影响最小的施工方法，并相应减少了管道维护费用，同时不会影响河流运输并缩短施工期，证明是效率最高，成本较低的施工方法，现在水平定向钻已经能够在粗沙、卵石、岩石等复杂地质条件下进行穿越施工。 　　水平定向钻与夯管的相结合，在砂卵砾石地层的成功应用，是对两项非开挖技术取长补短，相互结合的结果。在当今对非开挖施工要求越来越高，应用越来越广的情况下，为解决目前施工中出现的技术难题，提供了一项较为有效的施工方法。 　　 在非开挖技术应用越来越广的今天，熟练掌握和运用各项非开挖施工技术，取长补短，相互结合，充分发挥各自的技术特点，解决单一技术手段难以解决的问题，对非开挖技术来说具有十分重要的现实意义。
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