1、2022-8-112022-8-11 23:3423:341 1/46/46第二章第二章 定向钻施工法定向钻施工法 定向钻施工法也称为往复式潜钻施工法，定向钻施工法也称为往复式潜钻施工法，简称（简称（）。它是）。它是指无法以传统开挖、推进的方式及作业人员无法指无法以传统开挖、推进的方式及作业人员无法进入工作区，须用机械方法来进行钻掘、排土、进入工作区，须用机械方法来进行钻掘、排土、清渣及方向控制，并同时在扩孔后将各种管材埋清渣及方向控制，并同时在扩孔后将各种管材埋入地下的施工方法。入地下的施工方法。2022-8-112022-8-11 23:3423:342 2/46/46n定向钻施工法的优点
2、如下：定向钻施工法的优点如下：na.需要的作业空间小，对交通影响小。需要的作业空间小，对交通影响小。nb.采用机械化施工，施工迅速，工期短。采用机械化施工，施工迅速，工期短。nc.减少因施工发生的路面下陷及房屋龟裂。减少因施工发生的路面下陷及房屋龟裂。nd.对已有埋设物的障碍处理减至最小限度。对已有埋设物的障碍处理减至最小限度。ne.所需开挖空间少，安全防护容易。所需开挖空间少，安全防护容易。nf.工人不需进入危险区作业，可保护工人安全。工人不需进入危险区作业，可保护工人安全。ng.对市民生活影响小，在人口密集地区尤为明显。对市民生活影响小，在人口密集地区尤为明显。nh.适合穿越铁路、公路、高
3、速公路、机场跑道、河流、湖泊适合穿越铁路、公路、高速公路、机场跑道、河流、湖泊等处的埋管施工。等处的埋管施工。2022-8-112022-8-11 23:3423:343 3/46/46第一节第一节 定向钻施工法工作原理定向钻施工法工作原理 定向钻施工法工作原理为：钻头先喷射高压水定向钻施工法工作原理为：钻头先喷射高压水柱将泥土松开，钻杆再施转前进；采用高科技制造柱将泥土松开，钻杆再施转前进；采用高科技制造的钻头可击碎直径为以下的石块，钻杆的钻头可击碎直径为以下的石块，钻杆在最小弯曲半径为内可在最小弯曲半径为内可调整其行进调整其行进方向；采用无污染的天然粘土细粉作为润滑剂，混方向；采用无污染的
4、天然粘土细粉作为润滑剂，混合在水柱中喷入土壤，不但有润滑作用且可稳固孔合在水柱中喷入土壤，不但有润滑作用且可稳固孔道壁，将拉管时的摩擦力降至最低，日后泥浆形成道壁，将拉管时的摩擦力降至最低，日后泥浆形成一圈干燥的黏土裹覆管线。一圈干燥的黏土裹覆管线。2022-8-112022-8-11 23:3423:344 4/46/46 钻头内装有精确的导向及信号发射器，钻头内装有精确的导向及信号发射器，当其在地下潜钻时，地面上的接收器可由其当其在地下潜钻时，地面上的接收器可由其电磁波显示钻头所在位置及深度，进而可转电磁波显示钻头所在位置及深度，进而可转绘成精确的地下管线图表。绘成精确的地下管线图表。整个
5、施工过程最少仅需控制操作人员及整个施工过程最少仅需控制操作人员及探测指挥人员共人，可同时埋设多条管线，探测指挥人员共人，可同时埋设多条管线，并减少开挖施工所造成的影响交通及环保问并减少开挖施工所造成的影响交通及环保问题。题。2022-8-112022-8-11 23:3423:345 5/46/46 无论是大型还是中、小型水平定向钻，其基本无论是大型还是中、小型水平定向钻，其基本结构都包括主机、钻具、导向系统、泥浆系统以及结构都包括主机、钻具、导向系统、泥浆系统以及智能辅助系统。智能辅助系统。一、主机一、主机 主机的动力系统一般为柴油发动机。柴油发动主机的动力系统一般为柴油发动机。柴油发动机的
6、功率是衡量钻机施工能力的指标之一。钻机在机的功率是衡量钻机施工能力的指标之一。钻机在钻进、回拖过程往往需要钻机以恒定的荷载运行，钻进、回拖过程往往需要钻机以恒定的荷载运行，因此发动机的连续功率显得更为重要。因此发动机的连续功率显得更为重要。第二节第二节 水平定向钻的基本结构水平定向钻的基本结构2022-8-112022-8-11 23:3423:346 6/46/46 为了降低劳动强度、提高劳动效率，主机为了降低劳动强度、提高劳动效率，主机一般装备了钻杆自动装卸装置：钻进时，钻机一般装备了钻杆自动装卸装置：钻进时，钻机自动从钻杆箱中取出钻杆，旋转加接到钻杆柱自动从钻杆箱中取出钻杆，旋转加接到钻
7、杆柱上；回拖时，过程正好相反。有的还装备了润上；回拖时，过程正好相反。有的还装备了润滑油自动涂抹装置，对钻杆连接头螺纹的润滑滑油自动涂抹装置，对钻杆连接头螺纹的润滑有助于延长钻杆的寿命。有助于延长钻杆的寿命。2022-8-112022-8-11 23:3423:347 7/46/46 钻机在工作中应完全固定。如果主机在钻钻机在工作中应完全固定。如果主机在钻进、回拖过程中发生移动，一方面有可能造成进、回拖过程中发生移动，一方面有可能造成发动机的损坏，另一方面会降低推力或拉力，发动机的损坏，另一方面会降低推力或拉力，造成孔内功率损失。目前最新型的钻机都装备造成孔内功率损失。目前最新型的钻机都装备有
8、自动液压锚固系统，靠自身功率把锚杆钻入有自动液压锚固系统，靠自身功率把锚杆钻入土层。在干燥土层一般用直锚杆，在潮湿土层土层。在干燥土层一般用直锚杆，在潮湿土层用螺旋锚杆。用螺旋锚杆。2022-8-112022-8-11 23:3423:348 8/46/46 二、钻具二、钻具 定向钻钻具包含钻杆、钻头和扩孔器。定向钻钻具包含钻杆、钻头和扩孔器。钻杆应当有足够的强度，以免扭折、拉断，钻杆应当有足够的强度，以免扭折、拉断，又要有足够的柔性，这样才能钻出弯曲的孔道。又要有足够的柔性，这样才能钻出弯曲的孔道。在长距离钻孔中，钻杆的长度直接影响钻进效在长距离钻孔中，钻杆的长度直接影响钻进效率，特别是在采
9、用有线导向时，长钻杆使钻杆率，特别是在采用有线导向时，长钻杆使钻杆连接次数减少，明显节约总连接时间。连接次数减少，明显节约总连接时间。2022-8-112022-8-11 23:3423:349 9/46/46 钻头一般为楔形。在前进过程中，若钻钻头一般为楔形。在前进过程中，若钻头不断旋转，则钻进轨迹为直线。当钻头想头不断旋转，则钻进轨迹为直线。当钻头想绕过障碍物或以一定曲率半径前进时，钻头绕过障碍物或以一定曲率半径前进时，钻头停止转动，使楔面停留在某一角度再推进，停止转动，使楔面停留在某一角度再推进，这样，钻头就以与楔面相背的方向前进。这样，钻头就以与楔面相背的方向前进。钻头上通常有喷嘴，泥
10、浆高速从喷嘴喷钻头上通常有喷嘴，泥浆高速从喷嘴喷出，对土层进行冲刷。出，对土层进行冲刷。2022-8-112022-8-11 23:3423:341010/46/46 对不同土层，应选用不同的钻头。在对不同土层，应选用不同的钻头。在较软的黏土中，一般选用较大尺寸的钻头，较软的黏土中，一般选用较大尺寸的钻头，便于在推进过程改变方向。在较硬的钙质便于在推进过程改变方向。在较硬的钙质层中，选用较小的钻头。若在硬岩钻进，层中，选用较小的钻头。若在硬岩钻进，则要选用特殊的钻头，如镶焊小尺寸硬质则要选用特殊的钻头，如镶焊小尺寸硬质合金钻头。合金钻头。2022-8-112022-8-11 23:3423:3
11、41111/46/46 扩孔器种类繁多，不同的扩孔器扩孔器种类繁多，不同的扩孔器适用不同土层。如：凹槽状扩孔器适适用不同土层。如：凹槽状扩孔器适用于沙地和含有岩石的紧密沙地，而用于沙地和含有岩石的紧密沙地，而在黏性高的黏土中运行则容易变成球在黏性高的黏土中运行则容易变成球状；杆状扩孔器适用于硬土层、黏土状；杆状扩孔器适用于硬土层、黏土层，但无法在岩石层或卵石地层有效层，但无法在岩石层或卵石地层有效运行。运行。2022-8-112022-8-11 23:3423:341212/46/46 三、导向系统三、导向系统 导向系统包括无线导向系统和有线导向系导向系统包括无线导向系统和有线导向系统。统。无
12、线导向系统由手持式地表探测器和装在无线导向系统由手持式地表探测器和装在钻头里的发射器组成。探测器通过接收钻头发钻头里的发射器组成。探测器通过接收钻头发射的电磁波信号判断钻头的深度、楔面倾角等射的电磁波信号判断钻头的深度、楔面倾角等参数，并同步将信号发射到钻机的操作台显示参数，并同步将信号发射到钻机的操作台显示器上，以便操作人员及时调整钻进参数，控制器上，以便操作人员及时调整钻进参数，控制钻进方向钻进方向。2022-8-112022-8-11 23:3423:341313/46/46 在穿越河流、湖泊时，由于地面行在穿越河流、湖泊时，由于地面行走困难或钻孔深度太深，电磁波信号难走困难或钻孔深度太
13、深，电磁波信号难以接收，这时就必须使用有线导向系统，以接收，这时就必须使用有线导向系统，发射器通过钻杆后接电缆把信号传给操发射器通过钻杆后接电缆把信号传给操作台。由于电缆必须由人工通过钻杆一作台。由于电缆必须由人工通过钻杆一根根搭接起来，因此有线导向仪的使用根根搭接起来，因此有线导向仪的使用相当耗费时间。相当耗费时间。2022-8-112022-8-11 23:3423:341414/46/46 四、泥浆系统四、泥浆系统 泥浆系统是保证扩孔以及顺利回拖管道的重要泥浆系统是保证扩孔以及顺利回拖管道的重要设备。设备。膨润土、水以及添加剂等在泥浆罐里充分搅拌膨润土、水以及添加剂等在泥浆罐里充分搅拌混
14、合后，通过泥浆泵加压，经过钻杆（中空）从钻混合后，通过泥浆泵加压，经过钻杆（中空）从钻具喷嘴喷出，冲刷土层并把钻屑带走，起到辅助钻具喷嘴喷出，冲刷土层并把钻屑带走，起到辅助钻进的作用。钻进时，泥浆可冷却孔底钻具，以免钻进的作用。钻进时，泥浆可冷却孔底钻具，以免钻具过热而磨损。具过热而磨损。2022-8-112022-8-11 23:3423:341515/46/46 泥浆的另一重要作用是在回拖管道时降泥浆的另一重要作用是在回拖管道时降低管壁与孔壁之间的摩擦力。在理想状态时，低管壁与孔壁之间的摩擦力。在理想状态时，钻杆是悬浮在泥浆中被拉出。因此在实际工钻杆是悬浮在泥浆中被拉出。因此在实际工程中，
15、若钻孔成型好，则管道所需的拉力往程中，若钻孔成型好，则管道所需的拉力往往比预料的要小得多。往比预料的要小得多。另外，泥浆在钻孔内凝固后可以起到稳另外，泥浆在钻孔内凝固后可以起到稳定孔壁的作用。定孔壁的作用。2022-8-112022-8-11 23:3423:341616/46/46 五、智能辅助系统五、智能辅助系统 钻机的智能辅助系统近几年发展很快。在钻机的智能辅助系统近几年发展很快。在预先输入地下管线的走向及障碍物位置、钻杆预先输入地下管线的走向及障碍物位置、钻杆类型、钻进深度、进出口位置、管道允许弯曲类型、钻进深度、进出口位置、管道允许弯曲半径等参数后，钻进软件可以自动设计出一条半径等参
16、数后，钻进软件可以自动设计出一条最理想的路径，包括入土角、出土角、每根钻最理想的路径，包括入土角、出土角、每根钻杆的具体位置等，在实际工程中可以根据实际杆的具体位置等，在实际工程中可以根据实际情况调整。情况调整。2022-8-112022-8-11 23:3423:341717/46/46 第三节第三节 制订定向钻施工计划制订定向钻施工计划 虽然每个工程的情况不同，但水平虽然每个工程的情况不同，但水平定向钻掘设备具备了各种不同尺寸与规定向钻掘设备具备了各种不同尺寸与规格的钻具，钻挖管径从至格的钻具，钻挖管径从至，长度从几米至米，长度从几米至米，拉力可达。拉力可达。制订定向钻施工计划时应注意以下
17、制订定向钻施工计划时应注意以下事项：事项：2022-8-112022-8-11 23:3423:341818/46/46 一、位置与路径一、位置与路径 位置与路径是影响计划与执行定向位置与路径是影响计划与执行定向钻工程最重要的因素。例如城市及乡村钻工程最重要的因素。例如城市及乡村因位置状况完全不同，其施工计划也完因位置状况完全不同，其施工计划也完全不同。在做施工计划时，须先了解要全不同。在做施工计划时，须先了解要穿越的是何种类型障碍，例如河流、公穿越的是何种类型障碍，例如河流、公路、铁路或机场跑道等。路、铁路或机场跑道等。2022-8-112022-8-11 23:3423:341919/46
18、/46 二、预埋物（管道）二、预埋物（管道）事先要知道所要埋设管道的种类、尺寸、数量事先要知道所要埋设管道的种类、尺寸、数量以及功能，需知道是何种材料（塑料管或钢管等）。以及功能，需知道是何种材料（塑料管或钢管等）。因为不同的材料，管件受地表压力或因地心引力会因为不同的材料，管件受地表压力或因地心引力会产生特殊的倾斜角度，这也是考虑的重点。产生特殊的倾斜角度，这也是考虑的重点。目前，燃气输配的管道有钢管，管和铸铁目前，燃气输配的管道有钢管，管和铸铁管。铸铁管采用承插式和机械接口，加上本身柔性管。铸铁管采用承插式和机械接口，加上本身柔性差，不适合用定向钻敷设。钢管、管既可拉又差，不适合用定向钻敷
19、设。钢管、管既可拉又可弯，适合用于定向钻施工，其中盘卷管最为可弯，适合用于定向钻施工，其中盘卷管最为理想。理想。2022-8-112022-8-11 23:3423:342020/46/46 三、钻掘长度三、钻掘长度 依据地质状况、钻掘装置与设备，也是钻掘长度设计依据地质状况、钻掘装置与设备，也是钻掘长度设计的考虑重点。的考虑重点。四、位置限制四、位置限制 该区域的地质情况，例如附近构筑物的状况报告，这该区域的地质情况，例如附近构筑物的状况报告，这些信息包含以下内容：些信息包含以下内容：a.a.已有管线：在钻孔线路或钻孔设施附近，任何地下的管已有管线：在钻孔线路或钻孔设施附近，任何地下的管件、
20、管道、电缆线或其他埋设物的详细信息。件、管道、电缆线或其他埋设物的详细信息。b.b.计划管线：在钻孔线路或钻孔设施附近，任何规划将埋计划管线：在钻孔线路或钻孔设施附近，任何规划将埋设的地下管件、管道、电缆线或其他埋设物的详细信息。设的地下管件、管道、电缆线或其他埋设物的详细信息。2022-8-112022-8-11 23:3423:342121/46/46 c.c.计划建筑物：规划将兴建的建筑物、桥梁、隧计划建筑物：规划将兴建的建筑物、桥梁、隧道、河流拓宽、疏浚或港湾建设等建筑物的详细信道、河流拓宽、疏浚或港湾建设等建筑物的详细信息。息。d.d.施工区域历史资料：包括施工区域构筑物资料施工区域
21、历史资料：包括施工区域构筑物资料或土地使用情形的历史信息，尤其是该区域有钻掘或土地使用情形的历史信息，尤其是该区域有钻掘过又回填的旧有信息。过又回填的旧有信息。e.e.地形考察：地形考察包括已存在的构筑物及既地形考察：地形考察包括已存在的构筑物及既有设施等，钻掘线路上的既有设施也是钻掘前应考有设施等，钻掘线路上的既有设施也是钻掘前应考虑的因素之一，这些因素会影响到钻掘的进入点、虑的因素之一，这些因素会影响到钻掘的进入点、出口点以及定向钻钻孔的整个轮廓。出口点以及定向钻钻孔的整个轮廓。2022-8-112022-8-11 23:3423:342222/46/46f.f.地质勘测资料：地质勘测非常
22、重要，地质情况地质勘测资料：地质勘测非常重要，地质情况决定了钻孔工艺的可行性。通常所需的地质报告决定了钻孔工艺的可行性。通常所需的地质报告要非常接近钻孔路线，但并不一定是延着定向钻要非常接近钻孔路线，但并不一定是延着定向钻施工路线一一取得。这份报告须陈述取得重点地施工路线一一取得。这份报告须陈述取得重点地段的地质的实际位置与方法，并详述此一重点地段的地质的实际位置与方法，并详述此一重点地段地质的样本，至于所需重点地段地质的数量与段地质的样本，至于所需重点地段地质的数量与深度，则取决于钻掘的长度及所经过的线路。重深度，则取决于钻掘的长度及所经过的线路。重点地段地质取样的深度需比计划定向钻掘的深度
23、点地段地质取样的深度需比计划定向钻掘的深度还要深。这份详细而广泛的地质报告是钻掘计划还要深。这份详细而广泛的地质报告是钻掘计划中最重要的信息。中最重要的信息。2022-8-112022-8-11 23:3423:342323/46/46 除了上述信息外，在制订定向钻施工计划时尚除了上述信息外，在制订定向钻施工计划时尚有一些施工上的限制必须留意，如表有一些施工上的限制必须留意，如表-所示。所示。2022-8-112022-8-11 23:3423:342424/46/46 当完成位置考察后，则钻掘的轮廓也当完成位置考察后，则钻掘的轮廓也就大致完成，一般钻掘轮廓图会标示出进就大致完成，一般钻掘轮廓
24、图会标示出进入点角度、钻掘曲率及出口点的角度。钻入点角度、钻掘曲率及出口点的角度。钻掘曲率是依据钻掘长度、深度、预埋管种掘曲率是依据钻掘长度、深度、预埋管种类、直径、材质等因素而决定。类、直径、材质等因素而决定。2022-8-112022-8-11 23:3423:342525/46/46 一、入钻区域与装备一、入钻区域与装备 因为在工作区域须放置一些重装备，因此合适因为在工作区域须放置一些重装备，因此合适的通路是非常重要的。在钻掘机组侧须预留车辆进的通路是非常重要的。在钻掘机组侧须预留车辆进出通道，在管件侧预留车辆通道有助于工程的进行。出通道，在管件侧预留车辆通道有助于工程的进行。如果无法预
25、留通路则可采用轮流施工的方式。大型如果无法预留通路则可采用轮流施工的方式。大型的定向钻工程须使用的重型传动齿棒及齿的定向钻工程须使用的重型传动齿棒及齿轮设备、消声柴油发电机组、泥浆混合及回收装置、轮设备、消声柴油发电机组、泥浆混合及回收装置、控制室、钻孔工具、导杆、钻头及扩孔器等，所有控制室、钻孔工具、导杆、钻头及扩孔器等，所有的装备须有条不紊地安置在工作现场。的装备须有条不紊地安置在工作现场。第四节第四节 定向钻施工方法及施工流程定向钻施工方法及施工流程2022-8-112022-8-11 23:3423:342626/46/46 、阴极保护的方法、阴极保护的方法 （）外加电流阴极法（）外加
26、电流阴极法 利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止金属遭受腐蚀的方法，称为外加电流阴极保护。金属遭受腐蚀的方法，称为外加电流阴极保护。此时，被保护的金属接在直流电源的负极上，而此时，被保护的金属接在直流电源的负极上，而电源的正极则接辅助阳极，如图电源的正极则接辅助阳极，如图-所示。通常所示。通常对长输管线、穿越铁路的城市燃气管道采用此法对长输管线、穿越铁路的城市燃气管道采用此法保护。保护。2022-8-112022-8-11 23:3423:342727/46/46 在钻掘工具及辅助工具送达工作区域时，在钻掘工具及辅助工具送达工作区域时，所有施工规划及准备
27、工作应先完成，包括准备所有施工规划及准备工作应先完成，包括准备3 3 和和3 3 日的干净水源（无污日的干净水源（无污染、无盐分），此为最基本的要求。混合皂土染、无盐分），此为最基本的要求。混合皂土（钻掘液）的水量需求会因预埋管尺寸及地质（钻掘液）的水量需求会因预埋管尺寸及地质情况的不同而不同。工作区域如果无天然或既情况的不同而不同。工作区域如果无天然或既有的坚固地基，则必须放置钢板，或利用坚硬有的坚固地基，则必须放置钢板，或利用坚硬的碎石铺地，或用围篱围一小块坚固的地表供的碎石铺地，或用围篱围一小块坚固的地表供机具安置使用。机具安置使用。2022-8-112022-8-11 23:3423:
28、342828/46/46 在进入端（机具端）需最少在进入端（机具端）需最少 2 2的工作的工作范围，此一工作范围并不一定是正方形，但必须有范围，此一工作范围并不一定是正方形，但必须有一边最少是宽，入钻区域工作平台布置如图一边最少是宽，入钻区域工作平台布置如图-所示。所示。二、出钻区域二、出钻区域 出钻区（管件端）在钻掘出口点需一块接近出钻区（管件端）在钻掘出口点需一块接近的工作区域，并在出口点挖掘一个泥的工作区域，并在出口点挖掘一个泥浆（钻掘液加泥沙）池及预留固定预埋管线的滚轮浆（钻掘液加泥沙）池及预留固定预埋管线的滚轮所需的空间。出钻区域工作平台布置如图所需的空间。出钻区域工作平台布置如图-
29、所所示。示。2022-8-112022-8-11 23:3423:342929/46/46 2022-8-112022-8-11 23:3423:343030/46/462022-8-112022-8-11 23:3423:343131/46/46n 三、挖坑三、挖坑n 在完成所有施工位置勘测后，即可确定在完成所有施工位置勘测后，即可确定钻掘进入点并挖掘进入坑，并将挖出的土钻掘进入点并挖掘进入坑，并将挖出的土方堆放在施工范围外。此外，泥浆池也应方堆放在施工范围外。此外，泥浆池也应在机具端施工区域内先行挖妥。一般泥浆在机具端施工区域内先行挖妥。一般泥浆池的大小约为池的大小约为。在出钻区域的。在出
30、钻区域的出口坑及泥浆池，可在钻头到达出口时挖出口坑及泥浆池，可在钻头到达出口时挖掘。掘。2022-8-112022-8-11 23:3423:343232/46/46 四、路线引导四、路线引导 较早的钻掘线路追踪设备是校准器。校准器较早的钻掘线路追踪设备是校准器。校准器是由没有磁性的不锈钢外壳及内装地下洞穴位置是由没有磁性的不锈钢外壳及内装地下洞穴位置追踪系统所组成。新型的导引系统则利用追踪系统所组成。新型的导引系统则利用“磁性磁性导引系统导引系统”监控钻头的位置，钻头的水平及竖直监控钻头的位置，钻头的水平及竖直方位会通过位于钻杆内的电缆线直接传给钻掘机方位会通过位于钻杆内的电缆线直接传给钻掘
31、机控制室。这些信息通过导引系统的计算机显示出控制室。这些信息通过导引系统的计算机显示出来，这些信息在钻孔过程会一直回馈，以便随时来，这些信息在钻孔过程会一直回馈，以便随时修正钻头位置，使钻头能依既定路线钻出最正确修正钻头位置，使钻头能依既定路线钻出最正确的孔。的孔。2022-8-112022-8-11 23:3423:343333/46/46 连接连接“磁性导引系统磁性导引系统”及及“导引系统计算机导引系统计算机”的包覆电缆线卷放在一个防热的套筒内，并的包覆电缆线卷放在一个防热的套筒内，并依钻掘长度的增加而增加。在施工过程中，每增加依钻掘长度的增加而增加。在施工过程中，每增加每一段钻杆时，会先
32、切断电缆，待钻杆安装好后即每一段钻杆时，会先切断电缆，待钻杆安装好后即重新连上。重新连上。“磁性导引系统磁性导引系统”的信息是由随时提供直流电的信息是由随时提供直流电流的通信线所传递，经由流的通信线所传递，经由“磁性导引系统磁性导引系统”传回的传回的信息可完全排除原有埋设电缆管线或其他构筑物产信息可完全排除原有埋设电缆管线或其他构筑物产生的干扰信号。生的干扰信号。2022-8-112022-8-11 23:3423:343434/46/46 五、出口五、出口 当钻头钻出出口点时，可取下钻头，并在钻杆上换装扩孔当钻头钻出出口点时，可取下钻头，并在钻杆上换装扩孔器。器。六、扩孔六、扩孔 为成功的埋
33、设管线，在钻孔后必须扩孔。将扩孔器装在钻为成功的埋设管线，在钻孔后必须扩孔。将扩孔器装在钻杆的头部，扩孔器由钻掘机组以旋转方式沿已形成的钻孔回拉。杆的头部，扩孔器由钻掘机组以旋转方式沿已形成的钻孔回拉。回拉时钻掘液泵也会通过钻杆提供钻掘液给扩孔器，扩孔器会回拉时钻掘液泵也会通过钻杆提供钻掘液给扩孔器，扩孔器会使用本身的喷嘴喷出钻掘液，这些钻掘液不但有润滑及暂时支使用本身的喷嘴喷出钻掘液，这些钻掘液不但有润滑及暂时支撑已扩大孔径的效果，而且会与扩孔过程中所刮下土坯混合，撑已扩大孔径的效果，而且会与扩孔过程中所刮下土坯混合，一起流出到两端的泥浆坑。一起流出到两端的泥浆坑。2022-8-112022
34、-8-11 23:3423:343535/46/46 这些泥浆在坯出口点会被集中到泥这些泥浆在坯出口点会被集中到泥浆池，在钻掘机组端（入口点）则会马上浆池，在钻掘机组端（入口点）则会马上被分离再回收利用。为确保钻孔中随时有被分离再回收利用。为确保钻孔中随时有钻杆，当在钻掘机组端取下一支钻杆时，钻杆，当在钻掘机组端取下一支钻杆时，会在扩孔器后面（出口点）增加一支钻杆。会在扩孔器后面（出口点）增加一支钻杆。扩孔过程如图扩孔过程如图-所示。所示。2022-8-112022-8-11 23:3423:343636/46/46 2022-8-112022-8-11 23:3423:343737/46/4
35、6 七、扩孔器七、扩孔器 扩孔器的形状是一个在切割面焊有切割牙的圆筒，圆扩孔器的形状是一个在切割面焊有切割牙的圆筒，圆筒上装有钻掘液喷嘴。扩孔器可依地质状况及孔径大小而筒上装有钻掘液喷嘴。扩孔器可依地质状况及孔径大小而调整，当扩孔器抵达进入坑时就会从钻杆上拆除。假如扩调整，当扩孔器抵达进入坑时就会从钻杆上拆除。假如扩孔一次无法达到预定管径需求时，则可依上述扩孔程序重孔一次无法达到预定管径需求时，则可依上述扩孔程序重复进行扩孔。一般而言，扩孔的孔径须比预埋管的外径大复进行扩孔。一般而言，扩孔的孔径须比预埋管的外径大，这样可以避免预埋管道在回拉过程中的阻碍。钻，这样可以避免预埋管道在回拉过程中的阻
36、碍。钻掘液（泥浆）会提供地下孔可以抵抗地面压力的液压，替掘液（泥浆）会提供地下孔可以抵抗地面压力的液压，替代地下孔在扩孔过程中所减少的土壤，当管道回拉并敷设代地下孔在扩孔过程中所减少的土壤，当管道回拉并敷设完成后，则管道就会取代由进入坑或出口坑溢出的泥浆。完成后，则管道就会取代由进入坑或出口坑溢出的泥浆。2022-8-112022-8-11 23:3423:343838/46/46 八、管道回拉八、管道回拉 在扩孔器的尾端固定一只旋轴，并将管道连接在旋轴在扩孔器的尾端固定一只旋轴，并将管道连接在旋轴上，出钻区域的工程师在重复检查完每个环节是稳固的及上，出钻区域的工程师在重复检查完每个环节是稳固
37、的及活动部分可以旋转之后，即可用对讲机通知入钻区域的工活动部分可以旋转之后，即可用对讲机通知入钻区域的工程师。在钻掘机的回拉下，扩孔器进入出口坑，在此之前程师。在钻掘机的回拉下，扩孔器进入出口坑，在此之前先使用泵将钻掘液经由钻杆送进扩孔器，以确定扩孔器中先使用泵将钻掘液经由钻杆送进扩孔器，以确定扩孔器中所有的喷嘴都是畅通的，通过连续的泵压力、旋转及控制所有的喷嘴都是畅通的，通过连续的泵压力、旋转及控制即可进行管道的安装，当所有的钻杆在钻掘机端一一被取即可进行管道的安装，当所有的钻杆在钻掘机端一一被取下后，管道就完成了安装。当扩孔器穿过地下孔抵达钻掘下后，管道就完成了安装。当扩孔器穿过地下孔抵达
38、钻掘机侧时，操作人员必须谨慎控制旋转扭力及钻掘机的拉力机侧时，操作人员必须谨慎控制旋转扭力及钻掘机的拉力负载，以确保管道不被拉坏。负载，以确保管道不被拉坏。2022-8-112022-8-11 23:3423:343939/46/46n 九、钻掘信息九、钻掘信息n 有关长度、深度及穿越位置等定向钻穿有关长度、深度及穿越位置等定向钻穿越的信息，会在钻孔时一一记录。这些精越的信息，会在钻孔时一一记录。这些精确的记录会被绘制在钻掘竣工图中，以确确的记录会被绘制在钻掘竣工图中，以确保日后此管道不会被挖掘。当管道安装完保日后此管道不会被挖掘。当管道安装完成后，施工场地应一一复原。成后，施工场地应一一复原
39、。2022-8-112022-8-11 23:3423:344040/46/46n 十、环境保护十、环境保护n 定向钻工程中应注意的环保问题是钻掘液定向钻工程中应注意的环保问题是钻掘液（泥浆）及被挖出的土壤的回收问题。为了减（泥浆）及被挖出的土壤的回收问题。为了减少废弃物产出量，泥浆应被回收及再利用，而少废弃物产出量，泥浆应被回收及再利用，而泥浆回收的费用则取决于工地现状，尤其是入泥浆回收的费用则取决于工地现状，尤其是入钻区域和出钻区域的交通状况。此外，泥浆是钻区域和出钻区域的交通状况。此外，泥浆是天然物质并非人工化学合成物，不会像一般的天然物质并非人工化学合成物，不会像一般的有毒化学合成物那
40、样污染环境。有毒化学合成物那样污染环境。2022-8-112022-8-11 23:3423:344141/46/46 十一、定向钻施工流程图十一、定向钻施工流程图 定向钻施工流程如图定向钻施工流程如图-所示。所示。2022-8-112022-8-11 23:3423:344242/46/46第五节第五节 定向钻施工中常见问题及解决措施定向钻施工中常见问题及解决措施n 一、钻机锚固一、钻机锚固n 若钻机在施工中如锚固不好，则钻进、回拖管若钻机在施工中如锚固不好，则钻进、回拖管道过程中易造成事故发生。在钻机锚固前，要对锚道过程中易造成事故发生。在钻机锚固前，要对锚固区域用仪器进行地下管线检测，防
41、止将锚杆打在固区域用仪器进行地下管线检测，防止将锚杆打在地下管线上。合理的钻机锚固是顺利完成钻进及回地下管线上。合理的钻机锚固是顺利完成钻进及回拖管道的前提，钻机锚固的好坏反映了钻机在钻进拖管道的前提，钻机锚固的好坏反映了钻机在钻进和回拖时利用本身功率的能力。和回拖时利用本身功率的能力。2022-8-112022-8-11 23:3423:344343/46/46n 一台钻机功率再大，若锚固不好，钻一台钻机功率再大，若锚固不好，钻机在定向钻孔中会发生移动，这样会导致机在定向钻孔中会发生移动，这样会导致钻机无法按预定的计划完成钻进工作。在钻机无法按预定的计划完成钻进工作。在回拖管道时，如锚固不好
42、，钻机移动，需回拖管道时，如锚固不好，钻机移动，需进一步锚固，从而导致了管道有可能拖不进一步锚固，从而导致了管道有可能拖不动，进一步加大钻机拖力，又会出现钻机动，进一步加大钻机拖力，又会出现钻机的全部功率作用在钻机机身上，容易发生的全部功率作用在钻机机身上，容易发生设备破坏和人员伤亡的事故。设备破坏和人员伤亡的事故。2022-8-112022-8-11 23:3423:344444/46/46n 二、信号接收二、信号接收n 在钻进过程中，由于地磁信号强（建在钻进过程中，由于地磁信号强（建筑物、高架桥屏蔽作用）定向信号可能无筑物、高架桥屏蔽作用）定向信号可能无法接收。在这种情况下，依靠在信号消失
43、法接收。在这种情况下，依靠在信号消失之前的钻进斜率与点数在钻杆上做标记进之前的钻进斜率与点数在钻杆上做标记进行自钻。在自钻过程中，由钻杆上的标记行自钻。在自钻过程中，由钻杆上的标记及计算钻杆的斜率来完成钻进，直至信号及计算钻杆的斜率来完成钻进，直至信号出现为止。出现为止。2022-8-112022-8-11 23:3423:344545/46/46n 三、钻具选择三、钻具选择n 钻头是定向的重要工具之一。对于不同的土层，钻头是定向的重要工具之一。对于不同的土层，要采用不同的钻头，这样才能防止卡钻的出现。要采用不同的钻头，这样才能防止卡钻的出现。n a.对淤泥质黏土，必须采用较大的钻头。对淤泥质
44、黏土，必须采用较大的钻头。n b.对干燥的软黏土，采用中等尺寸的钻头效果最佳。对干燥的软黏土，采用中等尺寸的钻头效果最佳。n c.对硬土层，较小的钻头效果最佳，但要保证钻头至对硬土层，较小的钻头效果最佳，但要保证钻头至少比探头外筒的直径大少比探头外筒的直径大.。nd.对钙质层，最小钻头效果最佳，可采用特殊的切削对钙质层，最小钻头效果最佳，可采用特殊的切削破碎技术来实现钻孔方向改变。破碎技术来实现钻孔方向改变。n 2022-8-112022-8-11 23:3423:344646/46/46ne.对糖粒砂层，中等尺寸的钻头效果最佳，镶焊硬质对糖粒砂层，中等尺寸的钻头效果最佳，镶焊硬质合金的钻头耐
45、磨性最好。对这种土层，钻机的锚固和合金的钻头耐磨性最好。对这种土层，钻机的锚固和钻掘液是关键。钻掘液是关键。nf.对砂质淤泥，中、大尺寸的钻头效果较好。有时需对砂质淤泥，中、大尺寸的钻头效果较好。有时需要高扭矩来驱动钻头。要高扭矩来驱动钻头。ng.对致密砂层，小尺寸锥形钻头效果最好，但钻头的对致密砂层，小尺寸锥形钻头效果最好，但钻头的尺寸必须大于探头外筒的尺寸。在这种土层中，向前尺寸必须大于探头外筒的尺寸。在这种土层中，向前推进较难，可较快实现控向，钻机锚固是钻孔成功的推进较难，可较快实现控向，钻机锚固是钻孔成功的关键。关键。2022-8-112022-8-11 23:3423:344747/
46、46/46nh.对砾石层，镶焊小尺寸硬质合金的钻头效果对砾石层，镶焊小尺寸硬质合金的钻头效果最佳。对大颗粒卵石层，钻进难度大，不过若最佳。对大颗粒卵石层，钻进难度大，不过若卵石层间有足够的胶结性土，则钻进还是可行卵石层间有足够的胶结性土，则钻进还是可行的。在砾石层中，回扩难度最大。的。在砾石层中，回扩难度最大。nj.对固结的岩层，使用孔内动力钻具钻进效果对固结的岩层，使用孔内动力钻具钻进效果最佳。采用标准钻头钻到硬质岩时，钻机可在最佳。采用标准钻头钻到硬质岩时，钻机可在无明显方向改变的条件下完成施工。无明显方向改变的条件下完成施工。2022-8-112022-8-11 23:3423:3448
47、48/46/46n 四、穿越地层与设计轨迹的合理选择四、穿越地层与设计轨迹的合理选择n 水平定向钻可承担管线的穿越任务。钻机性水平定向钻可承担管线的穿越任务。钻机性能的很好发挥，依赖于理想的地质条件和合理能的很好发挥，依赖于理想的地质条件和合理的轨迹设计。如果地质条件理想，穿越曲线位的轨迹设计。如果地质条件理想，穿越曲线位于黏土、亚黏土或淤泥等造浆能力好的地层，于黏土、亚黏土或淤泥等造浆能力好的地层，则可以适当加长穿越长度，而实际拖力不会增则可以适当加长穿越长度，而实际拖力不会增加太多；如果穿越曲线所在地层不理想（如流加太多；如果穿越曲线所在地层不理想（如流沙、钙质层、砾石层）时，则会降低穿越
48、成功沙、钙质层、砾石层）时，则会降低穿越成功的可能性，甚至导向孔都可能无法完成。的可能性，甚至导向孔都可能无法完成。2022-8-112022-8-11 23:3423:344949/46/46n 1、地质要求、地质要求n 对穿越工程，必须先勘测穿越处的地质情况，对不同地对穿越工程，必须先勘测穿越处的地质情况，对不同地层（如淤泥、黏土、亚黏土、粉土层、砂土、流沙）的穿越层（如淤泥、黏土、亚黏土、粉土层、砂土、流沙）的穿越，需选用不同的钻具及其配套设施。穿越段地质必须详勘。，需选用不同的钻具及其配套设施。穿越段地质必须详勘。按要求在穿越中心线两边各，沿中心线方向间隔打勘按要求在穿越中心线两边各，
49、沿中心线方向间隔打勘测孔，对复杂的地段，勘测孔的间距还要加密。穿越段的地测孔，对复杂的地段，勘测孔的间距还要加密。穿越段的地质勘探应提供取样深度、含水量、颗粒质勘探应提供取样深度、含水量、颗粒度、液性指数度、液性指数、塑性、塑性指数、液限、塑限、标贯击数、承载力等参数，并提供水质指数、液限、塑限、标贯击数、承载力等参数，并提供水质报告，提供穿越报告，提供穿越地段地形图地段地形图和地质钻探剖面图，供设计及施和地质钻探剖面图，供设计及施工单位参考。工单位参考。2022-8-112022-8-11 23:3423:345050/46/46n 、设计轨迹、设计轨迹n 根据敷管设计标高、地层及地形情况，
50、根据钻根据敷管设计标高、地层及地形情况，根据钻杆曲率半径、工作场地、地下管线分布情况和图纸杆曲率半径、工作场地、地下管线分布情况和图纸来设计管道埋深、管道的弯曲曲率半径，确定定向来设计管道埋深、管道的弯曲曲率半径，确定定向钻钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角，钻钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角，计算出测定空间坐标，设计出定向钻进的轨迹图及计算出测定空间坐标，设计出定向钻进的轨迹图及对特殊地层、地段制订特殊施工方案，并且要把常对特殊地层、地段制订特殊施工方案，并且要把常用和应急材料准备一定的库存量，以防特殊情况的用和应急材料准备一定的库存量，以防特殊情况的发生，保证施工各阶段的顺利
