定向钻穿越施工方案

5.4定向穿越施工 5.4.1场地准备 5.4.1.1一般要求

道路和场地对定向钻穿越至关重要，甚至可以说道路和场地准备工作，占水网地区穿越工程量的一半。在设备进场前要花很大的精力做好道路和场地修建工作。

a）首先必须选好设备进场道路，路面宽度不小于3.5m的等级公路；桥洞的限高不能低于4.5m，道路转弯半径不小于10m。

库房库房1.4m 发电机控向室钻机司钻室地锚入土点30m钻杆吊机膨润土发电机40m泥浆泵及泥浆马达

b）现有道路宽度、转弯半径不足处，应就地加宽；桥涵限重及限高不够的地方，要绕行或采取其他相应的措施。

c）无路可行需自行修路之处，要尽量选择旱田或高地；如只有水田时则应先排水，再凉晒，后修路。处于雨季不宜凉晒及工期较紧时，可直接铺设专用路板。

d）钻机侧的场地选择余地很小，因为要对准入土点，一般占地为3500m2，其中设备停放场地大于30×40m，当地的地耐力不足10t之处，均需铺设路板，一般布置见上图。

e）泥浆池开挖，出入土点各一个，位置在设备停放场地之外，并根据地形选择，均选在出入土点的前方附近。

f)泥浆池的大小根据泥浆用量选定，应比预计泥浆用量大20%。

Qs=0.785（d12+d22+……+dn2）Lk=2438.42 m3 其中：Qs—泥浆用水量（m3）

d1……dn—每次扩孔的直径（m），本穿越采用从36英寸到44英寸2次扩孔，40英寸一次清孔。

L—穿越实际长度595.88 m k—泥浆损耗系数，这时取2.5。

实际应比预计泥浆用量大20%，所以泥浆池出、入土点各一个，其大小为750 m3和660 m3。

5.4.1.2钻机侧道路及场地的选择

a）道路

入土侧在农田上修建道路（铺路板）20m到达设备场地。 b）场地

铺设路板，围出场地边界，其中设备用地40×80m，其中泥浆池用地15×22×2 m3。

5.4.1.3管道安装侧道路及场地选择

a）道路

出土侧位于大闸江西侧，曹娥江大堤南侧农田内，但出土点位置与现状道路尚有一定的距离（约300米），因此需修建一定的施工便道，以便管车可到达出土点侧附近，然后利用挖机运送。

施工作业带宽18m可一次征用，实际使用先用10m宽。其中施工便道宽5m，管道放在便道外1m处，管道外距穿越中心线1m远。场地

出土点的场地就在农田内，场地平坦，平整方便，从出土点后退25m处开始，至出土点前30m止，设备用地40×65m。其中泥浆池用地15×25×2 m3 。 5.10设备准备 5.4.2.1地锚箱与埋设

根据现场测量计算沿穿越反方向距离入土点8m处挖长5m ，宽3m，深1.3m的地锚坑。

将地锚箱放入坑内，紧靠地锚箱各侧每隔均匀打入U型钢板桩，钢板桩打入

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深度6m。用18＃槽钢将钢板桩与地锚箱连接成一体。

夯填地锚箱周围的泥土，使地锚坑与地面相平。 待钻机定位准确后，将钻机的座架与地锚箱焊接牢固； 5.4.2.2安装钻机

将拖车放置到预定的位置。取掉拖车上的尾部夹具。把支撑板放在支撑圆柱下，使用手柄顶起油缸。

在拖车操作板上插入旁路插头。从控制盘启动柴油发动机。分开卡车并移走。在本次操作过程中拖车要总是保持水平。

将驱动小车移到到滑架上的锁定位置。用导轨锁定装置上的销锁住驱动小车。取掉拖车后的运输安全螺栓。然后打开导轨锁定装置。移动钻架之前，确保已经取下运输安全螺栓，注意在移动钻架前要完全松开导轨锁定装置。 调节到预定的角度，然后通过驱动小车实现钻架移动使钻架头部抵达地面。 调节钻架倾斜油缸以达到钻架预定的入土角度，将钻探设备安装到地锚上。

用夹紧设施固定钻探设备。

连接上钻杆钻头，查看入土点位置正确性，如有偏差则调整机座板上的螺栓位置。

启动钻机进行空转，钻机调试运转正常，控向调校可靠，对地下仪表单元进行调校，现场测定的各项参数要整理归档存入计算机。 5.4.2.3安装泥浆系统

泥浆系统主要由两个泥浆回收循环罐、两个储浆配浆罐、砂泵、泥浆除砂清洁器、泥浆除泥器、卧式沉降离心机、搅拌器、射流剪切混浆等装置组成，为钻机设备提供满足要求的的泥浆。

将泥浆设备按工作流程顺序和使用说明书依次摆放在一起，并连接其管路、走道、护栏、电源线等。

进行设备全面检查，防止运输过程出现问题，检查完成后逐个进行单机试运。 用清水进行泥浆系统整体联合试运，并调试直至正常。 5.4.3泥浆配置

5.4.3.1搭设膨润土棚，面积不小于60m2。棚内地面要高出地面0.2m，并铺上防湿塑料布。

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5.4.3.2膨润土用量主要根据管径、穿越长度及地质情况确定，并准备足够的余量，泥浆人员要对上述情况详细了解和分析。

5.4.3.3先对配置泥浆的用水进行选择和化验，水要用没有污染的清水，并化验水的PH值，以便确定添加剂的用量。

5.4.3.4对于粘土、粉质粘土的普通土质，在水质合格的情况下可直接用一级钻井膨润土，只有当地质及水质不良时才使用添加剂。

5.4.3.5合格的泥浆标准：比重为1.02～1.05g/cm3，含沙量≤1%，PH值=7～10；失水率<15%。

5.4.3.6泥浆的主要指标粘度在30～80S之间，不同地质的泥浆粘度见下表：

泥浆粘度表

土质 粘度（S） 粘土、粉质粘土 30～40 粘着性粘土 35～40 非粘着性粘土 45～60 粗沙 60～80 砂砾 ≥80 5.4.3.7泥浆在循环过程中因失水，携带钻销而变稠，应随时过滤及稀释。为此要对泥浆粘度用马式漏斗进行测定，一般每两小时测一次。遇有复杂地质和异常情况，要随时测定。地质较好的位置，也可减少测定次数，测定结果要做好记录。 5.4.3.8泥浆的处理：首先通过泥浆回收循环系统装置对泥浆池中的泥浆进行回收处理，达到节约泥浆材料，降低穿越成本，减少废弃泥浆量的目的。穿越完成后，对无法回收的泥浆用重力沉降法进行沉淀，晒干水份并将剩余的泥浆用泥浆罐车运到郊区进行深埋处理。 5.4.4钻导向孔

5.4.4.1本穿越工程设计入土角9°48’，出土角5°7’48”；穿越管道在河床下最低点埋设在-15m左右的高程线上，穿越曲率半径为960M。

5.4.4.2为了控制穿越长度、深度、出土点及其角度，在入土点、水平点、出土点要设置直线段，以便控向调整。入土点的直线段至少需30米长度。 5.4.4.3为了控向方便，在造斜段一般每根钻杆调整一次角度，每次调整的角度不得超过1.5°，以便回拖顺利。

5.4.4.4当导向孔从入土角达到水平夹角为0°时的计算穿越深度与设计埋深不同时（误差超过0.5m），则应调整入土直线段的长度，不行再调整控向角度。

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5.4.4.5同理，当导向孔从水平达到出土角计算出的出土点达不到穿越长度位置时，调整水平直线段长度；达到出土角而没有符合地面标高时，调整每组钻杆长度及其控向角度。

5.4.4.6正式钻导向孔前，应再钻杆前面安装无磁钻挺、无磁方向短节、无磁造斜短节、定位调整片等，然后接好钻头。 5.4.4.7本穿越属于土质地层，选用刮刀钻头

5.4.4.8开钻前应先清晰泥浆过滤网，用泥浆冲洗钻头及其水嘴，并冲击出入土点，使钻头顺利钻进；

5.4.4.9钻进过程中应随时测定钻进方向，根据微机显示的数据分析钻头所在的位置等；

5.4.4.10钻进方向由造斜短节控制，调校钻头的任何方向，导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不大于2m；出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的1%，且不大于3m；横向偏差应不大于穿越长度的2%，且不大于2m。

5.4.4.11控向人员要随时监视和控制穿越曲线情况，控向过程要逐渐实现，不要急剧调向，以防卡钻。应根据管径大小所决定的穿越曲线确定每根钻杆的折角。每四根钻杆的累计折角误差不得超过0.5度，且误差要随时调整过来。 5.4.4.12钻进过程中，如遇泥浆压力异常，应及时分析钻进情况，必要时抽回几根钻杆，调整钻进方向；

5.4.4.13钻进过程中，电工要随时检查和摆顺控向线，不得有绞结和破损处，以防止信号传递失灵。

5.4.4.14钻完导向孔，应用管钳拆除无磁钻铤，尽量缩短钻具在导向孔内停滞的时间。 5.4.5扩孔

5.4.5.1钻孔完成后卸下钻头及钻挺等，根据管径及地质情况确定扩孔的次数及扩孔器类型；中硬土采用飞刀式扩孔器，主要是切割成孔；软土采用桶式扩孔器，主要是对挤压成孔；亦有两种同时使用，飞刀式在前，通式在后，相差一个口径级别。

5.4.5.2扩孔由小到大逐级进行，目前扩孔器口径规格有两种系列：美制的从12寸开始，规格顺次加大6寸；德制的从12寸开始，规格顺次加大4寸；飞刀

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式扩孔器比桶式扩孔器大一规格，两国分别大6寸或4寸，我公司采用的是德制系列；

5.4.5.3扩孔直径根据穿越管径确定，一般比管径大6～8寸（150～200mm），本工艺选用的扩孔器及适用的穿越管径见下表：

预扩孔次数 适用穿越管径 采用扩孔器（寸） 寸 mm 飞刀式 桶式 1 12 305 20 16 2 16 406 24 20 3 20 508 28 24 4 24 610 32 28 5 28 711 36 32 6 32 813 40 36 7 36 914 44 40 5.4.5.4如果需要穿越更大或更小的管径时，按着每级相差4寸，再进行配制扩孔器。

5.4.5.5对于地质情况较好时，有经验的司钻可以减少近半的扩孔次数，即跳级使用扩孔器。这样，不仅节省扩孔时间，还可以节省泥浆用量。

5.4.5.6扩孔方法有正扩孔和反扩孔两种：正扩孔是在钻机侧安装扩孔器，利用钻机推力扩孔，反扩孔则在出土侧安装扩孔器，利用钻机拉力扩孔。

5.4.5.7正扩孔为防止钻机推弯钻杆和减小推力，通常用推土机或挖掘机等在出土侧牵引钻杆，协助钻机工作。

5.4.5.8通常采用反扩孔方法，即钻完导向孔后，在出土侧装上扩孔器，利用钻机拉力拖动扩孔器在已钻好的导向孔中行走和扩孔。每拖回一根钻杆，在出土侧再接上一根钻杆，保持孔洞内被钻杆贯通，以便扩孔始终沿导向孔进行。 5.4.5.9无论是正扩还是反扩，在出土侧都要装卸和倒运钻杆，一般是在扩孔200m后开始倒运钻杆。

5.4.5.10卸钻杆开始松开和装钻杆最后紧固，可采用管钳或链钳，其余则可在钻杆上缠绕麻绳，利用挖掘机提升麻绳达到松紧螺纹的目的。

5.4.5.11对于有经验的司钻，可采用反扩和正扩交替进行，可减少倒运钻杆及加快扩孔速度。

5.4.5.12每次扩孔前，都要用启动泥浆泵冲洗喷咀，检查有无堵塞情况，要确保喷咀畅通，否则要用粗铁丝疏通。 5.4.6回拖

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5.4.6.1最大回拖力计算

①管子自重：G=0.02466（φ-δ）δL/1000=166.68t 其中：φ——管子外径（mm） δ——管子壁厚（mm） L——管子长度（m） ②管子浮力：P=0.785φ2Lγ-G=173.42t 其中：φ——管子外径（m） L——管子长度（m） γ——泥浆比重为1.1 G——管子自重（t）

③管子回拖粘着力：N1=3.14φLη=38.03t 其中：φ——管子外径（m） L——管子长度（m）

η——粘度系数，聚乙烯钢管与泥浆为0.02～0.03 ④管子回拖摩擦力：N2=Pβ=34.68t 其中：P——管子浮力（t）

β——摩擦系数，聚乙烯钢管与泥浆孔壁间为0.2 ⑤管子回拖同时扩孔的阻力：N3=6.28d（t） ⑥总最大回拖力：N=N1+N2=72.71 t 5.4.6.2

回拖前应将管道安装完成，经过试压等验收合格；并在出土点延长线上挖出发送沟。

在预扩孔的同时，沿官线挖一条发送沟，然后把成品管线放入沟内，在沟里注满水，让成品管完全漂浮起来，以减少管线对地的摩擦力，保护防腐层。

如果地势不平的情况下，管线放入沟内后，要在够沟内适当的做挡水墙，一保证沟内有水，让管子浮起来。

沟内不得有石头、砖块等硬质物以免刮坏防腐层。 成型的发送沟如图：

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1.5m 2m 熟土 4—6m 生土 2—3m ≥1m 5.4.6.3牵引沟在出土点附近的几十米处，应按纵向弹性曲线挖沟，圆滑过渡到出土点位置。 具体如下图： H 牵引沟 发送沟 L 50—60m 20—30m L为20—30m； H=tanα*L+D； α为实际出土角； D为穿越管道的直径；

5.4.6.4全部扩孔工序完成后进行回拖。回拖前将用比扩孔小一规格的桶式扩孔器连再钻杆上，扩孔器后连接旋转接头和拖环，最后连接在拖管头及管道上。 5.4.6.5为了回拖顺利，应将设计穿越管道与直线管道的交点变短、变深，以便形成较长和较缓的回拖曲线与牵引沟连通。

5.4.6.6回拖前要将牵引沟内注上足够的水，使管道成漂浮状态，减少阻力，以便回拖。 5.4.7竣工收尾

5.4.7.1收尾工作内容包括：完善穿越两侧管道，拆卸钻机设备、暂设，设备及材料退场，泥浆处理，恢复地貌及整理竣工资料等。

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5.4.7.2设备拆卸工作量以最少且运输方便为原则，在拆卸前要对泥浆设备和钻具进行很好的清洗，钻杆及钻挺的螺纹要上油并装上保护套。

5.4.7.3用过的泥浆要进行分离，固体物集中深埋（一般需2m以下），泥浆水排 放到非养殖的河沟中。

5.4.7.4用气割切割地锚焊接焊缝，用吊机或挖掘机边晃动边拔出钢桩和钢板。 5.4.7.5平整场地，恢复田埂及沟渠，拆除新修的道路，恢复原来的地貌。

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