管线定向钻穿越施工方案

管线定向钻穿越施工方案

穿越施工时首先进行施工现场进场道路及施工场地的修筑与平整，随后在出土端的施工作业带内进行穿越管道的预制施工（完成组对、焊接、防腐、试压等）。与此同时，将钻机、发电机组、控向系统、泥浆系统进行就位安装、连接调试。设备安装调试完成后立即进行穿越施工。穿越施工前将顶管机与钻机连接开始出、入土端钢套管的安装，套管安装采用“顶管法”。然后经过6次的预扩孔和1次清孔后，钻机牵引已预制完成的管线开始回拖，直至管线钻出地面后，穿越施工完工。

1.1 定向钻穿越工艺流程

1.2 设计交桩及测量放线

施工前，与设计就穿越点位置进行仔细交桩，明确管道的穿越位置及控制坐标。根据设计交桩与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。

1.3 进场道路及施工场地平整

从施工场地附近的塘边路修筑一条130m ×8m 的施工便道进入土点施工现场，穿越入土点及修筑的施工便道均在鱼塘里，塘内需要进行抽水晾晒，并铺垫平整出50m ×60m 的施工场地，在场地附近需要开挖一个40m ×40m ×2m 的泥浆池。在出土点平整50m ×60m 的施工场地，并开挖30m ×30m ×2m 的泥浆池。

1.4 地锚基础的安装

1.4.1入土点采用组合基础的方式来承受管道回拖时的最大回拖力，前面的基础采用钢管桩基础，共需打入16根钢管桩，使用槽钢及钢板，把钢管桩连接起来，使其成为一个整体。在钢管桩基础拉后面埋设8个地锚。示意图如下：

钢管桩钻机基础

地

锚 坑

穿越方向

15m

基础连接部部

1.4.2出土点采用组合基础的方式来锚固钻机，基础采用沉箱做基础，沿沉箱周围共需打入4根钢管桩，并把钢管桩和沉箱焊接连接起来，使其成为一个整体。在沉箱基础拉前、后面各埋设2个地锚。

1.5钻机选取及配套设备就位

1.5.1施工过程中先将钻机就位在穿越中心线位置上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。

1.5.2根据规范要求，钻机吨位选取应符合以下公式：

F拉＝πLf［-（D-δ）δ×7.85］+kπDL

式中：F拉－计算的拉力，t

L—穿越管段的长度，m

f—摩擦系数，0.1-0.3

D—管子的直径，m

δ—管子的壁厚，m

k—粘滞系数，0.01—0.03

式中：L=**************m、f取最大值0.2，D=0.813，δ=0.0159，k取最大值0.02。

经计算得F拉＝*******246.4吨，按规范要求，钻机宜选取F拉的1.5-3倍，因此**—9800型钻机（回拖力=980T）满足规范要求。

1.6测量控向参数

按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在穿越轴线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录，取其有效值的平均值作为控向Line Az值。

1.7钻机试钻

开钻前做好钻机、发电机、泥浆系统、控向系统等的安装和调试，等一切准备就绪，确定系统联合运转正常。然后开始试钻，钻杆和钻头吹扫完毕并连接后，严格按照设计图

纸和施工验收规范进行试钻，当钻进20米左右时（即钻头入土约两根钻杆）检查各部位运行情况，如各种参数正常即可正常钻进。

1.8 管道穿越施工方案

本次主管道定向钻施工大体可分为3个阶段：钻导向孔；扩孔、洗孔、测孔、修孔；管道回拖。工艺流程见下图：

1.8.1 导向施工

1.8.1.1 钻导向孔

钻导向孔时，由于大钻杆刚度大，适合长距离穿越，但是他的钻进阻力和旋转扭矩也较大，小钻杆虽然刚度小，钻进距离短，但在满足刚度要求的前提下钻进阻力小，旋转扭矩也小，所以采用不同规格的钻杆组合钻进。

入土侧钻具的连接方式如下：

**钻机→ 65/ 8"钻杆→泥浆分流器→5 .5"钻杆→ 无磁钻铤→无磁短节→ 泥浆马达→牙轮钻头

出土侧钻具的连接方式如下：

**钻机→5 .5"钻杆→泥浆分流器→5 .5"钻杆→ 无磁钻铤→无磁短节→ 泥浆马达→牙轮钻头

泥浆马达选用5LZ172型螺杆钻具，性能参数见下表：

钻具型

号马达流量

范围

马达压

降

额定扭

矩

最大

扭矩

钻

压

功

率

导向孔钻进示意图

(L/min) (MPa) (N.m) (N.m) (

kN)

( kW)

5LZ172

C

94～1894 4.0 5200 7345 100 126 控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到主管穿越。开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，控向与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。

出、入土点导向孔钻至水平段后，停止钻进，准备安装导向孔套管。

1.8.1.2 钻头跟踪测量

。

系统主要原理

DX-I型导向系统探测器安装有三轴微磁强计和三种重力

加速度计，地面计算机通过这些传感器的数据计算出钻头的方位角和倾角，然后根据每一根钻杆的数据累计计算出钻进长度、钻头深度以及左右和上下的偏差。

导向系统是依靠地磁场进行导向的，由于地磁场容易受到地面磁性物质（如河流上通过的船舶、高压线等）的干扰，导致控向出现偏差，针对这一问题的解决方法是采用在地面布设一个强磁场线圈或使用磁靶对钻头进行辅助定位，由于此次穿越对接位置在水面下，不宜铺设强磁场线圈，所以采用GPS钻头跟踪测量仪（磁靶定位结合GPS自动测量）在对接前对钻头进行精确定位（如下图所示），确保对穿精度。

GPS钻头跟踪测量仪最大测量深度60m，可置于水中，深度测量精度0.5m，GPS定位精度<2m。

GPS钻头跟踪测量仪工作原理：

钻头位置

穿越轨迹

出土点入土点

穿越中心线

GPS钻头跟踪

测量仪