非开挖导向钻进轨迹的设计原则与控制方法

非开挖导向钻进轨迹的设计原则与控制方法

郝世龙

摘　要:讨论了轨迹设计与控制的重要性,提出了需要做的准备工作,导向孔的设计埋深、出入土角、弯曲半径的设计原则,控制测量的方法、原则及纠偏的方法,以期减少工程事故,减少施工成本,缩短施工周期,取得更好的经济社会效益。关键词:导向钻进,轨迹,设计,控制

中图分类号:P634.2文献标识码:A

1　概述

近十几年来,非开挖技术在中国得到了迅速发展,早在2001年,刘广志院士在第五届“国际非开挖技术研讨会”上指出:“中国的非开挖技术发展迅猛,成绩斐然,前景广阔”。其中导向钻进施工因其环保,导向精度高,施工周期短,施工成本低,尤其是“无需开膛破肚,即可长驱直入”的巨大优越性,而成为最常用的一种非开挖技术,越来越受到社会的认可和关注。要应用这项技术来解决实际工程问题,钻进轨迹的设计和控制无疑是重中之重。钻进轨迹的设计和控制不恰当,轻则延缓工期,增加成本,重则损坏设备,甚至造成工程完全失败,给业主和施工方带来巨大的经济损失。对于小型项目,非开挖导向钻进轨迹的设计和控制往往根据具体工程凭经验进行即能满足要求,然而随着城市地下管线日趋复杂,尤其是大中型项目,非经验所能完全胜任,这就对导向钻进轨迹设计和控制提出更高要求[1]。

2　做好准备工作

非开挖施工之前必须全面而准确的掌握各种信息,包括:地层信息、地下障碍物信息和其他相关信息。需要查阅当地相关地层资料、水文资料、气象资料,穿越交通线路时应了解车流量等信息。对于重大的项目,还应进行勘察,如圆锥动力触探(CPT)、取芯钻探、标准贯入试验(SPT)、室内实验等[2],以期获得地层分层情况及各地层的力学参数、土的粒径级配曲线、地下水位等信息。对于地下有管道和其他障碍物的,还应查明管道及障碍物数量、埋深、管径(尺寸),建筑物地基埋置情况,甚至材质。

3　导向孔设计

万事开头难,导向孔对后续钻进起导向作用,应予以充分关注。导向孔设计要同时满足三个要求:1)尽量满足使用方要求;

2)避开地下隐埋物;3)满足施工工艺要求。

3.1　导向孔埋深

当地下有障碍物时,导向孔距障碍物应有0.5m～1m的安全距离;当穿越铁路或公路等交通线时,导向孔距离路基面至少4m;当穿越建筑物时,导向孔深度至少为5m;穿越河流时,导向孔尽量设计成水平孔。扩孔直径大,导向孔深度应相应加深[3]。

3.2　出入土角

我国的《水平定向钻进管线铺设工程技术规范》(以下简称《规范》)推荐入土点和入土角一般在8°～20°之间,推荐设计角度为9°～12°。出土角一般控制在4°～26°之间,推荐设计角度4°～8°[4]。欧洲的《基于水平定向钻进技术的非开挖技术规范》推荐入土角、出土角均为6°～15°。实际工作中出入角还要考虑管线的直径和刚性以及钻机本身的设计倾角。

3.3　弯曲半径

我们所说的弯曲半径实际上指的是最小弯曲半径。我国的《规范》和欧洲《基于水平定向钻进技术的非开挖技术规范》推荐的最小弯曲半径计算公式均为:

R min=206×D×S/K。

其中,R min为最小曲率半径,m;D为管道外径,mm;S为安全系数,S=1～2;K为管道屈服极限,N/mm[4]。

实际工作中也可按照经验公式确定:

R min≥1200D。

其中,R min为最小曲率半径,m;D为管道外径,mm[5]。

实际上每种规格钻杆的最小许用弯曲半径都不同[3],当轨迹弯曲半径小于最小许用弯曲半径时,会引起钻杆屈服变形甚至开裂,引起重大工程损失。因此实际钻进中可取R=max{R1,R2},其中,R1为上述经验公式确定的最小弯曲半径;R2为钻杆的最小许用弯曲半径。

4　轨迹控制

只进行轨迹设计而不进行轨迹控制等于没有设计,轨迹控制保证实际钻进轨迹符合设计轨迹。单凭经验使导向精度大大降低,一旦发现实际钻进轨迹与设计轨迹有较大偏差时,再进行纠偏钻进很困难,因为钻头极易滑入老孔,反复纠偏会造成烂孔。因此对钻孔实际轨迹的精确控制也是十分必要的。

1)实际轨迹的测量计算。现在导向钻进大多采用钻孔导向仪来测量,由钻头内部的探头发出信号,由地面接收仪接收信号,测算出钻头的实时位置,从而计算出实际钻进轨迹。实际工作中可采用均角全距法(参阅参考文献[6])计算各孔段的空间几何状态。另外,现在已有成熟的软件来模拟钻进轨迹实现“可视化钻进”。关于测量频率,工作中可以每跟进一根钻杆测量2次～3次,钻导向孔时应加大测量计算次数。2)纠偏。当发现实际钻进轨迹与设计轨迹的偏差大于允许精度时,应及时进行纠偏钻进。纠偏钻进靠的是两种作用:a.斜面钻头的偏压导向作用;b.高压水射流的定向冲蚀作用。钻杆柱不转动,当钻具面向角调整到位后,钻机传到钻头的只有向前的推力,钻头斜面接触的土体被挤密,因而土体会给钻头斜面一个反作用力Q,如图1所示,反作用力的分力Q1使钻头偏斜,此即斜面钻头的偏压导向作用。钻杆柱不动,压水射流仅向一个方向射出而冲蚀土体,同时钻头斜面上受到的反作用力使钻头方向改变,此即高压水射流的定向冲蚀作用。两种作用共同调节使用,即可实现定向钻进[7]。3)控制精度。导向孔完成后,根据钻孔轨迹和数据记录,确定此导向孔是否可用。轴线左右偏离控制在钻进长度的1%内,深度偏差控制

浅谈建筑改造与加固(植筋及粘钢)施工

童　晶

摘　要:介绍了建筑结构改造加固施工工艺流程及其施工技术,并对该工艺的特点、工艺流程、质量检查要求及冬季施工

的监控等方面进行了分析,以完善结构改造加固施工工艺,从而促进建筑改造加固工艺的发展。关键词:改造加固,植筋,粘钢,涂胶,压力灌胶中图分类号:TU746.3文献标识码:A

近年来,随着国民经济的迅速增长,建筑领域中不断出现越来越多的混凝土结构建筑物由于设计变更,施工质量,使用功能改变或经受灾害破坏等原因,而必须对原建筑物进行加固改造。

本文结合武汉市某局办公大楼的改造加固工程,来谈谈建筑结构

改造加固的重点控制内容。

1　工程概况本项目原设计为1998年完成的17层钢筋混凝土框架结构综合楼,系武汉市某局办公大楼。业主根据自身发展需求,要求对既有建筑之副楼进行改造,将四楼会议室由6m 层高改为9.9m 层高;屋顶作网球场使用,围墙高6m ;将原有3号楼楼梯由 λυ轴～ λω轴交∴轴～]轴移至 λυ轴～ λω轴交Ξ轴～Ψ轴;在 λυ轴～ λω轴交Ψ轴～Ζ轴内新增疏散楼梯。改造内容:1)原结构部分构件的拆除,如剪力墙新开洞口、楼板开洞等;2)钢结构施工,如封洞处钢构和压型金属板、新开板洞处钢梁等;3)粘钢加固,如新开门洞处粘钢、楼板粘钢;4)封板处钢筋混凝土施工,包括植筋、钢筋制安、混凝土浇筑等。

2　建筑改造加固(植筋及粘钢)的主要工艺流程2.1　植筋工艺

1)钻孔规格:本工程按照设计图纸标注的孔径(d +4mm ,d

为钢筋直径)、钻孔深度按照设计要求为16d 。2)按设计图纸在

构件上放出孔洞位置线,经核查后方可钻孔。3)清孔:采用高压

空气清除孔内粉尘和细小颗粒,保持干燥。植筋前用棉丝浸泡丙酮液对孔底、孔壁擦除残留污渍。4)用钢丝刷除去钢筋或锚杆表面的污锈、污物,并用棉丝浸泡丙酮擦洗其表面,清除油污、粉尘

等异物。处理后的钢筋,晾置于清洁支架上3min ～5min 。5)用

专用工具将结构胶注入清洗过的孔内,注胶量以钢筋插入后胶充满钻孔为宜,一般注到2/3孔深。6)垂直植筋:把胶灌入孔内,再

插入钢筋至孔底,顺时针旋转钢筋使胶混合均匀。旋转1min ～2min ,调整好钢筋位置准确并加以固定。水平植筋:钢筋插入后,孔口封堵。由灌胶孔及排气孔压力灌胶。7)按产品说明书的在钻进长度的0.15%内。出土点偏差控制在1m 内

。

5　结语

导向钻进的轨迹设计及控制应把握以下几点:

1)充分掌握地层信息、地下障碍物信息和其他相关信息,做到知彼知己,有备无患。2)设计与控制相结合,恰当的设计是完成导向钻进工作的基础,而及时和准确的控制则是顺利完成钻进工作的保证。3)纠偏工作应做到勤测量、勤纠偏,防止偏斜过大难以纠正造成烂孔等事故。

参考文献:

[1]　周从明,胥建华.非开挖铺管中定向钻进轨迹设计研究[J ].

地质灾害与环境保护,2004(1):20222.[2]　靖向党.欧洲非开挖技术规范介绍与评述[J ].长春工程学

院学报(自然科学版),2002,3(3):9211.[3]　苗怀庆,陈　慧.非开挖导向孔的设计方法[J ].施工技术,

2007(10):21.[4]　李晓兰.水平钻进非开挖工程剖面设计探讨[J ].油气田地

面工程,2005,24(8):12215.[5]　宗全兵.非开挖导向钻进钻孔轨迹的优化设计[J ].西部探

矿工程,2000(3):9.[6]　张德龙,蒋荣庆.非开挖导向钻进实际轨迹的控制设计[J ].

吉林大学学报,2003,4(2):10212.[7]　方雪松.非开挖定向钻进铺管技术的关键点[J ].探矿工程,

2005(sup ):12.

The principles of design and the method of control no 2dig guided boring trajectory

HAO Shi 2long

Abstract :This article discusses the importance of the design and control of the track ,and proposes the essential preparation work ,the design principles of the deep burying ,out of earth angle and the bend radius of the pilot hole.The article also proposes the methods and principles of control survey ,and the methods of its correction ,aimed at reducing engineering accidents ,reducing construction costs ,shortening the con 2struction period ,and gaining better economic and social benefits.K ey w ords :guided boring ,trajectory ,design ,control