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1、定向钻进施工中对地下管线损坏的预防措施发布日期：08-11-07 11:13:11 点击次数：387 定向钻进施工中对地下管线损坏的预防措施发布日期：08-11-07 11:13:11 点击次数：389 非开挖地下管线施工技术是利用岩土钻掘等技术手段，在不开挖地面的条件下进行地下管线等的铺设、更换和修复的一项施工高新技术。其在基础设施建设领域中可谓是异军突起，发展速度之快是始料不及的。追其原因，一是人类对环境的要求愈来愈苛刻，非开挖技术作为一种环境友好工程或清洁工程愈来愈受青睐；二是高新技术的发展，包括计算机技术、监测与定向技术、以及新材料的发展也为非开挖技术打下了基础。当然，与原先的开挖作业
2、相比，其较低的综合成本(直接成本+间接成本)也是原因之一。近三十年西方发达国家的成功经验证明：非开挖地下管线铺设技术是一项技术先进、实用性强、适用面广、经济效益、社会效益好、有益于环境保护的全新施工技术。 为适应上海城市道路用量紧张，道路管线快速施工并尽量减少施工影响的客观要求，我公司也计划引进一台定向钻机，以投入到上海城市天然气 PE管的排管施工中去。但在进行可行性研究时，我们前往一些已采用定向钻机施工的企业考察，发现定向钻机在实际施工中经常发生损坏现有地下管线的事故，这不但影响了正常的工期，增加了不必要的成本，而且还有损于企业在社会上的良好形象。为了避免事故的发生，有些企业甚至已打算放弃使
3、用定向钻机进行施工了。这种状况令我公司感到十分困惑，从而在无形中推迟了定向钻机的引进工作。巧合的是，当我有幸在日本大阪煤气公司进行技术研修期间，却无意中了解到定向钻进施工技术在日本城市地下燃气管线的施工中已相当普遍。这不禁引起了我想进一步解开谜团的浓厚兴趣，因此就特别要求到其地下管线施工企业进行研修，在直接参与其具体施工中学到了许多有用的东西，尤其对地下管线损坏的预防措施进行了较为系统的学习。通过对比发现其中有许多值得借鉴的地方，特别对于我们目前在定向钻施工中遇到的实际问题具有很强的针对性，基本上可归纳为以下几点，希望能与有关人士共同探讨。1设计钻孔轨迹机组人员在现场安装钻机之前，必须先画一个
4、包括钻孔起始和终结点的钻孔剖面图。必须把所有已知的，计划绕过的地下障碍物探测、标记出来，并标注在图上。对于一些较重要的地下管线(如：电力电缆、煤气管、光缆等)可能需要通过一些软挖掘方法(如：空气刀、真空射流等)予以揭露。在地表，机组人员应该根据建筑物和标桩来确定所有的地下服务设施，确认它们都已被标记出。任何可见的标志物如：基座、立管和新铺设的管线等都必须与地下管线的标记相符合，还须了解其它一些地面标志(如：人井和污水管的通风管等)，以获得一些附加信息。只有在确认了所有的管线都已被探测和标记出，并对施工现场进行了全面的评价之后，机组人员才可以确定最佳的钻孔轨迹，并确定钻孔的确切长度以及钻孔起始和
5、终结工作坑的位置。2锚固钻机 据不完全统计，在钻机安置期间发生的地下管线碰撞事故，几乎与钻进期间的一样多。一般来说，机组人员在决定钻机的安放位置时，他们主要考虑的是预期的钻孔轨迹，往往会忽略地下管线，因而可能将固定钻机的锚杆正好打在现有地下管线上造成事故。这时就需要我们在安放钻机前，必须仔细观察地下管线定位标记，并准确估计出所有锚杆的安放位置，切实避免与现有地下管线碰撞事故的发生。3过度调控在钻先导孔时，如果不注意控制好钻头，钻头就会偏离预定的设计轨迹。这时操作人员就必须及时采取纠偏措施，使钻头转向与孔斜相反的方向。若转向过度，就会再次偏离设计的钻孔轨迹，并可能使钻头碰到现有地下管线。(如下图
6、所示)过度调控(侧视图)因此，如果我们怀疑地层中有岩石，就应特别注意钻头工作情况，切勿过度纠偏。当钻进少量进尺后就要及时进行测量，检验调控钻头方向的效果，并事先考虑好各种纠偏的可能性。同时纠偏动作不能太急，应控制在 13根钻杆内纠回 0.30.6m，不要打算在一根钻杆内就完成所有的纠偏工作。4偏斜在钻进过程中，有时钻头遇到一块小岩石或卵石，钻孔轨迹都可能较明显地偏离设计轨迹。钻头的偏向很难预料，也就很可能碰到现有地下管线。(如下图所示)偏斜(侧视图)对此，我们建议：一旦操作者在意识到钻头遇到硬物体或较硬的钻进条件等微小变化时，就应该马上停钻，同时检验钻头的位置，并降低钻压，缓慢给进，让钻头慢慢
7、地通过该区域。钻进时，还应较频繁地检测钻头位置，以便及时调控，避免碰到现有地下管线。5钻杆弯曲若钻头遇到较硬地层，通常需要加大钻压。但钻压加大后，引进孔中的钻杆就有可能发生弯曲。若钻杆弯曲部位的地层较软，弯曲的钻杆就会使钻孔扩大。随着钻压继续增加，钻杆可能进入现有管线的安全区。探测仪器只能确定钻头的位置，却很难确定这种由钻杆弯曲而形成的异常钻孔轨迹。(如下图所示)钻杆弯曲(侧视图)为此，我们一般要求：当钻头遇到硬地层时，应适当降低钻压，试着采用冲击钻进的方法通过硬地层。增加泵量或喷射作用可能有助于软化障碍物，因此要花点儿时间，使钻头“啃过”此段地层。当然，操作者也可回拉 23根钻杆，使钻头从上
8、或下或左或右边绕过此硬障碍。如果硬地层连续较长地段存在就应考虑加大泵量，采用孔底马达和三牙轮钻头钻进。6最终钻孔与现有管线的间距操作者在钻先导孔期间往往会忽略回扩钻头的直径。但正是这种忽略却成为水平定向钻进施工中碰伤现有地下管线的首要原因。(如下图所示)允许最后扩孔(侧视图)这时，我们一般建议：如果欲铺设的管线要穿越现有地下管线或与现有地下管线平行时，操作者不能仅考虑先导孔直径，而应预计到最终扩孔钻头直径，以保证钻头与现有地下管线间的距离有足够的余量，准确地说应使这一间距等于 34倍的最终回扩钻头直径。7回扩钻头下沉在缓慢拉管期间，由于泵量太大可能会在土层中产生空洞或使管柱周围的土层变得太软。
9、因此，我们在回扩或铺入管线期间，如果扩孔钻头一旦在某个位置上停留太久，就会由于其自重较大而切入其下方变软的土层，从而导致钻头下沉。而且扩孔钻头越大，发生钻头下沉的风险就越高。(如下图所示)回扩期间钻头下沉(侧视图)对于这种情况，我们考虑：如果钻柱运动时阻力变大，可能并不总是意味着需要提高转速或泵量。由于钻进产生的土屑和孔壁坍塌也会导致钻柱运动的阻力增加，因此我们应尽一切努力保持扩孔钻头向前运动。尽管运动得较慢，但我们可以考虑在软土层中选用具有较宽翼片的钻头或桶形钻头，以增加钻头的浮力，避免钻头下沉。8钻柱伸张在钻先导孔时，钻头遇到现有地下管线时须变向绕行，通过障碍后再重新绕回设计的钻孔轨迹上，
10、这已是通用的做法。这种变向有可能偏离原钻孔轨迹 12m。当先导孔钻空后，在钻头出土点接上回扩钻头，巨大的回拉力施加在钻头和钻柱上，使钻头或成品管柱通过回拉进入土层中。在回扩过程中，钻杆柱向弯曲钻孔的内壁施加一个压力。回转的钻杆柱可能在此处扩出一个新钻孔，使原来弯曲的钻孔轨迹变得较为平直，并因此可能碰伤计划绕过的现有地下管线。(如下图所示) 钻柱伸张(侧视图)对此，我们可考虑预先合理设计钻孔轨迹的控制参数，以避免可能碰伤现有的地下管线。钻孔轨迹的调控应尽可能平缓。长并且变化缓慢的弧线还可降低铺管过程中的摩擦阻力。如果回拉管拉时阻力变大，可先用扩孔钻头扩大钻孔，而不能将管柱硬拉过来。以上针对水平定向钻进施工时防止地下管线损伤所采取的措施，在我回国后就向我公司曾去考察过的定向钻施工企业提出了建议，希望他们能予以采纳。通过在具体施工中的实践，果然收到了很好的效果。施工中发生地下管线损伤事故的数量明显下降，为企业取得了良好的经济效益和社会效益。这不仅使水平定向钻进变得更加安全，而且还有利于现有地下管线设施的保护。由此可以预见定向钻进施工技术在上海城市燃气排管施工中必将大有可为。(作者：胡 冰 文章来源：上海煤气第一管线工程有限公司)
