定向钻施工方案

ＸＸ污水处理ＸＸ工程

定

向

钻

施

工

方

案

建设单位：ＸＸ有限责任公司

施工单位：XX 市政工程有限公司

目 录

一、工程概况

二、工期计划及保证措施

三、工 艺 原 理

四、工艺流程及操作要点

五、施 工 技 术

六、质 量 控 制

七、安 全 控 制

八、环 保 措 施

ＸＸ污水处理二期工程施工方案

一、工程概况

非开挖进行管线铺设施工中，顶管施工需建钢筋混凝土工作井、接收井，工序多，工期长，造价高，并存在较大安全风险；而采用非开挖水平定向钻进技术进行管线施工，能缩短工期，降低工程成本。

ＸＸ污水处理二期工程--二十六大街工程，按设计要求采用定向钻拖管施工方法完成过街支管。根据穿越段路面宽度、地管线分布情况以及穿越段两端的埋深情况，确定此段所铺设的管道为Φ500一道、Φ400六道，工作坑8m*4m*4m。

二、工期计划及保证措施

1、工期计划

根据工程特点、地层情况、管线长度及以往施工经验，拟定本工程定向穿越施工工期为30天。

2、工期保证措施

（1）认真做好设备调配工作，按照甲方的要求保证施工设备及时到位。

（2）做好施工人员的组织安排工作，保证施工人员随叫随到。

（3）做好技术交底工作，保证各工序间相互协调和连贯。

（4）协调好甲方、监理及其他单位之间的关系，做好后勤保障工作。

（5）加强技术指导和监督，安排一名工程师指挥现场施工，及时解决施工中遇到的各种技术难题，确保各施工环节的顺利进行。

三、 工 艺 原 理

1. 采用矩形切削刀，提高在砂僵土中的耐磨性能；

2. 钻头整体采用标准螺旋型，具有切削和扩孔双重功能，到达减小扩孔阻力，提高钻进效率；

3. 钻头前端设置梅花型喷射水眼，有利于保护砂僵土管道内壁；

4. 在钻头上设置3道凹槽流线，极利于砂僵土形成的泥浆流动以及钻头的冷却，提高扩孔效率。将定向钻机设在地面上，在不开挖土壤的条件下，采用探测仪导向，在不同地层和深度控制钻杆钻头方向，达到设计轴线的要求，先用导向钻具钻进小口径的导向孔，然后用回扩钻头经多次扩孔，拖拉管道回拉就位，完成管道敷设。

四、工艺流程及操作要点

4.1水平定向钻轨迹设计与原理

导向孔轨迹设计是在管线剖面图基础上，设计出钻孔的最佳曲线。根据开挖的工作坑、接收坑结合设计井位，按照设计管道水力坡度标高来设计钻进轨迹。不仅需要考虑避开穿越区域的地下管线，还要考虑到水文地质、地面环境、铺设管道的管径材质、穿越长度深度、钻机的性能等因素。管道施工的轨迹要满足设计要求，必须考虑入土点、出土点的斜直段、曲线段长度，严格控制水平穿越段各点标高。一般作业标高控制以每根钻杆为一个控制点，按设计管道水力坡度计算出钻进轴线上轨迹标高。入射角度根据已知数据科学计算，8-20°的入、出土角适用于大多数的穿越工程。如果单从施工的顺利程度考虑，在产品管线埋设深相同的前提下，造斜距离越长则轨迹曲线越平缓，有利于后续管的顺利回拖。

4.2施工艺流程

水平定向钻进穿越铺设施工普遍采用：首先钻进导向孔，然后扩孔，最后回拉铺管的施工技术，工艺如下图：

图1 水平定向钻进铺设管线施工工艺

4.3操作要点

4.3.1 施工准备

1 施工主要设备及拖拉管材料选择

根据地质和设计管径大小情况，选择合适型号的水平定向钻机；管材的强度及环刚度必须满足设计和施工阶段的荷载要求。

2 测量监测

布设监测点 量测地面、管线监测点，及时反馈信息，指导钻进施工技术参数的调整。

环境监测。定时监测周边建筑、道路裂缝、水位等信息变化，及时直接预警、

控制沉降量。

3 开挖工作坑和钻屑池

根据设计的导向孔轨迹，在距离检查井经计算好的距离处开挖一个入口工作坑，在距末检查井经计算好的距离处开挖一个出口工作坑，欲铺设的管线直径大，则出口坑必须延长成适合管道平直回拖的长槽。钻屑池位于入口坑附近，用于收集从入口坑流入的钻屑泥浆，市区也可用泥浆罐车。

对于地表始钻式钻机锚固在地表，出入口工作大小坑视管线埋深和管径适当调整。而坑内始钻式钻机的工作坑，因需要利用坑的前、后壁承受钻进中的给进力和回拉力，则必须对坑壁进行加强和支护。

4.3.2 导向孔与钻进施工

常用的孔内控制钻进方向的机构称为导向钻头，他在钻头底唇面采用非平衡结构设计，钻头唇面是一个斜面，当钻头连续回转时钻进直孔；保持钻头朝某个方向不回转加压时，则使钻孔发生偏斜，钻进斜孔。

钻杆 探头盒（内装探头） 鸭嘴板

图2 导向钻头

1 工作坑内安放导向钻具。检查测量仪器，探头电池的绝缘性能，以防漏电。 2 将探头装入探头盒内，打开接收机和同步显示器，检查转动探头盒。将探头盒与造斜钻头接好并连接在钻杆上，开机输送钻进液，检查钻头喷嘴。

3 钻杆放入导向钻机，就位，使钻杆在设计轴线上。逐节钻进，直至将钻杆钻入拖管坑。钻进过程中用无线手持式测量仪跟踪监测，严格控制钻头轨迹，沿设计轴线前进，如偏差大于规定要求立即调整。

4 钻杆线性与速度控制。钻杆线性直接关系到钻进的速度及孔外压力变化，施工中保持钻杆线性并控制钻进速度，控制地面沉降量在较小范围内。

5 灌浆压力控制。在不同土层中穿越做好泥浆的调配，施工中控制灌浆压力(一般在5Kg 内) 。即保证施工效果，又减少地表沉降量。

4.3.3 成孔与泥浆护壁

(1)钻井液。水平定向钻机钻进中，钻井液用于稳固孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、冷却钻头和发射探头、清除钻进产生的土屑等，它被视为导向钻进的“血液”。一般采用优质膨润土制备。

(2)钻进液循环。钻进时钻进液会从另一边的上口返出，这时要使用两套泥浆循环系统处理，或运走泥浆，减少环境污染。

4.3.4 扩孔施工：

导向孔成型后，取下导向钻头，接上反扩钻头、分动器，即可进行回拖扩孔。在拖管坑一端的钻杆上，依次装上不同规格的扩孔器，利用导向钻机回拉钻杆进行扩孔，直至将土孔扩大至设计孔径。

图3 扩孔钻头

4.3.5拖拉管施工

扩孔完成后，即可拉入需铺设的成品管。管子预先全部连接妥当，以利于一次拉入。当地层情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，可能对分段拉管造成困难。拉管时，将扩孔器接在钻杆上，然后通过单动接头连接到管子的拉头上，单动接头可防止管线与扩孔器一起回转，并拧坏管线。为确保钻孔畅通，回拉时，可向孔内泵入润滑液。

图4 拖拉管施工

4.3.6 注浆加固地基

为了避免地面沉降，提高地基土的承载力（或预防管涌并隔断水源），拉管完成后需要进行注浆加固。

拉管施工前在管线前端连接两根与PE 管同长度的∮25钢管, 与管线一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。到达终点后，解除∮25钢管与管线的连接，在两根钢管前面各加一根6ｍ长同直径的注浆花管。每拽入6ｍ，把钢管和拉管机的连接取消，换成和高压注浆泵连接。注入1：1水泥、粉煤灰浆液（0.4Mpa ），从而置换触变泥浆，补充管线周围的空隙。然后再换再拉，再拉再注，反复进行。直到把钢管全部拉出，注浆结束。

五、施 工 技 术

5.1工程设计计算

5．1．1轨迹测量 一旦选择确定了施工位置，就应该对钻孔轨迹作测量并准备详细的图纸。钻孔轨迹和基准线的最后精度取决于测量资料的精度．

5.1. 2轨迹设计参数：

1覆盖深度 完成岩土勘察，确定了穿越的轨迹，就可确定穿越的覆盖深度，需要考虑的因素包括钻孔施工对地面道路、建筑物或河流的影响，以及对该位置已有的管线的影响。推荐穿越的最小覆盖深度大于钻孔最终扩孔直径的6倍以上；在穿越河床时，应在河床断面最低处之下5m 米以上。

2钻孔轨迹控制 钻进导向孔时，每2～3m 应进行一次测量计算。

3钻孔直径计算 根据导向孔与适合成品管铺设孔的直径大小和地层情况，扩孔可一次或多次进行。最终扩孔直径按下式计算：

Ｄ’＝ K1Ｄ

Ｄ’——适合成品管铺设的钻孔直径 Ｄ——成品管外径

K1——经验系数，一般K1=1.2～1.5，当地层均质完整时，K1取小值，当地层复杂时，K1取大值。

4 拉力计算

拉力计算: F拉=(G’+ G’×μ) ×n

G ’-管道总重量在X 方向的分量 μ-摩擦系数 n-安全系数

经计算确定所选用拉管机能能否承受承受该拉力。

5.2 设备仪器

5.2.1水平定向钻机 可分为两类：地表始钻式和坑内始钻式。

地表始钻式钻机通常为履带式，可依靠自己的动力自行走进入工地。铺设新管时它们不需要发射坑和接受坑，但管线连接时仍需要开挖。地表发射钻机有几种桩定方式将钻机锚固在地上，性能完善的钻机桩定系统可以是液压驱动的。

图5 地表始钻式钻机

坑内始钻式在钻孔的两端都需要挖坑，但可在空间受限的地方操作。一些设计更紧凑的钻机的发射坑，可只比接管所需的坑稍大一点就行。坑内发射钻机固定在

发射坑中，利用坑的前、后壁承受给进力和回拉力。

一些地表发射钻机是整装式的，载有钻进液用搅拌池和泵，以及动力辅助装置、阀和控制系统；也有采用搅拌池和泵等设备分离配置的。钻进液通过钻杆柱内孔泵送到钻头，再从钻杆与孔壁的环空内返回，并把破碎下来的钻屑携带至过滤系统进行分离和再循环。钻机，尤其是地表发射钻机，配置有一个钻杆自动装卸系统，定长的钻杆装在一个“传送盘”上，随钻进或回扩的过程而自动从钻杆柱上加、减钻杆，这种操作与一个自动的螺纹拧紧和卸开装置配合进行。由于钻杆自动装卸系统加快施工速度、提高施工安全和减小劳动强度。

5.2.2导向系统

导向系统有几种类型：最常用的“手持式(walk-over)”系统和有缆式导向系统 “手持式(walk-over)”系统（如下图4），它以一个装在钻头后部空腔内的探测器或探头为基础。探头发出的无线电信号由地面接收器接收，除了得到地下钻头的位置和深度外，传输的信号还往往包括钻头倾角、斜面面向角、电池电量和探头温度。这些信息转送到钻机附属接受器上，以使钻机操作者可直接掌握孔内信息，从而据此作出任何有必要的轨迹调整。

有缆式导向系统用通过钻杆柱的电缆从发射器向控制台传送信号。虽然缆线增加了复杂性，但由于不依靠无线电传送信号，对钻孔的导向就可以跨越任何地形，并且可以用于受电磁干扰的地方。

图6 手持式(walk-over)导向系统

5.3钻进液

钻进液通常是钻进泥浆。钻进泥浆的功能主要是维持钻孔的稳定性。另外，泥浆还有携带钻屑、冷却钻头、喷射钻进等功能。管道与孔壁环状空间里的钻进液还有悬浮和润滑作用，有利于管道的回拖。

钻进泥浆经泥浆泵泵入钻杆，从钻头喷射出来，在经钻杆与孔壁的环状间隙还回地面。钻进液是一种由清水+膨润土+少量的聚合物+处理剂的混合物。膨润土是常

用的泥浆材料，它是一种无害的泥浆材料。

钻进液应在专用的搅拌池中配制。从钻孔中返回的泥浆需经泥浆沉淀池或泥浆净化设备处理后，再送回供浆池，或与新泥浆混合后再使用。

六、质 量 控 制

6.1水平定向钻进铺设管线施工施工应执行下列规范及标准

城市地下管线探测技术规程

水平定向钻进技术指南

成功中型定向钻进施工指南

水平钻进安全操作指南

水平定向钻进铺设管线铺设工程技术规范

6.2施工前通过全站仪沿地面上拉管的中心线每3米设置一桩（有障碍物的除外），并沿拉管的中心线撒好白灰线且测出桩高程，算好桩高程与设计管线流水面的关系，确保流水坡度准确。

6.3操作人员遵守制造商推荐的标准化程序，有助于提高深度测量的准确性。

6.4管线在孔内拉动的过程中受重力的作用，会发生管道下沉现象，因此导向钻进的钻进点选择在略高于设计管中线的地方，以减低管道自重对高程的影响。

6.5为防止泥浆流失造成塌孔，应保持在整个钻进过程中有“返浆”，并根据地质情况的变化及时调整钻液配比以产生的不同泥浆。

6.6施工场地开阔是，应尽量降低入土和出土角度，以降低拖拉管的摩擦力。

6.7拉头应与管线连接牢固，密封严密。

6.8拉管机操作人员要根据设备数据均匀平稳的牵引管道，切不可生拉硬拽。

6.9用管线封套将管头密封严密，防止泥浆进入管线。

七、安 全 控 制

7.1在开始工作前和施工期间，应对所有参加施工的工地工作人员做安全技术交底，特殊工种持证上岗；

7.2在工作开始前向当地公用地下管线部门查询，了解施工区域的地下管线情况：提前防范高压电缆、燃气、输油、光缆、供水等地下危险，

7.3严格用电管理，现场临时电线路按规范要求布设，必须由持证的专职电工上岗操作，采用三相五线制供电系统，各类电器设备均安设安全保险装置，严格执行一机一闸一保护。

7.4在工地和交通道路上设置警示标志。工地处于交通路段，工人应穿上醒目的安全服或其它的防护衣。

7.5最好使用有防电能力的安全帽、护眼罩、绝缘手套、防护面具等防护装备。不戴首饰和穿宽松的衣服，以免被机器卷入或牵绊。

7.6使用钻杆不要超出生产厂家允许的最大扭矩和拉应力。

7.7如果遇到钻进突然减慢或停止，应确定是否碰到障碍物，然后再进行钻进作业。

7.8穿越道路、桥梁和建筑物等的基础时，应意识到钻进液液压作用的危险，这些建筑物有升或降的可能。

八、 环 保 措 施

8.1 健立健全环保管理组织机构，编制环境保护措施，对施工存在的污染源进行评估，确定工程施工环节存在的污染源的等级，重大污染源制定防治预案并编制演练计划。

8.2 防扬尘措施

1. 专人负责现场及道路洒水防尘工作，施工便道定时洒水，保证道路有车辆通

行时不扬尘且无水洼、泥浆。

2. 进入施工现场车速放慢，防止扬尘；严禁超载且车厢遮盖严密，防止水泥、石灰以及其他易飞的材料洒落或细小颗粒材料的飞扬。

3. 禁止车辆带泥上路。

4. 严格执行城市市容、环保部门的规定。

8.3 防止施工噪声污染措施

对施工噪声进行严格控制，减少旧设备的使用，夜间严禁使用大功率设备，以便最大限度的减少人为施工噪声。

8.4泥浆处理

大量的泥浆通常在工程结束时才进行处理，处理的经济性依现场具体情况而定。泥浆可做如下处理：1．在另一钻进点再次使用；2．撒布到未开发的土地提高水土保持；3．用排污车排放到垃圾场。