导向钻孔铺管工程施工工艺.docx

导向钻孔铺管工程施工工艺
非开挖导向钻孔铺管工程施工流程：施工线路勘察，导向孔设计，钻机 安装，泥浆，导向 孔施工，扩孔、清孔、铺管施工。
一、施工线路勘察：
施工线路勘察包括地下隐埋物、地质、水源。
地下隐埋物种类繁多，关键要查清地下各种管线。如：通讯、供水、煤气、天然 气、电力、照明、交通、化工、供热、排水。地下城墙、防空洞、桩基、综合通道、暗渠 也不可忽视。未查清的管线请求管线业主协助查找，收集管线资料，借助管线仪查找。将 管线的位置、深度、走向用油 漆标记在地面上。用坐标纸绘制管线分布平面图、剖面图备 用。
施工场地做初步地质调查，调查地势地毅，查清地层结构，地质成份，地下水埋 深。管线穿越河流施工，查清水深、河底深。大径管线施工，做工程地质勘查。目前， 钻铺管仅限于土层、沙层、污泥质地层施工，要 在砂卵石地层、基岩地层、块石回填土地 层施工，必须借助其他的钻探工具和具备一定的条件才能施工，而且技术复杂。
水源是钻铺管施工必备条件。要求查清施工现场的水源，现场缺水，施工前备好 水。施工用水对水质无要求，自来水、塘水、污水均可。
二、导向孔设计：
查清地下隐埋物后，在地下管线分布图上设计导向孔曲线。实际施工 时，一部分工 程不绘图，导向员心、中有数。
常见导向孔轨迹设计图例
穿越河流
穿越街道
穿越铁路

穿越高速公路

导向孔设计必须同时满足三个要求：一是尽量满足甲方要求，二是避 开地下隐埋物，三是满足施工工艺要求。导向孔设计不能同时满足上述三个要求，修改导
向孔设计方案。无法修改导向孔设计方案，只有修改三个要求。
导向孔设计的重要参数：
入土角：钻机导轨与地面夹角，即钻头入土角。钻头入土角常取0 —
22。，铺设钢管常取0-12。。
钻头斜度：当钻头斜度为负值，钻头向深处钻进；当钻头斜度为正值，钻头向地面 钻出；当斜度为0时，钻头水平钻进。
钻头的斜度确定后，钻进一根钻杆，钻头降深或抬升值可计算出来。
为了施工方便，将3米钻杆、2米钻杆、1・5米钻杆、1米钻杆降深或抬升值列出：

斜度
3米钻杆m
2米钻杆m
1.5米钻杆
m
1米钻杆m
10
0.05
0.033
0.025
0.017
2o
0.1
0.062
0.05
0.033
3o
0.15
0.1
0.075
0.05
4o
0.21
0.14
0.105
0.07
5o
0.26
0.17
0.13
0.087
6o
0.31
0.21
0.155
0.103
7o
0.36
0.24
0.18
0.12
8o
0.42
0.28
0.21
0.14
9o
0.47
0.31
0.235
0.156
10o
0.52
0.35
0.26
0.171
11o
0.57
0.38
0.268
0.19
12o
0.62
0.40
0.31
0.20
13o
0.67
0.47
0.335
0.202
14o
0.72
0.48
0.36
0.24
15o
0.77
0.51
0.365
0.25
16o
0.82
0.54
0.41
0.27
17o
0.88
0.58
0.44
0.29
18o
0.92
0.60
0.46
0.307
19o
0.98
0.65
0.48
0.32
20o
1
0.66
0.50
0.33
21o
1.07
0.70
0.503
0.35
22o
1.12
0.74
0.506
0.36
23o
1.17
0.78
0.585
0.39
24o
1.22
0.81
0.61
0.40

25o
1.27
0.85
0.635
0.42

钻孔深度：钻头距地面的垂直距离。水域施工，钻头距水面的垂直距 离。
导向孔长度：入土点至出土点的曲线距离。
出土角：钻头钻出地面的斜度。出土角常取0 — 18°,铺设钢管时常取0 -8°。
导向孔设计注意事项：
导向孔不仅要避开地下管线，而且要留有足够的安全距离。调查地下管线的深度和 位置时的数值只是一个估值，有误差，导向测量有差值，扩孔时钻头会自动修直，有差 值，三种差值叠加，钻头伤其管线。设计导向孔时，要留出安全距离来抵消三种差值。
穿越河流时，水面下的导向孔尽量设计成水平孔。水面导向困难，一般采用盲钻或 半盲钻。导向孔距离河底面至少3米。
穿越铁路时，导向孔距离铁路路基面至少5米，如果扩孔直径大，深度再加深。以 确保铁路安全。
在三层楼房下铺管时，导向深度不低于6米，如果扩孔直径大，又是 软地层，导向 孔深度应加深。
铺设钢管时，导向孔的曲率半径应大于钢管的曲率半径。钢管的曲率 半径R" 12 15D, D为钢管直径。
三、钻机安装
平整场地，安装钻机，钻机要求安装平稳。调节钻机导轨与地面夹角。施工中，钻机 移位，钻机拉起，要给钻机加柳桩和配重。
为了减少钻头的入土角，或水平开钻，要将钻机安装于工作坑内施工，工作坑的大 小要适应钻孔施工要求，保证施工安全。
设立施工工区，设立安全防护标记。
开挖导向孔的入土坑和出土坑。城区施工，最好开挖出入土坑；郊区施工，可免 挖。出入土坑的最大好处是能看清地下管线，避免相碰。钻头在出入土处，最容易与地下 管线相碰。
四、泥浆
泥浆功能：泥浆具有润滑和冷却钻头，悬浮和排除岩屑，稳定孔壁，平衡 地层压力，减少拉管阻力功能。泥浆被广泛应用于非开挖工程施工
泥浆材料：泥浆常用材料包括水、纯碱、澎润土粉、聚炳稀酰胺（PAM、硅酸钠
（NaOXSiO2 羟甲基纤维素（一CMC、植物胶、钻液宝。这些泥浆 材料均属环保型，对 环境无毒害。
泥浆配方（列出若干泥浆配方作参考）
清水泥浆：水(清水、污水)、水+纯碱；
无固相泥浆：水+纯碱+聚炳稀酰胺、水+纯碱+硅酸钠、水+纯碱+羟甲基纤维 素、水+纯碱+植物胶、水+纯碱+钻液宝、水+纯碱+聚炳稀酰胺+钻液宝、水+纯碱 +聚炳稀酰胺+羟甲基纤维素；
固相泥浆：水+钠质澎润土粉、水+纯碱+聚炳稀酰胺+澎润土粉、水+纯碱+钻液 宝+澎润土粉、水+纯碱+植物胶+澎润土粉；
重胶质固相泥浆：水+纯碱+聚炳稀酰胺+钻液宝+澎润土粉、水+纯碱+聚炳稀酰 胺+羟甲基纤维素+澎润土粉。
泥浆搅拌
泥浆搅拌列出两种方法：
一、搅拌系统搅拌：约3kg聚炳稀酰胺、10kg纯碱浸泡于1立方米塑 料桶内，浸泡
时间4 12小时，成胶水待用。搅拌桶注满水约2立方米。启动搅拌水泵循环，加25 50kg澎润土粉于漏斗搅拌，加适量纯碱，酸碱度HP ( 8 9),加入2050升泡好的
聚炳稀酰胺胶水，泥浆搅拌好，依据需要的浓度、粘度，可增减澎润土和胶水。
二、搅拌池搅拌：挖一个2X 8X 1立方米泥浆池，垫一块6 X 10塑料布，加15kg纯 碱，10kg聚炳稀酰胺，250kg澎润粉，浸泡10小时，再人工或污水 泵搅拌，根据需要的 浓度、粘度，可随时增加水、纯碱、澎润土粉、聚炳稀酰胺。
泥浆应用
粘土层施工，选用清水泥浆，无固相泥浆。含沙粘土层施工选用无固相泥浆、固相泥 浆。沙层施工选用固相泥浆、重胶质固相泥浆。
五、导向孔施工
导向孔钻进钻具连接方式：动力头、钻杆、导向钻头。按导向孔设计曲线钻进，每钻 进一根钻杆，导向员测量一次，将钻孔的深度、斜度、钻杆数、钻进情况填写施工报表。 施工报表格式如下：
导向孔施工报表
工程名称：工程地址：施工
日期：
施工单位：项目经理：导向
员：
钻杆数
斜度
深度
中心线
备注

当钻头的深度未达到设计的深度时，用6点给进，加深钻孔；当钻头的深度已达到设计的 深度时，用12点给进，减少钻孔深度；当钻头向3点方向偏离轨迹时，用9点给进纠偏；当钻 头向9点方向偏离轨迹时，用3点给进纠偏；改变深度给进中，2米长的钻杆一般不超过5个 百分点，3米长的钻杆不 超过8个百分点。纠偏时，一般土层一次给进0.3米、0.4米、0.5 米。软土层一次给进1米、2米、3米。在软土层施工导向孔，因导向板小而不能改变钻进方 向，加长导向板。
导向孔施工注意事项
杂回填土施工导向孔，导向钻头有振动，钻机响声大。机长应盯紧扭矩压力表的表针摆 动，表针摆动在i0Mpa内，说明杂填土中的砖石块少，可继续钻进。表针摆动超过i0Mpa甚至 卡钻，说明杂填土的砖石块大，小心钻进或停钻，分析判明原因后再开钻或拔出钻头调整后重 钻。
导向孔钻进过程中，突然遇到振动、卡钻，应立即停钻，找出管线图对照分析，或重新调 查地下管线判断钻头是否与地下管线相碰，是否遇到地下其它隐埋物，判明后再开钻，或拔出 钻头移位后重钻。
硬塑土层钻导向孔，给进难，给进压力大，钻杆变形，钻机抬头，这 时应小心、给进。给进 一次，回拖一次，这样反复多次，只要有效果，要耐心地做。见钻机抬头时，给钻机前部配 重，压钻杆，压沙包，站人均可。钻杆变形不能过大，一旦超出钢材弹性变形极限，钻杆弯曲 或折断。
沙土层钻导向孔，沙与钻头钻杆磨擦阻力大，要减少阻力，配用泥浆钻导向孔，尤其是钻 深长孔配用泥浆钻进。
钻头在钻进中遇到桥基、混凝土块、块石、旧路基、基岩、风化石、卵石时，扭矩大，振 动大，停钻回拖几根钻杆，改变方向后再钻或拔出钻头，移位重新开钻。不能强行钻进，损坏 钻具，甚至将导向钻头丢失于钻 孔中
不能干钻导向孔，以免烧坏信号棒。
六、扩孔、清孔、铺管施工
扩孔钻具连接：动力头一钻杆一钻头一母拉鼻子一分动器一公拉鼻子 T钻杆。
扩孔、清孔、铺管施工步骤：
1、扩孔铺管；
2、扩孔、清孔铺管；
3、扩孔、清孔、清孔铺管。
铺一根小径管子，又是常见的粘土层、软土层，扩孔铺管。铺多根管子或者铺大径管 子，用扩孔钻头逐级扩孔，再清孔铺管。如果孔内残留的泥块、泥渣过多，铺管前要做一次或 两次清孔，有时可能要作多次清孔，再清孔铺管。以保证铺管的安全和高质量。如不重视清 孔，被铺管就有可能被挤压变形，甚至卡死、拉断。
可塑、软塑粘土层、污泥质地层扩孔，扩孔扭矩小；硬粘土层，含少 量豆石沙粒层扩孔， 强风化土层扩孔，大径扩孔，扩孔扭矩大；扭矩小，回拖速度快；扭矩大，回拖速度放慢。
铺设管道：铺管钻具联接，动力头一钻杆一钻头一母拉鼻子T分动器 T管子。
铺PE PV （管:铺设通讯、有线电视、电力、路灯、交通信号护管、煤 气管、天然气管、 供水管、排水管，大部分为PE、PV （管，连接头做法多种如：拉管器法：将管子扦入拉管 器，拧紧、卡紧螺栓。
穿牛鼻法：将一根长3m木塞打入管内，钻孔拴钢绳。
套网法：在管头塞入一根长6mm木塞，用铁钉固定木塞，套上钢丝网，再用铁丝固定钢丝 网。
单根钢绳法：把管子锯成四片，长5mm管内塞进一根长6m木塞，用 铁钉固定木塞。取 一根长2.8米，9钢丝绳，两头做O扎箍，套住管子，用铁丝固定。又将几根管子捆在一 起，前部扎成圆锥形。
套筒法：套筒塞入管内，钻孔，用2只M12螺栓固定。一次拉数根管子，管子捆成一体，回拖 拉管时，先开泥浆，待钻头拖入孔内时再转动钻头。在沙层铺管，回拖速度尽量放慢。
铺钢管
钢管自重回拖力计算：
F= 0.6 W = 3.14D
L 7.89

F一钢管自重回拖力（吨）
W-钢管重量（吨）
0.6 —钢管与土磨擦系数
D一钢直径（米）
钢壁厚（米）
L-钢长（米）
7.89 一钢的比重（吨/立方米）
公式为经验推算出来，未做实验。钢管拖入孔内，钢管的自重回拖力会更少。钢管自重回 拖力并非是钻机的回拖力。钢管自重回拖力要求小于钻机2/3的回拖力。
当钢自重回拖力（初拖力）接近、等于或略大于中小型钻机的回拖能力时，可用水槽浮力 法，滚动架法，吊起法来减少自重回拖力进行铺管，采用这些方法前提条件是成孔好，钻孔内 残留的钻屑少。
例：5mm壁厚7mm长2米钢管自重回拖力为
F=0.6*3.14*0.5*0.7*2*7.89=10.4吨力。
钢管弯曲埋深计算
铺设钢管时，要计算钢弯曲埋深，导向孔的曲率半径应大于钢管的曲率。
钢管才能顺利铺设成功。钢管的曲率半径R" 12 15D, D为钢管直 径。由钢管的曲 率半径，求出钢管弯曲埋深H值。举例说明，铺设一条煤气钢管，直径377毫米，壁厚6毫 米，穿越一条河流，穿越长度120米，要求 在河流中间埋深6米。试问钢管弯度埋深能达到要 求吗？
解：钢管的最小弯曲半径R
R= 120=120 （X 0.377=452.4 米
钢管弯曲圆周长L为
L= 2 畀 R= 2X 3. 14 X 452.4 = 2841 米
120米圆弧长夹角2a为
36Oo/2841 = 2a /120
a= 36Oo X 120/2 X 2481 = 7. 6Oo
A=?
Cos a= A/R A=RCos a= 452.4 X Cos7.60° =449.18 米
钢管弯曲埋深H?
H=R-A=452.4-449.18=3.22 米
钢管弯曲埋深3.22米，小于要求埋深6米，钢管铺设困难，需要开挖工 作坑，将钻机放 入工作坑内施工。
已知①377钢管要求埋深6米，问穿越长度多少米，才能达到要求埋深
钢管的最小弯曲半径R
R=12D=120 (0 0.377=452.4 米
钢管弯曲圆周长L为
L=2n R=2 X 3.14 X 452.4=2841 米
A= ？
A=R-H=452.4-6=446.4 米
a =?
Cos a= A/R=446.4/452.4= 0.98674
a =9.1050 2a =9.105 0X 2=18.21 18.21 0 的圆弧长为 X ?
2841/360o=X/18.21 0
X=2841 X 18.21 0/36=143.7 米
穿越长度143.7米
钢管头做成带拉鼻子的圆锥形，以减少钢管在孔内的阻力。
曲线孔内铺设大径钢管时，钻头扭矩较大，是因为钢管具有较强抗 弯钢度，迫使钻头偏离中心、线切削孔壁。
铺设特殊管铺设铸铁管，带喇叭水泥管、波纹管等，钻杆穿通管子，管前部做一个 圆锥形导向，管后部做一个圆端板，钻杆带动端板推着管子向前滑动。
七、扩孔、清孔、铺管技术难点
1、卡钻：卡钻是扩孔中常见技术的难点，遇到卡钻，分析判明原因后处理。与地下管 线相碰卡钻：退出钻头，拖回钻杆，钻机移位，重做导向孔。
杂填土中的砖块、石块卡钻：松脱扭矩，转动钻头，缓慢扩孔。杂填土中的大块石、卵 石、混凝土块卡钻：设法退出钻头，钻机移位重做，或挖出石块，继续扩孔。切莫蛮干，否 则会扭断钻杆，将钻具丢失孔内。大直径钻头扩孔，遇到硬粘土层，造成频繁卡钻：放慢扩 孔速度，回拖一根钻杆，需要1小时左右。钻头与树根相遇卡钻：松脱扭矩，缓慢回扩， 通过树根后又给进重新回扩，将树根粉碎，以防铺管时有障碍。
2、缩径：软土层扩孔，孔内容易产生缩径现象。钻杆卸下后，孔内水从钻杆倒流出， 说明孔内严重缩径。缩径严重时，被铺管会受到挤压变形，甚至卡死被铺管。遇到严重 缩径，加大一级钻头扩孔，再清孔铺管。或者 选用大比重泥浆护壁，保持成孔。轻微缩 径，一般多清一次孔即可铺管。
3、 坍孔：沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔，坍孔埋钻、卡钻、卡死被铺 管，造成路面下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁，可有效地防止坍孔。如果是块石 堆积处坍孔，只有将块石清除后方可继续扩孔。
4、流沙：流沙层扩孔，孔扩后不能形成完整的孔。流沙具有吸附力特性，给被铺管造 成阻力。选用重胶质泥浆扩孔，流沙与泥浆乳化，放慢回扩速度，让泥浆与流沙充分乳化， 流沙悬浮孔内，消除流沙吸附力。
5、管子变形：粘性强的粘土层扩孔，粘土形成块状残留在孔内，很难把它搅成泥浆。 铺管时，泥块堆积挤压，管子受挤压变形。铺管前多清一次孔再铺管。管子变形量少，试通 合格。管子变形量大，拖出管子修复，不能修复作报废处理。
6、管子卡死：孔内残留的泥块多，坍孔，缩径易造成被铺管子卡死在 孔内。在卡死 前，回拖压力表逐步上升，见到表针上升时，放慢回拖速度，加大泥浆量或继续旋转暂停 10分钟回拖，可避免管子卡死。管子卡死后，调推土机、挖土机将管子拖出或者钻机掉头 拖出管子。分析原因采取措施，重新清孔铺管。管子卡死，不能用钻机给进顶出管子，否 则，顶弯钻杆。扩孔、清孔、铺管要填写施工报表，施工报表格式如下：
扩孔清孔铺管施工报表
工程名称：工程地址：施工
日期：
施工单位：项目经理：机长:
时间
钻杆数
扭矩压力
回拖压力
备注

钻头直径、泥浆成份、用量

非开挖工程施工是一项高风险施工项目，要承担损伤地下管线、孔内故障、机械故障、 交通事故风险。