1、.臨濟管線張馬路-中林路管段更換工程施工定向鉆施工方案.二 0 一五年十一月二日定向鉆穿越施工方案由于本工程施工三條穿越，為保證施工工期，計劃安排兩臺鉆機同時施工，谷登GD1500-BL、GD900-BL 各一臺。1.定向鉆穿越施工流程測量放線鉆光纜管導向孔鉆機等設備安裝系統調校泥漿配置管道組對焊接（線路）回拖光纜套管無損檢測補口、補傷（線路）清管、試壓（線路）防腐層檢測便道修筑、作業帶清理及平整場地管道與鉆具連接鉆主管導向孔擴孔洗孔.2.施工前了解穿越點的地質情況和地形地貌，掌握穿越的結構、設計深度要求，進行技術交底，檢查施工穿越設備、配套設備及各種施工機具是否齊全完好，施工材料準備齊全，管

2、材檢驗合格并經監理工程師認可。穿越主管線使用正確，質量符合設計要求。3.按照施工計劃及時向業主、監理工程師、文物部門遞交施工方案，審批通過后辦理“穿越施工許可證”。4.查明穿越段地下是否有管道、電纜、光纜等障礙物。相關手續辦理完成以及征地協調工作完成后，進場施工。5.測量放線1)測量放線由參加接樁的測量工程師主持；測量儀器經法定計量部門校驗合格且在有效期內使用。2)依據設計平面圖、斷面圖、設計控制樁、水準標樁進行測量放線，采用GPS 定位，全站儀進行測量，測量放線中對測量控制樁全過程保護。.3)首先依據設計圖紙復核兩端控制樁的準確性，然后根據設計圖紙提供的兩端控制樁放出管道穿越中心線及鉆機位置

3、中心線，并在中心線上每隔50m 設加密樁。4)穿越中心線放線定樁后，放出主管道中心線，穿越管道應與穿越中心線成直線擺放，主管道布管中心線距穿越中心線3.5m，放線時還應放出兩端連接段的中心線。6考慮施工期間為保證施工場地的完好，需修筑施工便道及施工場地，修筑方式采用土工布鋪底，上方鋪設管排，部分松軟地段鋪設=20mm 鋼板。施工便道轉彎處需加寬，滿足15 米的轉彎半徑。7.入土點一端，場地按照50 米 50 米考慮，鉆機場地墊平壓實，保證鉆機、動力站、泥漿泵等設備的進場就位。泥漿池的尺寸為10m 10 2m，水池的尺寸為 10m 7m。8.出土點施工場地需修筑約6 米寬的進場道路，道路推平壓實

4、，滿足大型設備的進出場要求；出土點場地施工面積按40 30 米考慮。施工場地布置標準化，嚴格按照 HSE 標準要求進行施工，如下圖片為我公司穿越施工現場布置。.施工現場圖9.管道發送布置：穿越回拖管線采用發送支架和發送溝結合發送的方式。10.鉆機錨固、泥漿池在入土點、出土點分別挖砌排漿池和蓄水池各1 個，排漿池蓄水池尺寸為10m 10m2.6m，邊坡坡度 1：0.75，排漿池四周砌筑加固墻，坑內鋪墊防水塑料布。鉆機采用錨箱固定，錨箱布置在管道中心線上，距鉆機 0.5m 處，在鉆機場地挖 5.6m 3.2m 2.2m 錨坑 1 個，坑底做 300mm 中砂墊層和 150mm C20 素混凝土墊層

5、。在墊層上用磚砌筑4300mm 2200mm 的池壁，池壁四周外與周圍土壤間空余部分用混凝土澆注，將鋼制地錨箱吊入錨坑內。施工時鉆機下鋪墊=12mm 鋼板 60m2，鋼板與錨箱用 16#槽鋼連接焊接。拖管頭制作（參見圖）11.施工用水：用 DN65 消防水龍帶和潛水泵抽取淡水送入儲水罐中。12.鉆機就位：根據設計交底與施工圖放出鉆機場地控制線和設備擺放位置，確保鉆機中心線與入土點、出土點成一條直線。為保證放線準確性所用儀器應用GPS 定位。在存放鉆機、發電機、泥漿泵、泥漿罐等設備場地鋪墊雙層塑料布，將鉆機各部件組裝，試運行。測量控向參數：按操作規程標定控向參數并做好記錄。在管線中心線上至少選定

6、三個點測定磁方位角并采取防磁干擾的方法布置人工磁場。圖-2 60mm橢圓封頭325 圖-1 鉆機鋪墊鋼板20m 3m 錨箱.圖：測量控向13.泥漿配置：按地質情況編寫配置方案進行泥漿配置。泥漿是定向穿越中的關鍵因素，本穿越經過砂巖、泥巖等地層，對泥漿的護壁及攜帶能力提出了較高的要求，我們將采取以下措施：針對本工程為地質特點，我們選用優質的定向鉆專用土粉，配合加一定比例的添加劑，確定泥漿配制方案。這些泥漿配制方案都是針對地質預告得出的，若地質條件改變，其配制方案也隨之改變。1）將施工用水存入水罐，在水中加入純堿，加速粘土顆粒分散,提高水的 PH 值為 9.5 左右；2）鉆導向孔階段要求盡可能將孔

7、內的物質攜帶出孔外，同時維持孔壁穩定較長的時間，保持孔內泥漿面,減少鉆桿摩阻,保證導向孔順利完成。其基本配方是：膨潤土4%：高聚物 0.2%；潤滑劑 0.3%。3）預擴孔階段要求泥漿一定的動切力和良好的流動性,提高泥漿攜帶能力，其基本配方為：膨潤土 4%，高聚物 0.2%；潤滑劑 0.3%4）清孔和回拖階段要求泥漿具有很好的護壁、攜帶能力；同時還有很好的潤滑能力，減少摩阻；其基本配方如下膨潤土4%，高聚物 0.2%；潤滑劑 0.4%；各階段泥漿性能總體應符合下以下要求:.漏斗粘度表觀粘度動切力中壓失水備注45-55 10-14 15 3 為了便于泥漿工操作，根據上述泥漿配比要求，結合現場配漿設

8、備制定現場施工泥漿配比方案，以下配置方法不是固定不變的,施工中要根據地層及工藝狀況隨時調整泥漿配比.，各階段現場配泥漿配比如下表：階段每罐泥漿材料用量(35m3)彭潤土(袋)高分子聚合物(Kg)潤滑劑(Kg)單項壓力封閉劑（Kg）導向孔30-40 7-8 70-90 擴孔45-55 6-8 70-100 回拖20-30 5-6 90-100 5）根據地質資料情況，適時調正泥漿配制方案，在施工過程中根據不同的地層斷面及時平穩調整泥漿性能。根據之前施工經驗，泥漿粘度要達到90以上。14.鉆機試鉆：各動力、泥漿泵調試正常，鉆桿清理編號后試鉆，鉆進12 根鉆桿后檢查各部位運轉情況，各鉆進參數顯示正常后

9、依次鉆進。鉆導向孔控向，對穿越精度及工程成功至關重要，開鉆前仔細分析地質資料，確定控向方案，泥漿與司鉆重視每一個環節，認真分析各項參數，鉆導向孔要隨時對照地質資料及儀表參數分析成孔情況，達到出土準確，成孔良好。.圖：歷城區南水北調干渠穿越為防止鉆孔時導向孔與設計穿越曲線的偏移，控向采用目前國際最先進的P控向軟件（該軟件可直接用于對接穿越）和地面信標系統進行精準控向。當地面信標系統使用的電纜接通交流電后產生交變磁場，P軟件即通過四次采集交流線圈數據并分析這些頻率，并對導向探頭和線圈之間進行矢量計算，篩選和取平均值后，最后得出導向探頭精確位置。同時，在施工中嚴格按照施工規范，確保每根鉆桿的操作，符

10、合設計所規定的曲率半徑范圍。按設計穿越曲線繪制控向曲線，確定控向方案，并使用人工磁場鉆導向孔。鉆桿鉆進時每根鉆桿最大折角不超過 1.0，連續4 根鉆桿累加折角不超過3。導向孔的偏差應符合：導向孔曲線與設計曲線的偏移量半徑不應大于2m，出土點沿設計軸線的縱向偏差應不大于穿越長度的1/500，且不大于 2m；橫向偏差應不大于穿越長度的0.5，且不大于 6m。在開鉆前，準備萬能表格紙，在開鉆后，繪制鉆進導向孔的縱坐標曲線圖和橫坐標曲線圖，曲線圖（不得涂改）將作為永久保存竣工資料。導向孔曲線圖每一米取一個點（三維坐標）。穿越出、入土點的管線連接按每個焊口測一點（三維坐標）錄入數據庫。導向孔鉆進時，鉆具

11、組合為：91/2動力鉆具+65/8無磁鉆鋌+65/8 S-135 鉆桿。.圖：定向鉆穿越示意圖另外，針對本工程地質情況，我們在導向孔鉆進過程中，為防止鉆桿抱死，每隔300400 米處加一個泥漿分流器。主管線導向孔完成后，進行一遍修洗孔，洗孔時同樣每隔 300400 米處加一個泥漿分流器。15.鉆導向孔按設計穿越曲線繪制控向曲線，確定控向方案，并使用人工磁場鉆導向孔。鉆桿鉆進時每根鉆桿最大折角不超過0.5，連續4 根鉆桿累加折角不超過2。導向孔的偏差應符合：導向孔曲線與設計曲線的偏移量半徑不應大于2m，出土點沿設計軸線的縱向偏差應不大于穿越長度的 1，且控制在+5.5m-3m 之間；橫向偏差應控

12、制在 2m 之間；鉆頭準確出土后，拆卸鉆具并連接擴孔器。擴孔器入洞前噴射泥漿，以檢查水嘴是否暢通，一切無誤后開始擴孔作業。1）根據之前施工經驗以及地質資料，為確保工程順利施工，本工程擴孔采用增大擴孔直徑級別，按照標準 325mm管線擴孔至600mm 可滿足施工要求，但根據該條穿越實際情況，為防止巖屑在孔內堆積，出現卡管情況，擴孔級別增大至600mm。因此本標段管道穿越擬采用 4 級擴孔+1 級洗孔（根據實際情況可增加擴孔次數及洗孔次數）。2）在每級擴孔施工中，要認真觀察擴孔情況。如果發生擴孔不順暢等，要進行一次洗孔。3）根據地質情況及上一級擴孔情況，合理確定下一級的擴孔尺寸和擴孔器水嘴的數量和

13、直徑，.保證泥漿的壓力和流速，從而提高攜帶能力。圖：擴孔示意圖根據地質情況及上一級擴孔情況，合理確定下一級的擴孔尺寸和擴孔器水嘴的數量和直徑，保證泥漿的壓力和流速，從而提高攜帶能力，減少巖屑床的生成。根據施工實際扭矩和推拉力情況，確定洗孔級數。保證洗完孔后，扭矩和推拉力都正常，方準備回拖。16.管道回拖施1)對鉆機進行維護保養，對鉆具進行檢查，確保設備及鉆具完好。2)穿越擴孔施工前穿越管道按規定施工完畢檢驗合格。3)穿越管道回拖用發送架準備就緒。4)管道就位時避免與發送架亂碰，嚴禁損傷防腐層。5)管道回拖前，應使用電火花檢漏儀按設計要求的檢漏電壓全面檢查防腐層，如有損傷應及時修補。17.導向孔

14、鉆進完成，進行擴孔工作同時完成回拖管道的發送架擺放、擺管、墊管及沿線的防護工作。采用土袋和滑輪支架墊支，接觸面鋪墊膨潤土且抹黃油及澆水潤滑。當洗孔完成后，萬向旋轉接頭、“U”型環，即將 750 的巖石擴孔器與外徑 610mm 的鋼管用分動器連接，然后管線檢查合格后，用起重機將回拖管道角度與出土點角度順直（管道與出土.點不應出現夾角，如存在夾角，需重新變更穿越角度，或根據夾角大小調整管道角度，至少保證前 60 米順直）。在鉆機旋轉牽引下，拖入已成形的軌跡孔洞。拖管前檢查拖管頭要焊接牢固，并經檢驗確認無缺陷。要對管線進行全面檢查，確保防腐層無損。18.確保管線回拖成功的措施1）設備：采用大功率定向

15、鉆設備，上海谷登生產的GD61500-BL 型鉆機。2）本工程施工時采用S135 級 45/8鉆桿，從而降低鉆進過程中鉆桿事故的幾率，保證施工的連續性。3）泥漿配比：針對本工程砂礫地質，在泥漿配比嚴格按照泥漿工程師要求進行配比，泥漿粘度控制到90以上。4）擴孔技術：根據本工程地質資料以及對重慶定向鉆穿越的施工經驗，本次擴孔擴孔至950mm。5)確保導向孔平滑、順暢、滿足設計曲率半徑的要求，并避免出現S 彎。6)最后一次擴孔（清孔）前對鉆機等主要設備進行一次全面檢查和維護保養，拖管前再進行系統檢查，確保回拖過程中設備不出現問題。7)管線回拖采用發送支架的方式進行。8)及早做好拖管的各項準備工作，

16、在各項工作準備好后，再進行最后一次擴孔（清孔），盡量壓縮擴孔完成后和回拖前的停工時間，減少風險，若停工時間超過24 小時，需要再進行一次清孔后再回拖。9)調整好管道的入孔角度，與出土角保持一致，避免因管線彎曲造成應力過大而使回拖困難，根據施工實際情況，可將洞口沿軸線方向前挖20 米左右，以達到降低支撐高度，管道入洞容易的目的。10)通過調整泥漿性能，提高泥漿懸浮、攜帶、潤滑、固孔、堵漏等功效。適當增加聚合物含.量，提高泥漿的懸浮和固孔能力；加入泥漿流變劑，使泥漿在較高的粘度下保持良好的流動性，提高攜帶能力，降低粘滯力；加入潤滑劑減小摩阻，對上部砂層起到良好的封閉作用。11)在回拖時進行連續作業

17、，避免因停工造成卡鉆。回拖前仔細檢查旋轉接頭、連接頭、擴孔器的連接，確定連接牢固方可回拖，回拖時兩岸要加強聯系，協調配合將管線敷設到預定位置。12）在開鉆前精確測定各項原始控向參數,排除環境和人為影響因素,優選各項原始控向參數,盡可能接近原始控向參數的真實值,將誤差值控制在最小范圍內。13）在鉆機就位時，精確測量鉆機就位控制線，最大限度內確保鉆機軸線與管位中心線保持一致，以避免在鉆進過程中鉆頭軌跡偏離設計控制曲線。14）在鉆進過程中全角變化率（井斜和方位的變化）要盡可能小導向孔采用特殊剛性下部鉆具組合來防止井下失控，有利于于鉆孔曲線的圓滑。15）在鉆進、造斜時，嚴格控制井斜和方位的變化率，按照

18、設定參數進行微調，當傾角、方位受地層影響或調節過量時，不要急于每根都去調節，要根據現場情況判斷鉆頭的走向趨勢，其最終取三次數據采集的平均值，確保導向孔軌跡沿設定曲線鉆進，提高導向孔質量。16）根據地層變化情況，進一步優化鉆機推力、轉速和泥漿排量等技術參數。17）在鉆導向孔的過程中要密切注意控向參數變化，如發現數據異常時要及時調整，必要時布人工磁場進行校驗，確保鉆頭沿預定軌跡鉆進。18）當遇到障礙物及周圍環境因素可能對探頭產生影響，要提前沿穿越路徑布線圈，設定人工磁場，檢測探頭反饋數據是否準確，并及時作出調整。19）鉆導向孔時不能長時間停鉆，以防所鉆孔徑產生鍵槽，導致導向孔發生變形，影響導向孔的

19、質量；在擴孔和回拖過程中控制鉆進速度，不宜忽快忽慢、甚至停鉆，這樣會導致所擴孔徑嚴重變形，在軟硬交界的地層中尤為明顯，因此在施工過程中要保持勻速，當因故停鉆.時要定時活動井下鉆具。20）為了防止特殊不均勻地層及存在地層傾角容易跑偏、且不易調整的特點，本工程特使用1.75單彎螺桿動力鉆具，糾偏調節和破碎巖石效果好。21）定向設備采用美國因洛克公司生產的P有線控向系統，在整個穿越過程中采用地面人工磁場配合 P系統進行準確跟蹤定位，仔細分析測量數據，嚴格控制出土位置偏差。22）根據現場施工場地條件，沿穿越路徑在設計出土點附近布地人工磁場，并結合控向軟件反饋的磁場參數，控向工程師由此作出正確判斷，可使

20、得定向鉆出土點誤差控制在設計出土點允許范圍內。23）加深探孔深度，勘察設計穿越曲線以下地層是否為軟硬交替地質條件，若不是，建議穿越深度加大，避開不良地層；若仍為軟硬交替地層，導向孔鉆進時，采用美國P控向設備，及時糾偏，調整方位角，同時合理控制泥漿排量，使用環保泥漿。24）選用加重鉆桿V150 65/8鉆桿，增加鉆桿強度，避免鉆桿斷裂，做好泥漿配比，控制好泥漿排量。25）增加擴孔級別，同時擴孔完成后，對鉆孔進行修孔、洗孔，直到鉆機數據達到拖管要求，方可進行管線回拖，同時配置一套夯管錘，在鉆機拖力較大時，采用夯管助力的方式完成管線回拖。圖：管線回拖示意圖.26）回拖過程中，使用的泥漿必須符合規定的

21、要求，并與穿越段地質條件相匹配，保證孔內的光滑性；使用的泥漿量必須保證充滿整個孔洞，盡量在回拖時使管道在孔洞內處于漂浮狀態，減少管道在孔洞內與孔洞壁間的磨擦，防止在孔洞內管道防腐層被損傷。27）回拖必須連續進行，除非不可抗拒原因，中間不得停頓。28）管線防腐補口完成后，管線回拖前，在防腐帶的兩側分別用熱熔膠進行涂抹，避免在回拖過程中將防腐帶拉傷或折起。定向鉆穿越是一項風險性非常大的施工方法，地質資料不準，泥漿配比不合適，控制參數不當等較多因素都會導致出現卡鉆、塌孔、出土點偏差過大、管線無法回拖等問題，針對出現的不同問題應及時解決。19.剩余泥漿處理剩余泥漿的計算：根據以往施工經驗，鉆導向孔有2

22、8%左右的剩余泥漿，預擴孔有67%左右的剩余泥漿，回拖管線有 44%左右的剩余泥漿。即：剩余泥漿=（R12+R22+R102）L 67%+R鉆頭2 L 28%+R102 L 44%在入、出土點分別配置一套泥漿回收系統和泥漿泵，將出土點回收的泥漿用泥漿泵，通過鉆桿將泥漿回收到入土點儲漿罐。鉆進回流泥漿經泥漿池收集沉淀后用泥漿泵送至儲漿罐，沉淀棄渣約鉆進泥漿總量的15%用罐車送至當地環保部門指定的位置排放。焊口熱縮套環氧樹脂圖：熱熔膠涂抹保護熱縮套.圖：泥漿凈化回收系統20.穿越出土點偏差較大應對措施1)施工前做好穿越長度、出入土點標高和磁方位角的測量，尤其是磁方位角的測量誤差控制在 0.1范圍內

23、。2)若穿越場地周圍干擾因素過強，采用人工磁場輔助測量糾偏措施。21.穿越過程冒漿的應對措施1)詳細掌握地層巖土的不均勻性，制定不同地層穿越施工時的泥漿排量參數。2)施工過程中及時調整鉆進速度、泥漿排量和泥漿壓力。3)施工過程中避免越級擴孔和增加適量的添加劑。4)采用環保泥漿原料，及時處理因冒漿引發的問題。22.管孔塌孔的應對措施1)根據擴孔施工中扭矩的變化情況和返漿成分判斷成孔情況，調整泥漿配比，增大泥漿護壁功能攜帶泥沙能力。2)改變泥漿排量和鉆進速度。3)降低擴孔級差，增加擴孔次數。23.卡管應對措施.1)穿越曲線合理，最后一級擴孔時逐步增大潤滑劑比例，減少孔內摩擦阻力。2)調整穿越管道入

24、土角度，采用適合的管道發送方式。3)做好設備維護和易損件備貨，保證設備運轉正常。5)配備卷揚機、滑輪組和鋼絲繩等機具設備，出現卡管后及時將被卡管道拽出，重新穿越。拉力方向地錨滑輪組穿越主管解卡方向圖：采用滑輪組解卡示意圖6)在管道回拖時如遇到回拖力增加至超出預計的最大安全拉力時，可判斷為管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌導致抱管現象產生。出現此種情況時，可立即在管尾安裝夯管錘進行錘擊，使管道受到夯管錘的振擊后，擺脫穿越孔洞對其的束縛，從而回拖作業得以繼續進行。夯管錘的使用安裝如下圖所示。錘擊方向夯管錘穿越主管解卡方向圖：夯管錘安裝使用示意圖7)若單使用滑輪組尚不能將管道拽出，則可使用夯管錘與滑輪組的組合

25、方式進行解卡，具體的安裝使用示意圖如下圖所示：.拉力方向地錨滑輪組穿越主管解卡方向錘擊方向夯管錘圖：滑輪組與夯管錘結合使用解卡示意圖24.鉆桿斷裂應對措施施工過程中，若鉆桿發生斷裂，在分析確定斷裂位置后，采用打撈器的方式進行打撈，從而保證施工的快速恢復，確保鉆孔的正常鉆進。圖：打撈器圖24.HSE 管理為了達到規范施工，滿足設計和業主要求，有效地防止施工作業中的各種傷害，保護員工的安全和健康，防止對環境造成污染和破壞，創一流施工業績，在該項穿越工程施工中全面推行 HSE 管理。1）管道穿越工程施工應遵守國家和行業有關健康、安全與環境的法律、法規及相關規定。2）管道穿越工程施工應制定可行的施工作

26、業安全措施和應急預案，配備足夠的應急資源并進.行應急演練。3）做好施工交通安全管理工作，運輸機械應定期保養，各機械部件運轉安全可靠。4）施工中應佩戴防護服、安全帽、目鏡和工作鞋等勞保用品。5）管道穿越工程施工應限制在施工便道及施工作業帶的占地寬度內。應對表層土、水源、風景、自然保護區、文物古跡和化石資源、野生動物等進行保護。棄渣、施工廢棄物應按要求進行處理，并避免泄露和揚塵。6）施工中造成的土地、植被等原始地貌、地表的破壞，應按設計要求予以恢復。7）施工中配電箱應放置在避水、干燥的地方，且接地良好，并應密封。應設專人管理并定期檢查、維修和保養，不應私自亂接電源。8）施工中應采取措施減少施工噪音

27、和振動。9）穿越施工作業區應設置安全警戒區，防止無關人員進入穿越施工現場，避免發生安全事故。10）建立各項安全制度，設專職人員做巡回檢查施工范圍內線路和安全防護，各工種間加強協作，互相配合，統一指揮，做好交接班記錄，避免接班人員情況不明，盲目施工。11）穿越施工要由專業起重工指揮吊裝，要采用通俗、易懂的專業手勢、旗語等，要平衡操作，嚴格遵守安全管理條例。12）定向穿越鉆機油管接頭要經常檢查，防止工作時松動。13）如發現機械設備有故障或有其它因素影響時，應暫停施工，待設備維修正常運轉后，繼續鉆進。.25.施工區域平面圖穿越道路325 管道管 線 預制場地出土點場地40m*30m 鉆機場地50m*50m 主管出土點主管入土點.26.定向鉆穿越工程施工現場平面布置圖施工現場 平 面 布 置 圖50m 50m 4 3 2 6 7 7 8 9 9 11 1 10 5 9 主管入土點.編號說明：1-鉆機 2-控向室 3-動力源 4-發電機 5-柴油罐 6-泥漿泵 7-儲漿罐 8-配漿罐 9-工具房 10-吊車 11-鉆桿