大直径钢管定向钻对穿钻孔拖拉法安装施工方法与流程

1.本发明涉及钻孔施工领域，具体为大直径钢管定向钻对穿钻孔拖拉法安装施工方法。


背景技术：

2.旋挖钻机作为钻孔灌注桩施工中一种较为先进的施工机械，在钻孔桩施工领域显示出明显的优越性。与普通冲孔桩机相比，旋挖钻机成孔速度快、地层适用范围广、桩对位方便准确、环保污染小，施工取得了良好的效果。
3.授权公告号为cn109723373b的申请文件一种微风化花岗岩地层旋挖钻孔灌注桩成孔施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：清除设计桩位范围内场地的杂物，平整施工场地，保证旋挖钻机底座场地平整和夯实；步骤s2：根据设计图纸，现场测量放样定出桩位中心；步骤s3：护筒埋设；步骤s4：钻孔桩成孔；步骤s5：钢筋笼吊装；步骤s6：下放导管；步骤s7：浇筑水下混凝土。本发明采用牙轮筒式取芯钻头进行微风化岩层钻孔桩施工，解决了用旋挖钻机在微风化岩地层施工困难的问题，达到了微风化岩地层快速施工的目的；通过采用各种旋挖钻头混合搭配使用，使旋挖钻机在复杂地层能快速成孔，大大加快了成孔效率。
4.但是中粗砂层长距离钻孔中，为提高钻孔效率常采用双向对钻的方式，但是由于钻孔中钻机钻动方向具有不确定性，易出现钻孔差距，导致两条通道相互偏移。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供大直径钢管定向钻对穿钻孔拖拉法安装施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.大直径钢管定向钻对穿钻孔拖拉法安装施工方法，包括如下步骤：
8.s1.施工准备，包括编制对穿钻孔施工方案、组织施工人员熟悉施工图纸、图纸会审、编制焊接操作规程及作业指导书、物资准备、施工人员准备、机具及设备准备、施工现场准备；
9.s2.测量放线，测量前，根据设计编制施工场地平面布置图，用测量仪器放出穿越中心线，并确定穿越入土点、出土点，确定钻机安装场地、泥浆池以及穿越管段预制场地的边界线；
10.s3.控向系统调校，采用paratrackii控向软件和地面信标系统进行精准控向；
11.s4.钻导向孔,包括导向孔钻杆选择，根据地质情况，选择合适的钻头和地下泥浆马达，钻杆钻进相对稳定的砂层时，沿着钻杆钻入支撑套管，使套管经过淤泥层、沙卵砾石地层等进入相对稳定的砂层，开动泥浆泵对准入土点进行钻进,钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层,不断前进,每钻完一根钻杆根据无磁钻铤内的探头反馈的数据准确测量钻头的实际位置,对于钻头位置偏差,钻动钻杆使泥浆马达方向短节推进不同的
方向,调整钻头的钻进方向,保证所完成的导向孔曲线偏差不大于1％；
12.导向孔对接，在地表沿穿越曲线中心线人工铺设电缆，给电缆通交流电即可产生供控向用的人工磁场，引导钻头在通过河流深水区段时的方向控制，两台钻机的钻头钻至预定对接点，当两台钻机到达指定位置时，由入土点钻机的探头感应出土点钻机钻头短节内安装的目标磁铁发出的磁信号，两台钻机协调操作，入土点钻机钻进，出土点钻机回抽钻杆，直至两台钻机的导向孔完全吻合；
13.s5.扩孔、清孔，导向孔完成后，卸掉钻头和探测棒，安装相应的扩孔器，确定扩孔器、泥浆喷孔没有堵塞后开始扩孔，扩孔不顺畅时，需要清孔；
14.s6.回拖管线，回拖管道钻具：钻机、钻杆、扩孔器、万向节、u型环、拖拉头、穿越管段；
15.优选的，钻导向孔、扩孔、清孔、管线回拖中均需泥浆，泥浆采用cmc体系制备，由加料漏斗、水化罐、配浆罐按照泥浆配方进行小循环配浆，经过循环搅拌后导入储浆罐，配备三套泥浆混配加料系统，增加循环管路长度，延长膨润土及添加剂的熟化和混合时间，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。
16.优选的，用于配比泥浆的水ph值为9-10，水质不合格的用纯碱预先处理。
17.优选的，管道焊接步骤如下：
18.焊接方法采用纤维素型焊条根焊 自保护药芯焊丝半自动焊填焊、盖面；
19.焊接方向为下向焊，每层焊道焊工数为2名，同时施焊时，为防止焊花飞溅伤人，应有必要的防护措施；
20.根焊与填充焊时间间隔不大于10min，层间温度控制在50℃～150℃，返修层间温度为100℃～200℃；
21.管道焊接时，采取有效措施防止管内通风；
22.现场焊接时，有关接头设计、焊接层数、焊接工艺参数、焊后缓冷严格按照焊接工艺规程执行。
23.优选的，焊接后的管道在探伤检验合格后做水压试验，试压合格后请监理认证并作好记录,然后放净管线中的水。
24.优选的，导向孔对接中，
25.在地面沿穿越中心线铺设电缆，接交流电，产生交流磁场；
26.在穿越曲线的出、入土两端分别安装钻机，两台钻机沿预定穿越曲线进行相对方向的导向孔施工，导向孔施工时应用上一步骤所产生的人工交流磁场，在深水区域结合使用交流基准磁块；
27.对接点选择在穿越曲线的水平直线段，对接距离为100m，入土点钻杆上的磁铁探头逼近出土点钻机的目标磁铁探头，当两者在5m范围内时，根据探头采集的磁信号，由计算机计算出两个导向孔之间的准确偏差，依据偏差，入土点钻机一边采集出土点钻机轴向磁铁的磁信号，一边利用采集的磁信号控制钻进方向减小偏差，使之逐步向出土点钻机已形成的导向孔平缓趋进，直至钻进至出土点钻机导向孔内，进行精确的对接动作；
28.出土点钻机钻杆后退，入土点钻杆跟进，直至两个钻机的穿越曲线连通。
29.优选的，铺设电缆时，在无法铺设电缆的深水区域，将交流基准磁块放置在穿越中心线上。
30.优选的，扩孔同时，完成回拖管道的开挖漂浮沟、摆管、垫管及沿线的防护。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.1、通过铺设电缆，产生人工磁场，作为底面信标，由钻头短接内安装轴向磁铁，引导主钻机钻头钻进，实现定向钻孔，避免由于钻头偏移造成钻孔偏移，影响钻进效率；
33.2、针对中粗砂层超长距离大直径钢管定向钻对穿钻孔拖拉法安装施工，泥浆制备采用cmc体系，由加料漏斗、水化罐、配浆罐按照泥浆配方进行小循环配浆，经过循环搅拌后导入储浆罐，配备三套泥浆混配加料系统，增加循环管路长度，延长膨润土及添加剂的熟化和混合时间，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆，适用于中粗砂层地质。
附图说明
34.图1为本发明的施工工艺流程图。
具体实施方式
35.实施例
36.大直径钢管定向钻对穿钻孔拖拉法安装施工方法，施工地质为中粗砂层，钻孔长度为长距离钻孔。
37.结合图1，施工步骤如下：
38.技术准备
39.根据设计交桩线位，组织工程技术人员和测量人员对现场进行详细勘察，充分了解中粗砂层分布及地质构造，编制详细的中粗砂层的穿越施工方案；组织技术人员熟悉掌握工程施工图纸、技术要求、施工验收标准规范，进行图纸会审工作，提出并解决图纸中存在的问题，组织有关人员根据焊接工艺评定，编制焊接操作规程及作业指导书；
40.物资准备：了解当地物资供应情况，在需要物质供应时，可以随时调拨，施工用主材选择国内信誉佳、质量好的单位购买，施工所需的大量消耗性物资，如角向磨光机、砂轮片、膨润土、信号线和各种专用进口机具设备的配件等先行购买储备，以保证施工需要；
41.施工人员、机具及设备准备：根据穿越工程的需要，对于焊工、起重工、管工、控向工和泥浆工等主要工种进行培训，学习本工程的安全技术要求和各工种应执行的操作规程、质量标准、作业指导书，并通过考试，做到持证上岗，根据工程的施工安排和公司的整体施工计划，对即将投入穿越工程施工的水平定向钻机保养，确保设备的正常运转；
42.施工现场准备：熟悉现场地形地貌，提前规划大型施工设备进场路线，做好现场四通一平。
43.测量放线
44.测量放线前，根据设计给出的控制桩位、设备情况、工程情况、地形地貌等编制施工场地平面布置图；用测量仪器放出穿越中心线，并确定穿越入土点、出土点，确定钻机安装场地、泥浆池以及穿越管段预制场地的边界线。
45.控向系统采用paratrack ii控向软件和地面信标系统进行精准控向，引导钻头正确钻进的方向，控向系统合理引导，钻头按设计曲线钻进，当出土点钻机抵达对接区域时，启动出土点钻机钻头短节内安装的轴向磁铁，引导入土点钻机钻头钻进，直至钻进至出土点钻机导向孔；开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，重视泥浆配置与钻机操作的各个
环节，认真分析各项参数，钻出符合要求的导向孔，导向孔施工要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，做好中粗砂层穿越分析，达到出土准确，成孔良好。
46.钻导向孔
47.包括导向孔钻杆选择，5
″
钻杆在通常情况下钻导向孔的距离都能超过1300米,5-1/2和6-5/8钻杆轴惯性矩分别与5
″
钻杆轴惯性矩的比值为1.328和2.454，在忽略钻杆外径变化对摩擦阻力的影响，则采用5-1/2
″
钻杆则可达到1726.4米，而采用6-5/8
″
钻杆则可以达到3190.2米，导向孔施工中，存在的主要问题是由于钻杆的强度有限，在较大的推力条件下，常常发生钻杆屈曲断裂现象，因此，根据不同钻杆所能承受的杆体抗拉能力及抗扭能力结合钻机最大回拖力计算选择最合适的钻杆；
48.地表层为结构松散的沙卵砾石和淤泥地层结构，钻杆钻进相对稳定的砂层时，沿着钻杆钻入支撑套管，使套管经过淤泥层、沙卵砾石地层等进入相对稳定的砂层，一方面，钻头对接完成以后，对接钻杆经过水平段进入支撑套管，解决了由于无磁钻铤过重而无法沿设计曲线顺利出土的问题，另一方面，解决了钻杆入土后的稳定性，保证了钻进的顺利实施；
49.根据穿越的地质情况,选择合适的钻头和地下泥浆马达,开动泥浆泵对准入土点进行钻进,钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层,带动钻头旋转不断前进,或使用泥浆马达切削地层，每钻完一根钻杆根据无磁钻铤内的探头反馈的数据准确测量钻头的实际位置,对于钻头位置偏差,钻动钻杆使泥浆马达方向短节推进不同的方向,调整钻头的钻进方向,保证所完成的导向孔曲线偏差不大于1％。
50.导向孔对接
51.在穿越过程中进行对接，采用paratrack ii控向软件和地面信标系统进行精准控向，在进行导向孔施工时，在地表沿穿越曲线中心线人工铺设电缆，给电缆通交流电即可产生供控向用的人工磁场，引导钻头在通过河流深水区段时的方向控制，两台钻机的钻头钻至预定对接点，当两台钻机到达指定位置时，由入土点钻机的探头感应出土点钻机钻头短节内安装的目标磁铁发出的磁信号，两台钻机协调操作，入土点钻机钻进，出土点钻机回抽钻杆，直至两台钻机的导向孔完全吻合；
52.对接点选择在穿越曲线的水平直线段，对接距离为100m，入土点钻杆上的磁铁探头逼近出土点钻机的目标磁铁探头，当两者在5m范围内时，根据探头采集的磁信号，由计算机计算出两个导向孔之间的准确偏差，依据偏差，入土点钻机一边采集出土点钻机轴向磁铁的磁信号，一边利用采集的磁信号控制钻进方向减小偏差，使之逐步向出土点钻机已形成的导向孔平缓趋进，直至钻进至出土点钻机导向孔内，进行精确的对接动作，出土点钻机钻杆后退，入土点钻杆跟进，直至两个钻机的穿越曲线完全合二为一，对接穿越时，入土点钻机和出土点钻机应协调匀速的同时操作，保证两钻头始终处于握手状态，确保导向孔对接成功，导向孔施工完成，钻机进行孔洞的各级预扩孔施工。
53.导向孔对接中应当注意：对接点的选择要尽量选择在水平轨迹处，并尽量靠近出土点端；在导向孔造斜段时，钻头选择工具面零度角快推；泥浆排量不能超过1.3m3/min，在造斜抬头段减少泥浆量；在推进的过程中，一定要随时观察推力、倾斜角、方位角等参数，与之前钻进中测得的同位置的参数进行比较，如果有大的变化应分析原因并处理。
54.扩孔
55.导向孔完成后，卸掉钻头和探测棒，安装相应的扩孔器，确定扩孔器、泥浆喷孔没有堵塞后开始扩孔，扩孔器和钻杆必须确保连接到位、牢固可靠才可回扩，防止回扩过程中发生脱扣事故，常用的扩孔器有桶式扩孔器、板式扩孔器；在每级扩孔施工中，要认真观察扩孔情况，如果发生扩孔不顺畅等问题，要进行洗孔，采用桶式扩孔器进行洗孔操作。
56.管道回拖
57.回拖是定向穿越的最后一步，也是最为关键的一步，回拖管道钻具：钻机 钻杆 扩孔器 万向节 u型环 拖拉头 穿越管段；进行扩孔工作的同时完成回拖管道的开挖漂浮沟、摆管、垫管及沿线的防护工作。管头摆放距出土点约20米，为更好的保护好管道防腐层，多数采用开挖漂浮沟的方式，对不可开挖地块，采用滚轮支架发送。
58.在泥浆制备中采用cmc体系，由加料漏斗、水化罐、配浆罐按照泥浆配方进行小循环配浆，经过循环搅拌后导入储浆罐，配备三套泥浆混配加料系统，增加循环管路长度，延长膨润土及添加剂的熟化和混合时间，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆，结合中粗砂层地质，用于配比泥浆的水不宜过硬，不宜偏酸性，遇到水质不合格的应用纯碱预先处理，ph值达到9-10。
59.管道焊接，焊接方法采用纤维素型焊条根焊 自保护药芯焊丝半自动焊填焊、盖面；焊接方向为下向焊，每层焊道焊工数为2名，同时施焊时，为防止焊花飞溅伤人，应有必要的防护措施；根焊与填充焊时间间隔不大于10min，层间温度控制在50℃～150℃，返修层间温度为100℃～200℃；管子焊接时，采取有效措施防止管内通风；现场焊接时，有关接头设计、焊接层数、焊接工艺参数、焊后缓冷严格按照焊接工艺规程执行；
60.焊接前探伤检验，探伤减压合格后做水压试验，管道按设计及规范进行清管及强度和严密性试压，试压介质为无腐蚀性洁净水，可将排浆坑作为蓄水池，注满水后沉淀泥沙，用铁丝网将水上漂浮物过滤后在泵前加过滤网进行上水。试压合格后请监理认证并作好记录,然后放净管线中的水。