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某工业园道路及生活污水排水工程施工组织设计

1.2管道定向钻进总体布置

管道定向钻进总体布置如图1所示。

2.1临时设施、水源、动力准备

JCT746-2007标准下载a.现场施工人员的办公、住宿房采用临时租用民房；

b.施工用电量约需20KW；

c.施工用水就近接通城市供水管；

d.临时排污：施工污水无污染，可就地经沉淀池沉淀后排入污水管道。2.2材料准备

本工程采用水平定向钻方式铺管，管材采用HDPE管，由于水平定向钻进、长距离穿越铺管工程需24小时连续施工，工程开工前，管材、各种焊材提前到场。

动力头输出速度：0～100r/min

额定回转扭矩：9000N.M

主机自重：6.5T，外形尺寸：5600×2300×2230mm

泥浆循环系统容量：1.7m3最大推力（KN）：230

最大回拉力（KN）：210扭矩（Nm）：9000

DDW—210型非开挖导向铺管钻机性能参数

Φ110～Φ840分级

Φ73×80×3000

⑴公司将全面负责协调工程质量进度，组织强有力的现场管理部，全面负责本工程的施工、进度、技术、安全及文明施工等工作。

⑵项目部每周主持现场办公会议，解决施工中存在问题，确保工程顺利进行。

⑶项目经理用五日计划来控制每日进度，确保按计划实施。

工程项目管理组织及岗位责任框图

全面控制施工质量和进度

项目副经理兼，负责指挥生产工作

负责全班施工，协调各工序间操作

负责维修使机械正常运转

本管道由于埋深较深，所以施工工期计划为90天。详见施工进度计划网络图。

a.根据工程量及地质情况，配备足够数量施工机械，人力，以保证工期按计划完成。

b.进场后调试好机械，备足备件，保证施工机械无故障。

c.项目经理五天编制施工计划，以控制每日进度，协调好关系。

d.合理、科学的组织各段的施工顺序，求高效率。

水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管。

（1）地层勘探及地下管线探测

地层勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。其内容包括：土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等。可采用查资料、开挖和钻探方法获取。

地下管线探测主要了解有关地下已有管线和其它埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。一般采用物探法，按其定位原理分为：电磁法、直流电法、磁法、地震波法和红外辐射法等。

（2）钻进轨迹的规划与设计

导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管线的性能等，给出最佳钻孔路线。

目前我单位有制造商提供钻机轨迹规划设计软件，通过采集所需的全部信息，利用计算机进行最优化钻孔轨迹。大大提高了轨迹的科学性和施工效率。

钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。钻液具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。

在不同的地质条件下，需要不同成份的钻液。钻液由水、膨润土和聚合物组成。施工中用水做钻液的主要成份，膨润土和聚合物用做钻液添加剂。钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。

本工程施工中施工人员配制适合地层性能的钻液，在类似工程中我们已能够熟练正确使用钻液。特别是当施工中遇到不同地层时，能及时调整钻液的性能以适应工程要求。

钻导向孔的关键技术是钻机、钻具的选择和钻进过程的监测和控制。可根据不同的地质条件以及工程的具体情况，选择合适的钻机、钻具和钻进方法来完成导向孔的钻进。

导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。通过人机协调控制，严格按已设计的轨迹完成导向孔施工。钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的；钻头板以及安装板上的钻牙，在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用，在钻杆推进时起变向作用；发射器容纳管用来放置发射器，在容纳管上开有通磁槽，并用非金属材料密封以防止高压钻液进入，发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。导向钻头的组成部分如图2所示。

钻机与钻具的选择：钻孔主要靠钻机产生的推力、旋转扭矩以及所提供的钻液的流量、压力来完成施工。特别是长距离穿越，一方面，由于管线及钻杆自重较重，钻杆与地层之间产生的摩擦阻力较大，因此，钻机的回拉力及扭矩必须足够大；另一方面，为了确保本工程的顺利进行，应尽量避免工程施工中途停钻，钻机连续运转时间相对较长，就必须要求钻机具有良好的性能，因此，在我单位的技术人员的研讨下特意为本工程似定了一台适合本工程地理条件的钻机。

在回拉扩孔铺管施工中的关键技术是根据不同的土层、地下水位以及最终成孔直径正确地选择回扩钻具和每次的进刀量，正确的选配钻液和确定钻液的流量。

当导向孔钻进完成后，卸下导向钻头、发射器容纳管，接上反向扩孔钻头和旋转接头，然后在旋转接头后接上回拉钻杆，进行回拉扩孔钻进。对直径较大的孔，可进行多次扩孔钻进，使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。扩孔钻具如图3所示。

扩孔器类型有桶式、飞旋式、刮刀式等：穿越淤泥黏土等松软地层时，选择桶式扩孔器较适宜，扩孔器通过旋转，将淤泥挤压到孔壁四周，起到很好的固孔作用；当地层较硬时，选择飞旋或刮刀式扩孔器成孔较好。一般要求选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的1.2～1.5倍，这样能够保持泥浆流动畅通，保证管线能安全、顺利的拖入孔中。

水平定向钻进铺管中，泥浆作用尤其重要，因此钻孔中不可缺少泥浆。一般地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间的摩擦力增大，导致拉力增大。要保持在整个钻进过程中有返浆，这对回拉扩孔施工的顺利进行尤其重要，在本工程中如遇到地层条件是硬岩、泥灰岩和砾石交替变化，施工技术人员可及时调整钻液以产生不同的泥浆。

当扩孔钻进完成后，在回拉钻杆后接上回扩头和旋转接头，在旋转接头后接上拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。回拉铺管的钻具组成如图4所示。

根据施工图纸要求和现场踏勘情况，放出入土点、出土点和管线中心轴线的位置，在入土点端测量并确定钻机安装位置。同时，确定穿越管道东、西两侧管头的具体位置。

为了施工过程中不能出现任何差错。因此首先对施工区域进行地下障碍物探测，对穿越沿线进行详细地质勘查，采取有效地措施确保穿越施工的顺利进行。

4.2工作坑和接收坑施工

工作坑和接收坑是在现场无场地条件安放机械设备的情况下设置，其结构可采用逆作法施工。工作坑是穿越施工的临时设施，根据本工程的要求，工作坑采用逆作法施工，其规格：基坑内空尺寸为3000×1200mm，深为3000mm；接收坑也采用钢筋混凝土沉井施工，其基坑内空尺寸为6000×1200mm。

沿作业带将HDPE管顺序摆放、首尾错开，以便组对焊接；焊接采用热熔焊方式。在管线回拖前可进行水压严密性试验和清通。试验压力0.2Mpa，稳压10分钟；压力不下降为合格。

①钻机安装在入土点和出土点的连线上。钻机导轨与水平面的夹角一般比设计的入土角大1°。因为在钻孔时，钻杆来回抽动，钻杆要下沉，所以事先留1°的余量。

②钻机安装牢固、平稳，经检验合格后进行试运转，并根据穿越管径的大小、长度和钻具的承载能力调整拖拉力。

③对控向系统进行仔细准确校正，校正至完全准确。

钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。钻液具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。

①采用清洁的淡水来配制泥浆，用水量为1.5m3/min。

②泥浆由膨润土加泥浆添加剂与水搅拌而成。

③泥浆的粘度符合下列要求：

a.根据地质情况和管径大小确定泥浆粘度。

b.采用马氏漏斗测量泥浆粘度，每两小时测一次。

4.6钻液混合搅拌与泵送系统

（1）钻液混合搅拌与泵送系统是钻机施工系统的重要组成部分。混合搅拌系统是将水、膨润土、聚合物等按一定比例加入混合仓，而后进行充分搅拌形成钻液。泵送系统是由钻液泵将钻液通过中空钻杆输送至孔底钻头，并与孔中钻屑混合形成泥浆在孔底流动。其发展趋势是能够回收泥浆，经再生处理可反复循环使用，既节省资源又实现环保。

搅拌系统应具有搅拌快速均匀、提供大流量泥浆、可调节泥浆配比、搅拌与输送同时进行等功能，搅拌系统装置包括料斗、汽油机泵、搅拌罐、车载泥浆泵、相关管路等。

（2）水平定向钻的泥浆泵送系统由随车泥浆系统与泥浆搅拌系统组成；泥浆搅拌系统用于泥浆混配、搅拌、向随车泥浆系统提供泥浆，随车泥浆系统将泥浆加压，通过动力头、钻杆、钻头打入孔内，以稳定孔壁，降低回转扭矩、拉管阻力，冷却钻头、发射探头，清除钻进产生的土屑等。

4.6.1泥浆污染的防范措施

泥浆是水平定向穿越的血液。其主要功能包括润滑、冷却钻头钻具、稳定孔壁和悬浮、携带泥屑等。由于在较大口径管道的水平定向穿越泥浆使用量非常之大（一般都在3000m3/条次以上），除出、入土两端的泥浆池存储的泥浆需要之外，穿越沿程的冒将、跑浆可能造成路面的污染。

因此，在施工中主要的防范措施是控制泥浆压力、减少泥浆总量、及时清收和控制跑冒的泥浆，选择适宜的弃浆场所，有效地覆盖作业场地。

泥浆循环、处理泥浆程序见框图所示。

出、入土端泥浆坑内的泥浆用返输泵分别通过循环管或直接返输进泥浆处理装置，经过处理后的部分清浆可以重复使用。弃渣外运至当地有关部门指定的地点存放。如对穿越沿线由于地层或其它原因造成的跑、冒泥浆，采用人工及时清收或就地控制，最后统一处理。

4.7导向孔钻进、回扩和管线回拖

a．导向孔根据设计曲线钻进。施工过程中，谨慎处理控向数据，并适当控制钻进速度，保证导向孔光滑，钻孔导向剖面示意图如图5所示。

b.每根钻杆折角约为0.27度；由于每根钻杆方向改变量较小，为保证左右方向，在出、入土点之间每隔10米设一明显标记。每钻进一根钻杆，方向探测3次。对探测点要做好标记。认真记录钻进过程中的扭矩、推力、泥浆流量、泥浆压力、方向改变量。

c.导向孔完成后，根据钻孔轨迹和数据记录，确定此导向孔是否可用。导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不大于2m。出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的1%，横向偏差不大于穿越长度的1%。

钻孔导向完成后，采用分级反拉旋转扩孔成孔292钢结构埋弧自动焊接工程施工工艺标准，分别采用D300、D550、D800钻头分级反扩成孔。扩孔剖面示意图如图6所示。

在本工程中将采用带长槽回扩头它适用于普遍的工程条件，在中密度粘土、砾泥粘土和含岩土壤（砾石、鹅卵石等）中施工，兼有飞旋刀式切割器和锥形挤扩器的复合功能，具有很高的施工效率。如图7所示。

扩孔结束后，立即进行管线回拖，管线回拖施工连续进行直至回拖到设计位置。管道回拖剖面示意图8所示。

采用先进的导向探测仪对地下钻头的前后倾角、深度、导向板面向角等进行测量，根据测量结果人为预定其导进方向，并不断地调整钻头面角进行推进或继续钻进。

在钻进导向孔时能否按设计轨迹钻进，钻头的准确定位及变向控制非常重要。钻进过程中对钻头的监测方法主要通过随钻测量（MWD）技术获取孔底钻头的有关信息。孔底信号传送的方法主要有：电缆法和电磁波法。电磁波法的测量范围较小，一般在300m以内水平发射距离QX／T 597-2021 区域性干旱过程监测评估方法.pdf，测量深度在15m左右。电磁波法测量的原理为：在导向钻头中安装发射器，通过地面接收器，测得钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况等参数，将测得参数与钻孔轨迹进行对比，以便及时纠正。地面接收器具有显示与发射功能，将接收到的孔底信息无线传送至钻机的接收器并显示，以便操作手能控制钻机按正确的轨迹钻进。

4.7.4.2钻孔轨迹的控制

钻进的轨迹一般考虑以下三方面的要求：