地下管线定向钻进技术.docx

燃气管线定向钻进技术规范施工场地探测技术指南5、施工场地探测技术指南5.1 目的为了规范定向钻进管线铺设施工工程的施工场地探测技术要求，提供确保施工安全和施工质量的基础资料，特制定本指南。定向穿越的施工精度对公共管线安全是非常重要的。对与定向穿越有关的以下内容必须掌握，包括：已有地下管线的定位方法、探测仪器的选择、探测仪器的操作和计算的方法。定向钻进承包商经常被要求在以前已钻进铺设过管线的附近再铺设新管线。工程技术人员应能解释所有得到的数据，因而新管线才能安全地完成，而不会损害已有的地下管线。5.2 范围本指南适用于探测定向钻进管线铺设施工场地的所有地下管线、地下构筑物、地面建筑物及其它可能影响施工的全部地上、地下设施（物体）。本指南所指“定向钻进管线铺设施工场地”包括：所需施工的地下管线区域、设备放置区域、工作人员活动区域。项目委托人应找到并提供所有已有地下管线的位置，但是承包人在施工前，有义务进行核实和现场验证。5.3 职责定向钻进管线铺设工程项目的定位与导向探测岗位人员负责现场探测操作、绘制现场探测草图、填写探测记录，并对探测质量负直接责任。工程项目技术负责人负责监督、检查探测工作，审核图纸和记录，并对探测质量负间接责任。工程项目经理对探测质量负领导责任。5.4 操作程序与规程5.4.1 施工前的设计采用图纸定位已有地下管线对任何成功穿越工程来说，设计步骤是非常关键的。工程初始调查时应有一份综合的地面建筑物及地下管线汇编图，以用于正确设计钻进的基准线。对已有地下管线初勘的精度是以后铺设精度的基础。在极个别情况下，资料不充分的铺设施工可能产生对财产的损坏和对生命的伤害。地下管线工程（SUE）技术的推广应用，提供了更好的绘制地下管线图纸的方法。对工地条件的掌握程度，表明了确定地下管线准确位置的努力和花费。开始，设计者是依据业主资料和已有地下中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范35管线图纸，进行定向钻进钻孔轨迹的规划设计。5.4.2 探测仪器与技术方法5.4.2.1 管线探测仪在开挖揭露地下管线之前，管线探测仪的使用对了解管线深度提供了很好的方法。典型的管线探测仪利用电磁定位。当金属线中通以电流时，就会产生电磁场并从线中散发出去。信号用管线探测仪探测。没有电流时就不能确定位置。非金属体（如塑料或PVC 管）不能导电，应采用其他定位方法。由管线上的发射器发出的信号，可激发电流，产生可识别的信号。当选择了一个信号频率时，知道高频比低频更容易使管线产生电偶，这很重要。高频比低频向外散发得更多，从而有“溢出”趋势，当与附近其它线路形成电偶时，有造成定位错误的可能。低频通常比高频传得更远。有些发射器能调节输出功率，更高的输出功率能增强信号强度，使信号沿管线传得更远。更高的信号强度也能提高“溢出”的可能。高功率设置可影响分辨出单条线路的能力。被动的信号是在管线中“自然”的电磁信号。若有电流，电力和有线电视同轴缆线都能产生可探测的信号。当在埋有高压电力线的附近工作时，应考虑非常危险。在没有电流时，电力线不能产生可探测信号。由被动的信号评价的深度不可靠，应该不被重视。5.4.2.2 探地雷达(GPR)GPR 通过向地下发射无线电波，用接收器记录反射信号来探测埋在地下的物体。计算机记录结果，软件解释数据。GPR 探测在获得地质数据和地下异常方面非常有用。尽管它能给管线定位，但却不能区分管线性质。当使用GPR 时，应对地层、地下水和地面条件进行校验，以解释期望的结果和工程的适用性。由于工地条件影响GPR 的频率，所以应在探测的设计阶段分析这些影响，空中分布线路和地层将是关键因素。5.4.2.2 地震法探测地震法探测与GPR 相似，只不过用压力波代替了电磁波，它通常用于不太拥挤的地方，能提供更深的探测数据。5.4.2.4 非破坏性的气/液压真空挖掘（点探仪）在设计初期，设计者采用电子跟踪技术查找已有地下管线，确定出地下管线在地表的位置。在关键位置以及在要求与已有地下管线基准线相交处，可采用非破坏性的真空挖掘法（点探仪）确定已有地下管线的准确位置与深度。电子地下探测的准确度有不确定性，并随着当地的干扰和现场条件而变化。尽管可将许多不同的定位技术一起使用，来提高电子定位的把握，但实际上，用非破坏性的气/液压真空挖掘方法揭露中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范36地下管线是更好的方法，对管线的位置确定用传统的大地测量就能准确定位。车载空气或液压真空挖掘系统，利用高压空气或水使管线周围的土变松，真空/水管从探测孔中吸入碎屑进入容器罐，揭露出管线和测量时，这些碎屑被替换。真空系统在设计上有很大的不同，但作为揭露管线最安全的方法已被许多管线业主广泛接受。真空挖掘通常限制在5m 的深度范围内，对于这个深度以下的管线，更强调用电子探测装置。对于非常深的铺设工程，设计者必须依赖于从前铺设的准确资料和施工前探测的全部准确资料。在用点探仪挖掘期间，应按要求给管线做标记，以便确保所有的管线都在设计图中准确描述出来，并在施工前解决任何的矛盾。从可用的资料中搜集的所有数据线路跟踪勘察及勘探孔勘察都应合并在设计书中。5.4.3 人工探测技术方法尽管有许多电子的、机械的探测技术方法，在实际施工中，同时应用人工探测，往往也是一种非常有效的和广为施工单位接受的技术方法。人工探测实际是通过寻找和跟踪地下管线的标志物，如各种天然气、自来水、下水道、电力、电讯等的地表井盖，进行翻揭，直接进入井中测量管线的走向和深度。由于这种方法直观、准确，故目前在国内许多施工单位得到广泛应用。人工探测方法简单，经济实用，效果可靠。但是，施工者必须认识到：不能将这种方法作为唯一的探测手段，因为往往有些管线或管线的某一管段，没有设置地面井孔，或地面井孔设置很少，从而导致漏掉一些已有地下管线，为将来施工埋下事故隐患。5.5 铺设结束后的检测当在地下管线集聚的地方施工时，建议进行施工后的检测。这种检测必须由在此地工作的工程师指导下进行，这将确保新的铺设没有影响原有的地下管线，并不被以后的铺设所损坏。计算的位置与实际的出口点存在误差是常有的事。在不能使用定向系统确定钻进位置的地方如果有长孔段的钻进时，这种情况经常发生。现有的铺设后的检测方法有：陀螺仪随着仪器直径的增大，陀螺仪的精度得到提高。铺设后检测的最好方法是将陀螺仪拉过铺设管测量。为了得到更有意义的结果，陀螺仪应位于管道的中心。应进行多次操作以确保可重复性及得到的结果更具可靠性。测压计往往，仅需要知道铺设后管道的深度即可，排水管的铺设就是这种情况。测压计是一种能准确测量管道内静液压的仪器，测量时，应使测压计位于管道中央并反复测量几次，以确定可重复性。中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范37其它 如在施工前对地下管线定位测量一样，也可用管线定位仪、GPR 或地震方法，但对较深的铺设通常不太有效。5.6 施工资料在工程结束时，应汇编施工图并交业主保存，以为将来提供参考。钻孔轨迹图纸应以施工中得到的原始数据为基础，并加上对设计的改动情况。管道铺设后取得的测量数据也应提供。在施工记录中应记载下施工设计者的假设。例如，可能存在原始数据不具有代表性的情况，也可能孔内仪器与地面仪器的资料间存在差异，这迫使施工设计者作一定的假设。如果导向孔测量数据与铺设后的测量数据有相同的误差，应对这种误差进行调整。另外，用不同的几何方法计算管线的位置时，也可能有偏差。因此，施工资料中应不仅仅包括地层勘测资料和绘制的新铺设管线的座标平面图，建议还应包括以下数据：仪器资料：工程中实际使用的仪器设备应建档。这些资料应包括仪器的生产商和系列号及仪器最新的工厂校准记录。现场操作记录：仪器操作人员的报告应包括钻进前详细的现场校准情况，测量仪器测得的原始数据记录。最后，施工期间的任何突变也应记录提交。施工报告的制作：编写者应提供一个简要报告，指出如何解释原始数据和使用哪些数据（探测仪器、铺设后的检测数据）。与最初的施工探测相比有任何变化都应该注出。报告内容应包括所用的计算方法的陈述和解释。施工报告还应包括用大地测量数据表示的新铺设管线位置的图纸。这些图纸应能确定新管的地理位置，以后也能测量得到。测量数据应尽量达到或超过国家有关施工控制测量或其它相当的测量标准的要求。如能采用国家大地坐标系统进行测量更好，但采用其它的地面测量方法也是可以接受的，如：线路道钉、地面标志、金属砧标在施工报告中注明，从而便于其他人勘测时引用。所有这些信息都应可用于今后证实新铺管线的位置或者确定在它附近进行将来的铺设。5.7 结语在地下管线拥挤的地方和靠近以前钻进铺设管线的地方，定向穿越铺设管线的应用正逐渐增加。施工报告是现场资料搜集和定向穿越施工经验解释的复杂数据的汇总。新铺设管线、已有管线和将来铺设管线的安全，取决于对施工位置的合理解释。地下管线业主、工程师和定向钻进穿越设计与施工的钻进承包商，都必须完全了解探测仪器的操作和局限性，以及在施工后提供的信息。中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范38工程施工技术规范6、工程施工技术规范6.1 工程设计6.1.1 程序安排一项有效的施工设计应有下列条目：准备过去施工情况的调查设计计算进一步确认设计、图纸及计算施工地层情况调查施工测量办理施工许可证工程实施测量入土点、出土点、钻孔轨迹轴线和切点钻机场地准备进场道路准备管子场地准备设备和人员调动管子卸车管子焊接压力试验减阻试验（如果需要）连接拉管头焊缝测试处理钻杆的过度弯曲实施钻进钻进调动钻机和人员中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范39安放钻机准备钻进液混合设备钻导向孔通过钻杆清洗钻孔分级扩孔（根据需要）拉管去掉拉管头实施焊缝测试实施减阻施工配合清理施工现场撤走钻机和人员或迁移到下一个工地6.1.2 设计计算6.1.2.1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6.1.2.2 轨迹设计参数：覆盖深度 完成岩土勘察，选择确定了穿越的轨迹，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，以及在该位置存在的已有管线或电缆的影响。通常，推荐穿越的最小覆盖深度应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超过5m米。入、出土角和曲率半径8-20的入、出土角适用于大多数的穿越工程。对地面始钻式，入土角和出土角应分别在6至20之间（取决于欲铺设的管的直径等）。对坑内始钻式，入土角和出土角一般应采用0或近似水平。在进行大曲率半径的弯曲以前最好钻进一段直线段。曲率半径的确定由欲铺设管的弯曲特性确定，并随管直径增大而增大。所铺管的允许最小弯曲半径可以用下列公式计算。然而，为了易于铺管，最小弯曲半径应尽可能大。Rmin=206DS / K2 (m)Rmin 最小弯曲半径 (m)206常数 (Nm/mm2)D管子的外径 (mm)中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范40S安全系数，S=12K2管子的屈服极限 (N/ mm2)辅助参数入土点或出土点与欲穿越的第一个障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）至少应大于3 根钻杆的长度。与水体的最小距离至少应为56m，以保证不发生泥浆喷涌。出于钻进技术考虑，第一段和最后一段钻杆柱应是直线状的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这两段钻杆柱的长度各自至少应为10m。对入土点与出土点有高差的情况，应专门另作讨论。钻进测量与精度孔内测量工具一般是提供倾角(上/下控制)、方位角(左/右控制)和深度的电子装置。钻孔轨迹精度在很大程度上取决于孔内测量的精度。当有干扰时，例如，无线电发射台、大型钢结构(桥梁、桩及其它管线等)和电力运输线会影响测量读数。合理的钻孔轨迹精度目标值应是：导向孔出口处左右1m，上下1m。钻孔轨迹控制通常，在钻进导向孔时，应每23m 进行一次量测计算。工程承包商应在这些量测计算基础上作出钻孔轨迹图。6.1.2.3 管材的选择管子壁厚D/T 经验公式下表给出了根据管径选择壁厚的推荐值，这些推荐值仅适用于开始设计时。在最后的设计中，应计算应力并与允许的极限值比较。直径(D)mm 壁厚(T)mm152 625152-305 925305-762 1270762 D/t50(对高密度聚乙烯管（HDPE 管），推荐D/t 值小于或等于11，并且最好向制造厂家进行咨询。)6.1.3 校核计算开始拉管时的管子应力（摩擦力、重力）全部拉入时的管子应力（摩擦力、浮力、弯曲）由于过度弯曲造成的管子应力（出土角度）拉入过程中的管子应力（内部压力、温度、弯曲、过度弯曲）钻机的锚固力（水平和垂直）中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范41钻进设备的尺寸（土壤、管柱尺寸、钻孔剖面）在最后的校核设计计算中，必须计算管道在施工和使用时的应力大小，校核是否在材料质量允许的范围内。计算中，对每一阶段的应力都必须分别从单独受力和联合受力考虑。如拉管时要考虑：滚柱间的跨距造成的应力、作静压试验的压力产生的应力、铺设时的拉力、管入孔时的曲率半径、钻孔轨迹的曲率半径、钻孔内的附加力和工作应力。1铺管前a计算从静压试验得到的环向和轴向应力；b用滚柱间的已知距离作为独立的跨距，可计算出管子的最大上拱和最大下垂，并按其中较大的情况来计算管子的最大张应力。注：在静压试验期间管子是注满水的，因而在这些计算中水的附加重量必须计入。2铺设中a在1.b 中计算张应力的方法也可应用在铺设阶段；b为算出应力，必须先确定理论拉力。考虑计算结果的安全性和拉管时沿钻孔曲线拉动的影响，推荐采用孔内摩擦系数为1.0。最大预测拉力用于计算轴向应力。c当计算轴向弯曲应力时，允许有10%的实际偏差，即只用按设计曲率半径的90%计算。d孔内液体静压力产生的附加应力大小必须考虑。考虑到液体静压力的轴向和周向力的影响，推荐按安全系数考虑将此值取为1.5。3铺设后a在2.b 中计算轴向弯曲应力的方法也可用于此；b对附加外力的计算见2.d；c计算最后的静压试验产生的环向和轴向应力。4使用中a钻孔曲率的影响见2.c；b附加外力的计算见2.d；c用于计算的管线在使用中的最大工作压力而产生的轴向和周向应力。C许用应力在计算出施工各个阶段的单独受力和联合受力后，必须与许用应力比较。一般，可按以下许用应力进行校核计算：轴向最大许用应力：最小屈服强度的80%周向最大许用应力：最小屈服强度的72%组合应力下的许用应力：最小屈服强度的90%(这里的最小屈服强度是管材特有的最小屈服强中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范42度)当权威机构可能在以上内容之外提出其他附加限制条件时，业主应认可这些变化并允许修改设计。6.1.4 作图剖面图剖面图至少应包含下列信息：工地的纵向剖面图入土角出土角钻孔的水平长度钻孔的实际长度钻孔剖面的绝对高度（或相对）覆盖层最小（垂直）弯曲度钻孔轨迹区域内的建筑物或其它管线障碍物欲铺设管子的信息平面图平面图至少应包括下列信息：从委托方提供的施工区地形图了解到的场地特殊情况钻孔轴线入土点和出土点的坐标指北的箭头靠近钻孔的建筑物和其它管线障碍物钻孔轴线与障碍物之间的最短距离最小（水平）弯曲度规划的设备场地和管柱场地现场平面图现场平面图至少应包含下列信息：中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范43各种设备的位置（钻机、工作站、泵等）钻机的固定方法钻井液配制设备的安放位置进出场道路运输线路图确定的运输线路图应至少包括下列信息：运输设备的数量、各自的承载能力运输设备的位置运输设备在平面图中的摆放位置运输设备的细节管束图一束管子的示意图应至少包括下列信息：一束管子的横截面图单根管子的直径捆成一束的方法6.2 设备仪器6.2.1 定向钻机定向钻机无论大小，操作与用途都是相似的。一般，钻机都采用机械或液压驱动钻杆，通过钻杆对孔底钻头施加回转扭矩和给进与回拖力。对专用于定向钻进穿越铺管的钻机来说，回转扭矩和回拖力是非常重要的参数，它们是根据工程大小及要求进行钻机选型的重要依据。由于定向穿越往往需要钻进弯曲的钻孔，所以与其它钻机相比，定向钻机的回转速度不要求高。地表始钻式钻机通常具有一个倾斜的给进导轨，而坑内始钻式钻机一般采用水平的给进导轨。给进导轨的长度直接决定着钻杆单根的长度，也就直接影响着钻进过程的平稳性和纯钻效率的高低。当施工条件已知，钻孔设计确定，对定向钻机的选型应主要考虑以下因素：（1） 钻孔设计终孔口径、弯曲强度、铺管长度等，根据它们的大小通过回转扭矩和回拖力来选择确定钻机。考虑钻孔复杂情况，所选择的钻机能力应至少大于计算所需的30%以上。（2） 现场地形、交通条件、管线埋深等，评价这些因素后选择使用地表始钻式钻机或是坑内始钻式钻机。（3） 现场能源供应条件，选择采用电驱动还是燃油驱动动力钻机。（4） 地层情况和现场水源供应条件，选择应用液体循环回转钻机或是气动潜孔锤钻机。中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范446.2.2 定位与导向仪器对于定向钻进穿越工程来说，定位与导向仪器是最为关键的设备，正确地选择和使用这些仪器，对施工的成败和效率，具有决定性的意义。在当前的应用中，最常用和广为接受的方法是无缆式地表定位系统（走过式仪器）和有缆式定向系统，两种系统的定位和导向性能都能满足常规定向钻进穿越工程的需要。有几种仪器能让钻进工作人员在导向孔钻进时确定钻具位置。钻进工作人员利用这些数据根据预先批准的基准线和轨迹钻进，并进行调整变化。常用的仪器有如下几种。6.2.2.1 无缆式地表定位与导向系统走过式仪器这种仪器是目前定向钻进中使用最广泛的方法，它由一个靠近钻头的用于跟踪孔底钻具的电子信号发射器和一个走过式接收器组成。探头（发射器）一般安装在钻头后钻具内，用于发射测定孔底钻具位置的电磁信号，探头发射信号到地表并被导向人员手持的接收器接受，跟踪的接收器显示信号强度，信号强度越强，接收器越靠近发射器。导向人员能通过读数和分析接收器提供的数据来监测钻孔轨迹。许多钻机装配有一个远程接收器使钻机操作者能够接受、分析和记录一些定位数据。一般地，在确定的技术参数范围内，走过式仪器是最经济的方法。大多数的发射器具有方位传感器，它们是倾角、转角以及在某些情况下的左/右偏斜计。从传感器得到的信息，显示在接收器上并用于决定方向控制。接收器也用于确定从接收器到发射器的深度。操作人员遵守制造商推荐的标准化程序，有助于确保深度测量准确。走过式仪器的优点包括：费用在最初的购置费用之后，产生的基本开支虽然频繁，但成本相对较低，即平时仅需更换电池。更换探头虽然很昂贵，一般不会发生。操作有效接受过训练的定位人员能有效地操作走过式仪器，为了确保高精度，读数和解释信号的知识必须与强烈的质量责任相结合。走过式仪器的定位质量可通过对钻孔轨迹的全面测量来提高。生产率与其它方法相比，其数据的解释和及时，有利于产生更高的生产率。绘图现在的走过式仪器已可直接提供数据给计算机作出钻孔轨迹图。走过式仪器的缺点包括：地形在有障碍物的地方，如繁忙的快车道交叉口或穿过河流不能自然的“走过”。干扰以下情况往往会干扰信号读数的精确性：仪器上方电力线的磁干扰、地下通讯信号的磁干扰、埋在地下的废弃物或地层中的障碍物干扰、无线电发_射基站的电波干扰，等等。深度走过式仪器可能受钻孔穿越深度或与孔有关的其它影响因素的限制，如目前的走过式中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范45仪器一般用于深度不超过14m的钻孔。连续工作时间地表定位系统发射器的电池寿命，是选择能否施工完一个钻孔所需时间的重要指标。远程跟踪能力道路和小河的穿越通常可用地表定位系统进行。然而，远程跟踪能力通常仅限于约10m的距离。抗冲击磁性定位与导向系统这种仪器是近年来最新开发的用于干式定向钻进的定位与导向系统。在潜孔锤冲击破碎钻进中，为使电子元件免受严重动载，一种基于磁性计的导向系统被用于有冲击作用的干式定向钻进上。系统的永久磁铁装在冲击锤体上，当其旋转时即产生磁场，磁场的强度及变化由地表磁力计探测，数据交由计算机处理，从而得到钻头的位置，深度及面向角。定向钻进施工中，推荐采用下表进行现场记录；轨迹记录测点序号钻杆长度水平距离侧向偏移垂深倾角 转角（左/右）12345678910.出口一些地表定位系统带有钻孔轨迹设计和绘图系统，它们能以特定的间隔，记录孔内钻具的深度，得到导向孔的测量或施工过程图。6.2.2.2 有缆式定位与导向系统有缆式定向与导向系统有缆式定向系统又可称为有缆式随钻测斜仪。有缆式定向仪器是与位于孔底非磁性钻具内的磁性探头或位于普通钻具内的陀螺仪相连的，连续的缆线穿过钻杆内部，再与提供磁读数的地面计算机相连。有缆式定向系统的优点包括：深度由于电源和信号由缆线传输，因而对导向钻孔的深度或长度实际上没有限制。精度有缆式系统可以与带有地面坐标的辅助系统一起使用，地面坐标形成一个磁场而使精度得到提高。探头产生的信息传送到地表计算机，可打印出来用于评价施工轨迹。记录处理计算机对得到的硬数据进行处理，得出精确的“随钻”施工数据。中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范46有效性在费时的坚硬岩石孔中，不用为更换电池而频繁地起下钻具。有缆式定向系统的缺点包括：费用在低价的地下管线施工市场，初始购置费用或人员设备的租金有些显高，然而潜在的缺点经常被提高的成功率和完成复杂孔的准确度所消除。数据的解释仪器的操作需要经过培训的专家，这对于许多钻进承包商来说，难以稳定地发挥作用并且成本较高。缆线的连接连接缆线需要时间，一节一节的缆线连成电缆，可能造成读数不准，并且增加了非生产性的辅助时间。常用的有缆式定位与导向系统有以下两种：磁性定向仪磁性定向仪是用于长、深孔穿越的行业标准仪器。磁性定向仪可让钻进操作人员在钻进的任何时候计算钻孔位置，进行钻孔纠偏，因而能使钻孔与设计穿越的轨迹一致。磁性定向仪用坚固的三轴磁力计测定钻具位置与当地地磁场的关系，这个磁力计其实是一个电子罗盘；用一个三轴加速度计测定钻具位置与地轴的关系，这一加速度计其实是一个电子水平仪。同时，数字传送仪器输出数据，以给出钻具的状态，这些状态包括：导向钻具的倾角、方位角和工具面向角，从而得出与孔轨迹相关的钻具位置的定位。连续取得的每一组测量数据都用于计算钻孔的实际位置与设计轨迹的偏差。计算每一测点增加的位置偏差，就能绘出实际的钻孔轨迹。这类仪器的标称精度为倾角度数的+/- 0.1，方位角度数的+/- 0.3。磁性定向仪往往还可以与实时跟踪系统（Tru-Tracker）结合使用。实时跟踪系统由放置于钻孔上方地表的电缆组成。测量电缆的位置，给其选择性地施加电压，产生已知强度和位置的局部磁场。磁性定向仪对感应磁场很敏感，钻进期间，采用专用软件可提高磁性定向仪对钻孔位置的精度。陀螺仪陀螺仪测量系统平时用得不多。陀螺仪可保持固定的方向，且不受磁干扰的影响。然而，用于钻进的陀螺仪为与钻杆内径配合，尺寸很小。小尺寸的陀螺仪精度降低，且漂移增加，还要求专业人员操作。6.2.2.3 注意事项选择应用上述仪器，应以现场技术要求和费用考虑为基础。一般地，地表定位系统最便宜，但仅能用于距离较小的穿越。磁性定向仪用于较大的管线铺设工程，这些工程为避开已有地下管线而钻进较深，并且磁干扰不大，能识别和量化。工程选择的磁性定向仪和任何备用仪器，应有最近期的工厂标准校验以确保它们在生产商的额定公差之内。在现场对转角的标准误差检查，应在每个工程施工前进行。转角的标准误差检查也可中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范47在将探头安装进钻具后，与确定的方向对照进行检查。磁性定向仪应置于沿钻孔基准线的地面上即相同磁干扰区使仪器在一个圆周内以不变的方向转动时，记录下数据。转动检查至少应检查8 个点。按钻进时的倾角状态检查，4 个点就已足够。应沿钻孔轨迹的不同的位置，选择按钻进时的倾角状态检查磁场变化，确定仪器经过该处的方位方向。如果可能，倾角状态检查应使用装在无磁钻具内的磁性定向仪。在检查时得到的所有数据都应该记录下来，留作与钻进施工期间作比较。在导向孔开始时使用Tru-Tracker 的位置，应验证方位角并按需要调节。必须记录Tru-Tracker测量的资料和任何方位角的变化。因为磁干扰、错误的方位确定、仪器失灵或操作员的失误，可能产生错误的导向孔。然而偏斜的孔可用于建立正确的钻孔方位。将实际的钻孔位置和方向与计算的参数作比较，可进行重新钻进的设计。重新钻进时，钻杆退回到技术要求确定的点，然后重新钻那段导向孔。测量数据代表导向孔的位置，随后的扩孔操作可能改变钻孔的位置。例如，在软土层，由于扩孔器被拉时受张力，扩孔倾向于使孔变直。为了减少从已经合格的导向孔偏离或“跑离”，扩孔中一直坚持使用套洗钻管，被实践经验证明是一种很好的施工方法。6.2.3 辅助设备除钻机和定位与导向仪器外，还需要一些必要的辅助设备。如：对常见的使用钻进液或泥浆的钻进，需要有泥浆泵、搅拌机、泥浆净化器等设备。对使用“干钻岩石系统”的钻进，需要有较高风压和较大风量的空气压缩机。钻孔进、出口工作坑和泥浆循环坑的开挖，可能需要使用挖掘机。现场搬运大直径管道或其他重物，可能需要吊车。钢质管道的连接和拉头的焊接，需要电焊机；聚乙烯管道（PE 管）的连接需要熔融焊机，等等。6.3 工作人员定向钻进需要的工作人员数量，取决于穿越工程及使用设备的大小。一般，常见的中型钻机的施工班组应由57 人组成。标准的工作岗位人员配备及其职责是：定位及导向岗位1 人。主要职责：勘察工地，确定适当的钻机布置、入射角度和高程，确定孔径及分级扩孔方案，操作定位及导向仪器，发出调整钻孔轨迹的指令，并与钻机机长交流这些决定，记录导向数据。这一岗位一般应由工程师以上的专业技术人员担任。钻机机长（或班长）1 人。主要职责：准备和调节钻具，操纵钻机，与导向人员交流钻进情况，设定机组的进度计划和工作状态，管理机组人员。这一岗位一般应由具有专业技师资格的人员担任。钻进泥浆人员或泥浆工1 人。主要职责：掌握整个钻进液的搅拌、净化和循环系统，监视中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范48需要的水量，保持良好的水质、调节PH 值，按特殊的施工要求调整合适的钻进液成分，使粘度、固相含量、比重等技术指标达到要求。机械工、电工12 人。主要职责：监视与维护机械及电气设备的正常运转，出现故障及时维修处理，帮助进行钻进中的所有其它操作。杂工12 人。主要职责：帮助进行所有其它的钻进操作，包括操作钻杆、监测泥浆池、搅拌泥浆、供应水、操作重型设备以及缆线的连接。钻进机组的目的就是安全地达到最高生产率。6.4 钻具与钻杆钻具与钻杆是同时由钻机的大小和类型、以及设计孔的环境和地层决定的。6.4.1 钻具一般指孔内钻头至钻杆之间的所有钻进装置，又称孔底钻具组合(BHA)，BHA应根据使用的定位系统类型、土层条件和穿越深度的变化而变化。典型的BHA 装配如下：软土层/走过式BHA由一个能提供角度和方向的喷射或铲形钻头、探头室和钻杆组成。中硬土层/走过式铣齿牙轮钻头、提供角度和方向控制的弯接头、探头室和钻杆组成。硬土或岩石层/走过式镶齿牙轮钻头、预先安置好弯头的泥浆马达、探头室和钻杆组成。软土层/有缆式钻头、弯接头、浮动接头、装有探头的定向接头、泥浆马达、无磁钻铤和钻杆组成。除钻头外，整个BHA用无磁性钢材组成。硬土或岩石层 /有缆式钻头、泥浆马达、浮动接头、定向接头、无磁钻铤和钻杆组成。6.4.2 钻杆选择合适的钻杆非常重要，钻杆的外径和壁厚对钻孔弯曲半径有影响。大直径钻杆不能安全地进行短距离的弯曲，因而不能成功地完成短距离弯曲孔。钻杆直径越小，越易弯曲，并在适当的地层条件下更适合短距离孔。通常情况下，设计的钻孔弯曲半径或曲率，至少应是欲铺设的钢管或钻杆直径的100 倍。用其它非刚性材料的管道，弯曲半径可以更小，如高密度聚乙烯管HDPE。钻孔弯曲半径越大，在回拉时铺设管线就越安全。相反，如果按管材计算的最小弯曲半径，钻孔设计轨迹也与最小的匹配，就几乎没有或完全没有误差的余地。如要使用孔底泥浆马达，需要最大的钻杆内径或水眼，以使提供合适的钻进液流量时，将地表压力损失和钻杆压力损失降到最低，这样即可形成用于钻头的最大水马力。钻杆、胶管、单动接头及其它接头的内径(水眼)是确保整个系统流量足够的重要因素。6.5 施工场地及布置6.5.1 施工场地定向钻进穿越工程需要两个分离的工作场地：设备场地（钻机的工作区）和管柱场地（与设备场地相对的钻孔出土点工作区）。场地大小取决于设备类型、铺管直径和钻进穿越长度。中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范49设备场地安放设备和进行施工操作需要充足的工作面积。一般，应保证钻进设备周围具有至少大于钻杆单根长度的操作空间，设备上方应无障碍以保证吊放和防止落物。当设备是可分离的时，摆放设备位置可由一些较小的、不规则的面积组成。管柱场地应充分考虑并提供足够长的工作空间便于欲铺设管子的连接。在穿越工程设计时，应尽量设法将欲铺设的管线做到以全长度一次拉入，并尽可能避免水平方向的弯曲。足够的长度可确保回拉铺管的操作过程连续进行，回拉时多次连接管线会大大地的增加施工风险。在城市市区施工时，由于受街道围墙的限制或必须在拥挤的小胡同、人行道、风景区或特殊的公共通道的地方工作，设备通常必须呈线性排列，占据空间可以不超过单行道宽度。施工场地还应考虑包括存在可能干扰钻架或起重机操作的空中设施，以及可能影响设计的实际铺设轨迹线和钻机布置的地下设施。交通高峰期对工作时间的限制也将影响施工场地的充分利用。施工场地还必须考虑开挖进、出口坑和泥浆循环池。尽管定向穿越对公共设施产生的环境破坏是最小的，但必须告知财产所有者或管理机关，这些坑是定向穿越操作必要的组成部分。6.5.2 工作坑钻孔的进、出口工作坑是非常重要的，即使是对地面始钻式钻机，也不应轻易放弃。进、出口工作坑可有以下功用：（1） 兼作地层情况和地下管线及构筑物的探坑；（2） 用作泥浆循环池的组成部分；（3） 作为连接与拆卸钻具、钻杆、管线的工作坑；（4） 坑内始钻式钻机的设备安放位置。进、出口工作坑的大小，取决于其功能和深度，一般应至少为11m 的尺寸，当深度较深时，还必须考虑挖掘工作中稳定坑壁，形成坡度，而使坑口尺寸更大。在考虑坑的功用时，如欲用于接管工作的出口坑，需考虑焊接工作的操作空间；如果欲铺设的是大直径钢管，则出口坑必须延长成适合管道平直回拖的长槽；等等。用作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，则对坑壁必须进行加强和支护。6.5.3 泥浆循环池泥浆循环池_一般由三个以上的坑池组成，从孔口算起依序是返回池、沉淀池、供浆池。坑池之间由供泥浆流动的沟槽连接，其间还可有泥浆净化设备或装置。泥浆循环池的大小根据泥浆返回量的多少确定，但一般应至少为111m，为保证泥浆自由沉淀的效果，沉淀池可大一些或多12个。6.6 钻进液中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范50钻进液通常指的是钻进泥浆。钻进泥浆有许多用途，最基本的是建立并维持钻孔的完整性。另外，泥浆还带走钻头产生的钻屑并将其悬浮，因而它们不会沉淀并堵塞钻杆和钻头。钻进液还可冷却钻头，也可通过提供水马力提高泥浆马达的钻进速度。钻进液的成分根据使用要求可作变化调整，因此，钻进过程不会因为地下钻进条件变化而受阻。充满铺设管道外环空间的钻进液还可起到悬浮或润滑作用，有利于管道的回拖铺设。钻进泥浆在地表搅拌，泵入钻杆，从钻头出来，或者留在环空内或者循环回到地表。钻进液最好作成一种由清水+优质粘土（膨润土）+处理剂(若需要)或清水+少量的聚合物+处理剂(若需要)的混合物。膨润土是常用的泥浆材料，它是一种无害材料。在钻进过程中，应注意监控和维持诸如粘度、固相含量这些技术参数，这是极为重要的。当工程情况改变时，这些参数也可以按需要进行调整。钻井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，与新鲜泥浆混合后再使用。常用的泥浆净化方法包括分级滤出不同粒径的土屑，例如用过的泥浆将依次通过振动筛、除砂器、沉淀池。钻屑对钻井液固相含量的增加，应始终控制在30%以下，只有这样才能保证钻孔不被沉淀物堵塞。作为环境友好工程，非开挖定向钻进钻进液的适当处理可避免在地表不存放的钻进液带来的问题。使用后的膨润土泥浆（不含有害处理剂）最常用的处理方法是散布在田野里，用后的膨润土泥浆散布在田地、牧场或管线周围，对工程承包商和土地主人都是有利的。预先设计好的处理技术可使实际处理成本降低。6.7 管柱的制作6.7.1 原则根据适用的规则和规范制作装配管柱。6.7.2 焊缝在拉管期间，管柱进入孔中之前需用焊缝检测仪持续不断地对管柱进行检测，发现问题时可进行修理。6.7.3 过度弯曲控制在最小允许弯曲半径和最大允许拉伸间距范围之内，可保证管柱受力始终低于规定的最小屈服应力。6.7.4 减阻对于大直径管线，为了使拉力减少至所用钻机的允许范围，需要进行减阻。这还具有减少对涂覆层的磨损的作用。6.7.5 回拖中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范51在回拖期间，钻机操作者要监测和记录相关数据，如拉力、扭矩、拉管速度和钻井液流量等。应注意不能超过管柱的最大允许拉力。6.7.6 管线涂层保护层可提供抗腐蚀和抗磨蚀屏障。定向穿越往往会遇到不同的地层情况，使管道在回拉时遭受磨蚀，所以经常需要在外层涂上保护层。为了便于管线回拉，涂层与管子应有很好的粘结力以抵抗地层的破坏，并且表面应光滑结实从而减少摩擦力。在任何管线施工中，推荐的外保护层系统应与现场的接头保护层或内保护层的规格一致。接头保护层对焊接部位也应使用保护层，这是维护光滑的防磨蚀管道的最关键野外操作。为防止定向穿越回拉时的接头保护层脱落，不应使用缠绕式保护层。保护层的修复回拖施工中，可能造成小面积的保护层损坏，对此应允许进行手工修补，如采用油漆刷或滚筒进行涂覆修复。胶带缠绕式修补决不能用于定向穿越回拉的损坏处保护层的修复。抗磨外层作为穿越中遇到石头、卵砾石或坚硬岩石的特别抗磨蚀屏障，推荐在防腐层之外再涂覆高强度耐磨层。6.8 钻进过程钻进过程分三步：导向孔，扩孔，回拉铺设管线。6.8.1 导向孔导向孔是工程的最重要阶段，它决定需铺设的管道或导管的最终位置。小直径的钻杆按预先设计的进入点以预先确定的812的角度钻入地层，然后在液体辅助钻进、即液压喷射的作用下，钻杆一根接一根地前进。在坚硬的岩层中，需要泥浆马达钻进，钻杆的末端有一个弯接头提供按设计轨迹的方向控制。在每一根钻杆钻入后，利用走过式或有缆式的定位仪器得到钻头的位置，推荐至少20 分钟应测量一次。对存在已有地下管线、关键的出口点或调整钻孔轨迹时，要求测量读数应更频繁。根据测量数据得到的信息与设计轨迹进行比较，确定下一段将要钻进的方向。钻头在出口处露出地面，要进行测量确定实际出口是否在允许偏差范围之内。如果钻孔的一部分超出给定偏差，钻杆可能要拉回，重新钻进钻孔的偏斜部分。当出口位置能满足要求时，取下钻头和相关钻具，开始扩孔和回拉。6.8.2 扩孔在同径铺设时，可在导向孔完成之后，直接将管子拉入导向孔中。然而，大多数的铺设需要进行扩孔，将孔扩至能容纳需铺设管道的大小。一般情况下，终孔孔径应为欲铺设管外径的1.21.5 倍，这一经验法则还受到土层条件和铺设管径的约束。当地层情况复杂时，有些人认为扩孔越大越好，其实，孔越大，维持孔壁的稳定越困难。对钻进液和钻屑返回的环空间隙以及铺设管的弯曲半径有_必要加以考虑。根据要求的终孔尺寸和土层条件，扩孔可一次或分多次完成。对于各类地层有多种不同的扩孔器。刮刀扩孔器用于软土层，筒形扩孔器用于混合土，镶嵌硬中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范52质合金块的牙轮扩孔钻头用于岩石层。扩孔器的类型和地层条件将直接影响扩孔速度。与地层相匹配的扩孔器和泵入孔内的钻进液适量，是施工过程的关键，可节约资金和时间。6.8.3 回拖铺管钻孔扩大后，管道或导管可回拉进入充满泥浆的扩大了的孔中。准备回拉的管道或导管应在出口一侧连接并进行试验检测。如果铺设的是钢管，推荐将钢管放在滚筒上以减少摩擦，保护管线的涂层。对于高强度聚乙烯管（HDPE管）通常不需要这个程序。钻杆使用一个拉头或拉钩和一个单动接头与铺设管连接，单动接头用于防止回转扭矩拧坏管道或导管。扩孔器也可位于拉头与钻杆之间，以确保钻孔保持畅通并在回拉时允许向孔内泵入更多的润滑液。最后，取下拉头，移走钻机，开始清洗和连接管线。6.9 清理现场拉管工作和其后的测试试验（静水压测试、定径清管器、密封测试）等工作完成后，应清理管柱现场和设备现场。这项工作包括排除入土坑和出土坑中的钻井液，并回填这些工作坑。6.10 文件资料6.10.1 值班记录值班记录和现场报告必须符合实施工程所在行业的语言习惯，应每天向委托方代表递交这些报告。对于每一道工序都应该作现场记录，这也包括对管道减阻或回填废弃钻孔的情况。每日进度报告应包括下列内容：地点日期工程名称实施者分包商使用人员使用设备使用材料意外事件值班记录至少应_包括：地点时间拉力扭矩中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范53泵送流量泵压意外事件该报告由工程承包商保留，以保持更详细的记录。6.10.2 原始资料委托方需要的所有原始资料和记录应在全部工作结束之后4 周内提供，应提交一份原件和一份复印件。原始资料应至少包含下列内容：图纸平面图（1:5000）横向剖面图、平面图、断面图（1:100500）记录如3.7.1 所述场地清理竣工照片资料（913）开工前的场地情况重大活动清理后的场地情况实践证明，提交记录和资料时，由委托方和承包商之间对该项工程正反两方面的经验进行一次总结讨论，是非常有益的，它有助于改善并提高质量。中国非开挖协会定向钻进管线穿越铺设工程技术规范54安全操作规程7、安全操作规程备注：本安全操作规程仅是推荐使用。是否使用这些规程或对它作出变动，应由使用当事人自己判断并承担风险。全部或部分使用本规程的使用者、或者对它作出变动的使用者，都应寻求咨询以确保他们的安全标准是合适的、合理的。中国非开挖技术协会定向钻进专委会对由此造成的任何损失或损害，包括全部、部分或变动使用本规程产生的诉讼，不承担任何责任。7.1 目的本规程的目的，是帮助培训员工在定向钻进操作中的工作安全、有效。规程介绍给员工安全意识，这将使他们能够执行对他们自己、同事或财产都不会有害的职责。本规程应与标准的公司安全程序结合使用。本规程的目的不是替代国家的、部门的规章制度，如有冲突，应遵守可应用的法律。7.2 范围没有任何书面的过程能覆盖在生产现场发生的每一种情况，然而，在细心的设计和遵循以下这些规程后，大多_数安全敏感问题能够消除或能够最大程度地减少。这些规程同时包含大型和小型钻机操作，包括在这里的材料对所有情况都是实用的。每一位员工必须记住他们是团体的一部分，他们有为他们自己的安全、团体成员的安全负责的责任。在一起工作的每个人，都能有一个安全、健康的工作场所。7.3 工地检查与简介在开始工作前和施工期间，定期地对所有参加施工的工地工作人员应有简单的介绍，简介应包括：识别那些带电体和控制电路；当地应急设施的位置与通道；地下所埋设施和高空设施的位置与类型；工地安全：警示标志，屏障，指挥人员的标牌，要求的个人保护装备及救急程序。7.4 工地操作现场的每个人必须有很好的联系，在钻机操作人员、定位人员和管道一侧的人员间应用双通道无线设备联系，共同完成钻进操作。在无线