非开挖技术重点内容.docx

概念非开挖施工技术：是指以现代岩土钻掘技术为核心，在不开挖或少开挖地表的条件下，进行地下管线的勘测，铺设，修复和更换的施工技术。非开挖核心技术组成：1，岩土钻孔及测量技术2，隧道掘进及支护技术，3，地球物理探测技术4，有线电视技术5，管道防腐及修复技术等。非开挖优点：1，不影响交通2，不破坏环境3，施工周期短4，综合施工成本低5，社会效益显著。缺点：非开挖铺设技术方法分类及应用范围：1，水平钻孔技术（柔性及刚性的连续质料管材，完整地层）2，气动矛技术（柔性连续质料管材，软的完整地层或较硬的松散地层）3，夯管锤技术（刚性连续质料管材，软的完整底层或硬的松散地层）4，顶管技术（刚性连续或非连续质料管材，完整地层）5，综合应用技术（以上两种或多种技术的综合和交叉）。水平钻孔技术：在地下管线铺设中，采用水平方向钻进和扩孔工艺方法成孔，同步拉入或顶入铺设地下管线的技术方法。包括（水平钻进法，水平螺旋钻进法，水平定向钻进法。）水平钻进法：使用普通地质钻探设备，采用盲孔钻进工艺清水或空气作为冲洗介质，先钻进成孔，然后推入金属套管，在穿管铺入电缆。缺点：设备工艺受限，钻孔方向控制难，套管扑入费时费力，大口径成孔难。质量差，效率低。水平螺旋钻进法：采用螺旋钻头破碎土层，同步顶入金属套管，螺旋钻杆内排土工艺。带有套管地下管道泥浆润滑装置。优点：对底层没干扰，对地层适应性好，管径更具需要变化，适用范围大。缺点：不可控向，施工精度有限，在坚硬或卵砾层施工空难，对螺旋钻头不能破碎地层无法施工。适用范围：软至中硬的不含水土层，粘土层和稳定的非粘土层。水平定向钻进：是一种将地质钻探，油气钻井所用的定向钻进技术与管线铺设技术相结合的新方法，采用先定向钻进导向孔，然后扩大钻孔，最后拉入铺设管线的技术工艺。优点：铺管精度高，效率高，操作简便。水平定向钻进铺管工艺原理：1，钻进导向孔（采用专门的人工弯曲钻孔器具，从钻孔入土点到出土点进行定向钻进。按照设计的铺管轨迹钻出一个对穿的导向钻孔。）2，回扩钻孔（导向孔钻进结束后，在出土端卸下导向钻具和钻头，换上回扩钻头，开始扩孔。3，反拉铺管（扩孔完成后，即可拉入需铺设的管道，管道做好预先连接妥当利于一次拉入，拉管前，做好有一次清孔或探孔工序。应将扩孔器或清空器连接在钻杆上，在通过单动接头连接在管道的拉头上，单动接头防止管道回转，从而保证其能平滑的会拖进钻孔。反拉回扩钻孔时扩孔钻头后部的钻杆连接方案，1，通过单动接头连接钻杆用于地层情况较好孔壁稳定穿越距离不长的条件中。优点：1，保持了钻杆连接，回拖钻杆能保证下一循环扩孔进行。2，出土端钻杆和回转扩孔工作互不干扰，确保操作安全。缺点：如出现孔内事故，由于单动接头存在，无法从出土端驱动扩孔器回转退回。2，直接连接钻杆（用于底层复杂，孔壁稳定性差，穿越距离不长的施工中。有点如上，并且克服了如上缺点。3，不接钻杆（用于地层情况好，孔壁稳定的施工中。缺点。万一垮塌，从入土段找老孔麻烦大。钻孔控向原理：水平定向钻进导向孔一般采用小直径全面钻头，进行全孔底破碎钻进。在钻头底唇面或钻具上，设置专门的控制钻向的机构。在钻具内或紧接其后部位，安装有测量探头。钻进过程中，探头连续或间接的测量钻孔位置参数，并通过无线或有线的方式适时地将测量数据发送到地表连接器，操作者根据数据和处理后得到的图表，采用适当的技术调整孔内控制钻向的机构，从而控制钻孔轨迹延伸，达到设计要求。孔内控制钻向的机构：1，钻头底唇面非平衡结构（1，斜面结构，钻进时连续回转钻头，斜面均匀破碎孔地，则钻出直孔，如果保持斜面倾向某个方向不会转加压钻进时，斜面不对称破坏孔底，则使钻孔发生弯曲。适用于，软质土层，并采用钻井液喷射辅助破碎孔底。若土层较硬，采用摇摆钻进。2，斜底结构，采用气动潜孔锤钻头，与斜面结构原理类似。主要用于硬质的岩层中控向钻进，冲击回转钻直孔，冲击不回转使孔底发生不对称破坏。3，不对称结构，也采用气动潜孔锤钻头，他将底唇面做成不对称形状，原理如前。）2钻具弯曲结构（结构：由钻头，孔底动力机，弯接头，钻杆组成的钻具组合。原理：入土前处于自由弯曲状态，或者在下孔内后令其弯曲，钻具组合受到孔壁的限制，而使钻头对孔壁产生斜向力，由于钻头轴线和钻孔轴线不重合，从而产生对孔壁的横向破碎和对孔底的不对称破碎，在孔底动力机 带动钻头旋转时钻具弯接头和钻杆不转动，就保证孔朝一定方向偏斜一定角度，从而达到人工弯曲钻孔目的。钻具定向原理：采用测量孔内钻具的位置来对钻孔进行定位，并通过测量孔内钻具的状态来对钻孔进行导向。钻具在孔内铅直剖面上的位置和状态：由倾角，工具面向角和深度确定，在水平面上的位置由：相对基准线的距离或角度参数确定。倾角和工具面向角有重力原理，惯性原理和磁力原理测量。深度采用电磁波测距原理测量，水平距离采用电磁波定位原理测量。钻具定向系统：1，惯性定向系统，采用三轴加速度计作为敏感仪器。测量信息采用无线或有线传输方式。2，磁性定向系统,两部分组成，一是用于确定钻具相对位置的可选择人工磁源，二是，装有三周磁力计的定向仪。适合于任何大地磁场。3，常规随钻测量与定向系统，用于地质钻探和油气钻探，随钻测量钻孔的孔深，倾角，方位角，和工具面向角。水平定向钻进设备机器具：1，钻机（由回转与推拉系统，夹持与拧卸系统，机架变角系统，冲洗液泵送系统，钻机行走系统，动力站系统，钻机定位系统，钻机操作系统。2，钻具（导向钻具，在软地层中由钻头和探头组成，在硬地层中由钻头和测量与控向机构组成。扩孔器，主要适用于软土地层扩孔。单动接头。拉头。钻杆。3，导向仪（探头，是测量导向钻具空间位置和状态的仪器。接收机，是接受并处理探头测量信息的仪器。远程显示器。水平定向钻进铺管工程：分为勘察，设计，施工，和善后四个阶段。勘察包括：场地勘察，工程地质勘查，地下管线和障碍物勘察等。钻孔设计：分为轨迹设计和施工工艺设计：钻孔轨迹设计内容：1，基本设计参数选取轨迹形式，一般轨迹形式是由直线段和曲线段组成。2，覆盖深度，钻孔上覆岩土对地面构筑物，河流，湖泊以及原有的管道电缆影响。3，入出土角，钻孔的出入土角决定钻孔斜直线段斜率。并直接影响钻孔弯曲孔段参数。4，弯曲段曲率半径，为保证钢制钻杆在受到复杂应力是工作安全。气动矛技术：是采用气动冲击器破碎土层形成孔洞，同步跟进铺入管线的一种非开挖施工方法。气动矛结构和工作原理：分为有阀式和无阀式。主要由进气管，配气阀，冲锤活塞，冲击铁砧，矛头和外壳体组成。当压缩空气从进气管进入时，经过配气阀配气，可分别进入冲锤活塞前后腔室，驱动冲锤活塞做往复直线运动。冲锤活塞质量较大，当其高速前进冲击铁砧时，可产生很大冲击，从而冲击矛头破碎土层。同时挤开前方土体驱动矛体前行。配气阀和冲击活塞相对位置不同，气路则不同，对矛头产生反复冲击，最后形成铺设管线的孔洞。铺管工艺原理：气动矛依靠冲击能量破碎并挤开前方土体成孔，成孔的同时将管线带入孔中铺设，施工时，首先将气动矛安装在工作坑内，调整好方向，然后启动气动矛不回转冲击钻进，同步将连接在矛体后端的管线带入孔内，直到钻进到目标坑，卸下气动矛，将管线留在孔中铺管完毕。主要设备及工具:1,气动矛2，空压机，3发射架4，瞄准仪5，高压胶管，注油器。气动矛施工工序：1，工作坑开挖，深度和尺寸大小取决于埋设深度和气动矛大小，及代管方法。2，安装及调校气动矛3，钻进铺管4，回收气动矛，回填工作坑及恢复地面。气动矛铺管特点：优点：工艺简单，施工易行；对底层干扰较小；技术操作要求不高，无需复杂专业技术；施工成本低，缺点：适用地层条件有限；适用管材种类和尺寸有限；方向控制困难；适用范围：不含水的软土或松散地层，管径小于250mm，管道长度小于60m，管材为连续质料的塑料管材，柔性管最佳，刚性管也可使用。夯管锤技术：是采用气动冲击器，将管道直接夯入底层进行铺设的一种非开挖施工方法。在我国，虽然目前使用量不大，但却是在卵砾石地层，特别是水下卵砾石地层（如河流穿越）的非开挖铺管施工中的唯一有效手段。夯管锤结构及工作原理：夯管锤技术所用气动冲击器的结构及工作原理与冲击矛基本相同，即也是利用压缩空气驱动锤体内的冲锤活塞做往复直线运动，对锤头铁砧产生冲击作用。他们的差别仅在于：夯管锤采用低频、大冲击功的气动冲击器，而冲击矛则采用高频、小冲击功的气动冲击器。铺管工艺原理：与气动矛在管道前部牵引的铺管工艺恰恰相反，夯管锤技术采用夯击管道后部的工艺方法进行铺管。施工中，安装在工作坑内的夯管锤连续夯击钢管尾部，管道传递动力到管口，使管靴破碎并吃入地层，同时容纳土体行成土芯，一段管节夯入后，接着加焊下一段管，循环夯入，直至全部夯入完毕，到位后，采用压气或压水的方法将土芯排出，铺设完毕。主要施工设备和器具：夯管锤、空压机、管靴、夯头和锥形接头、张拉装置、高压胶管、注油器。夯管锤技术的特点：优点：（1）设备相对简单，操作容易（2）开口夯管，对地面和周围管线干扰较小（3）在均质土层和非固结的软硬不均匀地层中都能取得良好效果。缺点：（1）只能用于钢制管道的铺设（2）方向控制困难（3）完整、坚硬地层无法使用。适用范围：各类软和松散地层，特备是汗水的卵砾石地层，管径小于2000mm。管长小于80m，管道材质是耐冲击的连续质料钢制管材。夯施工工序：（1）工作坑开挖（2）安装、调校管道及夯管锤（3）夯管（4）排土（压气或压水）顶管技术：是在管前掘进、管后施加外力将欲铺设的管道顶入地层的非开挖施工技术。按掘进方法分为人工掘土法和机械掘进法。人工掘土法顶管：采用人工和液压顶管机进行挖土、纠偏、测量和顶进作业，可在不影响相邻地下管线及构筑物、不破坏地面、不干扰交通和不影响环境的条件下，实现管道的非