一种管道三维穿越施工方法技术

本发明专利技术一方面公开了一种用于管道三维穿越的施工装置：主要包括：控向设备，钻机，导向钻头和钻杆；本发明专利技术另一方面公开了一种管道三维穿越施工方法：步骤包括：(1)施工前准备、(2)钻进、(3)探棒位置确认、(4)钻进轨迹导向、(5)导向钻头出土、(6)扩孔及拖管。采用三维穿越，即可以实现水平面和垂直面同时借转穿越角度，本发明专利技术解决了目前水平定向钻进只能在二维平面内进行角度借转，穿越长度过长，施工场地要求高，工程实际操作难度大的问题，显著提升了施工质量，同时由于施工路径短，还可以减少物料和能源消耗，节能减排。

A three dimensional crossing construction method for pipeline

On the one hand, the invention discloses a construction device for three dimensional crossing of the pipe, which mainly includes the control direction equipment, the drill machine, the guide bit and the drill rod. On the other hand, the invention discloses a three dimensional crossing construction method of the pipeline. The steps include: (1) pre construction preparation, (2) drilling, (3) location confirmation of the probe, and (4) drilling trajectory guide. Directional (5) oriented drill bit unearthed, (6) reaming and towing pipe. This invention solves the problem that the horizontal directional drilling can only carry on the angle in the two-dimensional plane, the length is too long, the construction site is high, the practical operation is difficult, and the quality of the construction has been greatly improved, and the quality of the construction has been greatly improved. Short construction path can also reduce material and energy consumption, energy conservation and emission reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种管道三维穿越施工方法
本专利技术涉及地下施工领域，尤其涉及一种管道三维穿越施工方法。
技术介绍
随着社会、经济的发展，我国城市规模不断扩大，基础设施也不断完善，城市的供水、燃气、电力、通讯、石油等地下管线铺设数量空前增加，造成道路凿路开挖量急骤上升。但是开挖施工一方面容易阻塞交通、产生安全隐患并破坏城市环境；另一方面造成市政设施的重复养护，浪费难以估量。为此，运用一种新的地下管线工程施工方法势在必行。非开挖技术的出现解决了这个问题。非开挖水平定向钻进施工工艺是基于不破坏地面结构的管道敷设技术，其基本原理是施工时在钻杆前加一个传感元件，通过对传感元件的地面跟踪，准确控制导向钻头的走向和深度，使其行进线路满足待敷设管线和钻杆本身的弯曲半径及屈服强度，直至导向钻头按预定位置出土。水平定向钻进施工工艺一般分三个步骤：导向孔钻进、回扩、回拖。钻机按预先设定的轨迹曲线在不同地层和深度钻进导向孔，然后用回扩器扩孔至所需的孔径，最后将管道回拖至孔道内完成穿越。现代非开挖施工技术于19世纪60年代末起源于发达国家，主要有美国、英国和日本等。其中美国采用最多的是水平定向钻进技术；在美国，石油天然气工业管道经常需要通过私人领地和环境敏感地区，这使得水平定向钻进技术得以发展。英国等欧洲国家采用管线修复技术较多，日本主要采用微型隧道与顶管技术。我国非开挖施工技术以及设备的研究与开发工作起步较晚，20世纪80年代后期，由于不允许开挖铺设地下管线的工程数量的增多，以及各大城市改扩建工程的开展，我国开始引进和试制各类非开挖施工设备，从而促进了非开挖施工技术和设备的自主研发工作。作为非开挖施工技术的一种，水平定向钻进施工技术在我国非开挖铺设地下管线施工方法中发展最快、技术最先进、设备最完善、应用最广泛，在非开挖
里占据着主导地位。水平定向钻进技术作为目前非开挖技术中最具活力的一项施工技术，可在一定曲率半径范围内绕开障碍物，具有施工速度快、精度高、环保等特点。在水平定向钻导向孔钻进时，根据现有规范要求，不能在水平和竖直方向内同时进行角度变换，只能进行二维平面内的穿越。可是城镇空间狭窄，道路纵横交错。城镇建设在迅猛发展的同时也造成了地下空间资源的紧张。地下管线的穿越不可避免地要避让越来越多的地下障碍物和地下构筑物。若水平定向钻进只能在二维平面内进行角度借转，则穿越长度将更长，施工对场地的要求也将更高，工程的实际操作难度也会增加。在实际工作中已碰到类似情况，越是繁忙地段，越是需要水平定向穿越，但场地却满足不了穿越长度的要求。三维空间水平定向钻施工已具备成熟的条件。一是在PE管、硅管等柔性管道的施工中已越来越多地体现了三维施工的好处；二是水平定向钻施工已被大家所认同，施工工艺也趋于成熟。因而在提高施工质量、节能减排的大趋势下，有必要研究水平定向钻三维穿越技术。突破二维的限制实现三维穿越——即在水平面和垂直面同时借转——可以较好地解决这一问题。一方面它符合穿越施工最初的设计思想，即避绕障碍物，将障碍物的范畴由平面的二维扩展到三维，扩大了这一技术的使用范围和实用性，可开辟更广阔的市场；另一方面，二维中水平和竖直方向的依次借转可以在三维中同时实现，这也就缩短了管线的长度，为在城市中施工提供了便利的条件，也符合当前以及长远的发展趋势。因此，本领域的技术人员致力于开发一种管道三维穿越施工方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种可以在安全距离内绕开障碍物的管道三维穿越施工方法。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种用于管道三维穿越的施工装置：主要包括：控向设备，钻机，导向钻头和钻杆，其中，控向设备包括传感器、接收器和远程显示器，传感器为探棒；钻杆直径为89mm，长度为4500～6100mm，长细比为50.6～68.5，钻杆之间的连接方式为螺纹连接；钻机的旋转泵输出压力为3000磅/平方英寸，钻机的推进/回拖系统压力为5100磅/平方英寸，钻杆的旋转系统输出压力为4750磅/平方英寸；钻杆的泥浆系统压力为5900磅/平方英寸；导向钻头固定安装与最前端的钻杆上，探棒安装在导向钻头内。本专利技术的第二方面提供了一种管道三维穿越施工方法：包括以下步骤：(1)施工前准备；(2)钻进；(3)探棒位置确认；(4)钻进轨迹导向；(5)导向钻头出土；(6)扩孔及拖管，其中；步骤(3)中，可以选择在加接钻杆时使用控向设备确认探棒的位置；步骤(3)中，当距离障碍物最小安全距离和最大扩孔半径之和≤1m时，为了满足在三维穿越区域实现垂直面和水平面同时借转，每钻进钻杆长度的1/4，使用控向设备确认探棒的位置，最大扩孔半径为待安装管道直径的1.2～1.5倍，最小安全距离为施工设计时确定的待安装管道外壁距离障碍物的最小距离；步骤(3)中，当距离障碍物最小安全距离和最大扩孔半径之和处于1m和2m之间时，为了满足在三维穿越区域实现垂直面和水平面同时借转，每钻进钻杆长度的1/2，使用控向设备确认探棒的位置；步骤(3)中，当距离障碍物最小安全距离和最大扩孔半径之和处于≥2m之间时，为了满足在三维穿越区域实现垂直面和水平面同时借转，每钻进一根钻杆，使用控向设备确认探棒的位置；步骤(4)中，当需要调整钻进轨迹的偏差δ≤0.2m时，采用非回抽钻杆的调整方法；步骤(4)中，当需要调整钻进轨迹的偏差处于0.2m和0.5m之间时，如果钻杆长细比<60，采取回抽不少于6根钻杆的方式调整导向，如果钻杆长细比≥60，采取回抽不少于5根所述钻杆的方式调整导向；步骤(4)中，当需要调整钻进轨迹的偏差≥0.5m时，采取回抽不少于10根钻杆的方式调整导向。进一步地，确认探棒的位置时，钻孔内的钻具必须完全停止回转。进一步地，开钻前，钻机试运转，确定各部分运转正常后进行进一步钻进操作。进一步地，开钻前，导向钻头指向12点钟方向。进一步地，经过探棒位置确认，每根钻杆完成钻进后，将钟面调至12点。进一步地，第一根钻杆入土时，采用低压低转速的方式，稳定入土位置，符合入土倾角后进一步实施钻进。进一步地，通过步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)的循环实现导向钻头在水平面和垂直面同时借转，绕开障碍物。进一步地，步骤(1)中，所述施工前准备又分为以下步骤：①物探；②核对管线；③现场定位；④测量放线；⑤开挖工作坑；⑥安装钻头和探棒，校准探棒；⑦泥浆配制。进一步地，步骤⑤中，工作坑深度不浅于1.5米并挖至原状土。进一步地，步骤⑦中，泥浆由钻进液和膨润土配制而成，每1000L钻进液配合含50～150kg膨润土。进一步地，所述钻进液包括苏打或小苏打，pH值为8～10。进一步地，若环境为粘土土质，每1000L钻进液配合含50～75kg膨润土。进一步地，若环境为砂土土质，每1000L钻进液配合含100～150kg膨润土。技术效果：1、解决了目前水平定向钻进只能在二维平面内进行角度借转，穿越长度过长，施工场地要求高，工程实际操作难度大的问题；2、提高施工质量；3、施工路径段，还可以减少物料和能源消耗，节能减排。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的钻进轨迹俯视示意图；图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管道三维穿越的施工装置，其特征在于，所述施工装置包括：控向设备，钻机，导向钻头和钻杆，其中，所述控向设备包括：传感器、接收器和远程显示器，所述传感器为探棒；所述钻杆直径为89mm，长度为4500～6100mm，所述钻杆之间的连接方式为螺纹连接；所述钻机的旋转泵输出压力为3000磅/平方英寸，所述钻机的推进/回拖系统压力为5100磅/平方英寸，所述钻杆的旋转系统输出压力为4750磅/平方英寸；所述钻杆的泥浆系统压力为5900磅/平方英寸；所述导向钻头固定安装与最前端的所述钻杆上，所述探棒安装在所述导向钻头内。

【技术特征摘要】
1.一种用于管道三维穿越的施工装置，其特征在于，所述施工装置包括：控向设备，钻机，导向钻头和钻杆，其中，所述控向设备包括：传感器、接收器和远程显示器，所述传感器为探棒；所述钻杆直径为89mm，长度为4500～6100mm，所述钻杆之间的连接方式为螺纹连接；所述钻机的旋转泵输出压力为3000磅/平方英寸，所述钻机的推进/回拖系统压力为5100磅/平方英寸，所述钻杆的旋转系统输出压力为4750磅/平方英寸；所述钻杆的泥浆系统压力为5900磅/平方英寸；所述导向钻头固定安装与最前端的所述钻杆上，所述探棒安装在所述导向钻头内。2.一种管道三维穿越施工方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)施工前准备；(2)钻进；(3)探棒位置确认；(4)钻进轨迹导向；(5)导向钻头出土；(6)扩孔及拖管，其中步骤(3)中，可以选择在加接所述钻杆时使用所述控向设备确认所述探棒的位置；步骤(3)中，当距离障碍物最小安全距离和最大扩孔半径之和≤1m时，为了满足在三维穿越区域实现垂直面和水平面同时借转，每钻进所述钻杆长度的1/4，使用所述控向设备确认所述探棒的位置，所述最大扩孔半径为待安装管道直径的1.2～1.5倍，所述最小安全距离为施工设计时确定的所述待安装管道外壁距离所述障碍物的最小距离；步骤(3)中，当距离所述障碍物的所述最小安全距离和所述最大扩孔半径之和处于1m和2m之间时，为了满足在三维穿越区域实现垂直面和水平面同时借转，每钻进所述钻杆长度的1/2，使用所述控向设备确认所述探棒的位置；步骤(3)中，当距离所述障碍物的所述最小安全距离和所述最大扩孔半径之和处于≥2m之间时，为了满足在三维穿越区域实现垂直面和水平面同时借转，每钻进一根所述钻杆，使用所述控向设备确认所述探棒的位置；步骤(4)中，当需要调整所述钻进轨迹的偏差δ≤0.2m时，采用非回抽钻杆的调整方法；步骤(4)中，当需要调整所述钻进轨迹的偏差处于0.2m和0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强银，胡智钧，黄育舜，
申请(专利权)人：上海煤气第二管线工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31