定向鑽挖法知识介绍

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　　早在公元1600年前后，中国四川就出现了穿越河流的竹制卤水管道。1888年美国曾使用浮筒浮运的方法敷设过水下管道。定向钻铺管技术是国外八十年代发展起来的一项先进的管道铺设技术。该项技术是国际上广为采用的一项先进的非开挖技术，它通过在土层下定向钻孔，斜拉工艺，在不开挖路面的条件下完成敷管工程。而不必象以往顶管必须开挖顶管机坑，具有工效高、造价低等特点，现国外已广为采用。现在可以广泛应用于市政、电信、电力、燃气、给水等管线的建设中，九十年代后期开始进入中国。在非开挖技术行业中，定向钻进一直是主要的增长领域。目前，在天然气、自来水、电力和电信部门定向钻进已是一种普通的施工工艺，最近由于在施工精度上的改善，定向钻进也被用于污水管和其它重力管线的铺设。
　　定向钻敷设管道只需在需要敷设管道的地段两端开挖2×1m见方的两个工作坑，通过定向钻现在两个工作坑之间钻制导向孔，通过扩孔器将导向孔回扩至需要的孔径，然后将需要敷设的管道在定向钻的拉力下，通过扩制好的孔洞由一个工作坑回拉至另外一个工作坑。由此，在只开挖两个工作坑的情况下即可完成管道的敷设。
　　定向钻施工法：
　　施工时，按照设计的钻孔轨迹（一般为弧形），采用定向钻进技术先施工一个近似水平的先导孔，随后在钻杆端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺管线，在回拉扩孔的同时，将待铺设管线拉入钻孔，完成铺管作业。有时根据钻机的能力和待铺设管线的直径大小，可先专门进行一次或二次扩孔后再回拉管线。
　　钻孔轨迹可以是直的，也可以是逐渐弯曲的。在导向绕过障碍物，或穿越高速公路、河流和铁路时，钻头的方向可以调整。钻孔过程可在预先挖好的发射坑和接受坑之间进行，也可在安装钻机的场地，以小角度直接从地表钻进。工作管或导管的铺设通常分两步进行。首先是沿所需的轨迹钻导向孔，然后回扩钻孔以加大孔径适应工作管的要求。在第二步即回拖过程中，工作管通过旋转接头与扩孔器连接，并随着钻杆的回拖拉入扩大了的钻孔中。在复杂地层条件下、或孔径需增加很大时，可采用多级扩孔的方法将孔径逐步扩大。 　 
　　在大型设备中，多数工作是通过钻杆回转完成的，设备的扭矩与轴向给进力和回拖力一样重要。对小型设备，通常是先钻一个导向孔，然后再将孔径扩大至所需的尺寸，同时将管道随扩孔器拉入，此时使用钻进液有助于破岩、润滑和冷却钻头。在钻进岩石或其它硬地层时，也可用钻进液驱动孔底“泥浆马达”，在这种情况下，需要很高的钻进液流速。膨润土／水的混合物是常用的钻进液或“泥浆”，它能使携带的岩屑处于悬浮状态，并能通过循环系统过滤。导向孔施工完成后，触变泥浆可保持孔壁的稳定，以便于回扩。工作管或导管一般为聚乙烯管或钢管，在扩孔的同时跟在扩孔器后一起捡入。
　　一些钻进系统被设计用于无水或钻进液的干式钻进工艺，其操作更简单，废弃物少，不需要太多的现场设备；但要受到铺管尺寸和地层条件的限制。
　　钻机可大致分为两类：地表发射的和坑内发射的。地表发射钻机通常为履带式，可依靠自己的动力自行走进入工地。铺设新管时它们不需要发射坑和接受坑，但管线连接时仍需要开挖。如果要求在地下相同深度连接其它管线，则可能会造成新管的开头几米废弃。
　　坑内发射钻机在钻孔的两端都需要挖坑，但可在空间受限的地方操作。一些设计更紧凑的钻机的发射坑，可只比接管所需的坑稍大一点就行。钻杆单根的长度受坑的尺寸限制，这可能对铺设速度和钻杆成本造成影响。
根据钻进地层的类型，选择定向钻机的能力可有很大不同。通常，均质粘土地层最容易钻进；砂土层要难一些，尤其是其位于地下水位之下或没有自稳能力时；砾石层中钻进会加速钻头的磨损。不带冲击作用或泥浆马达的标准型钻机，一般不适用钻进岩石或坚硬夹层，因为一旦遇到此类障碍物，钻头会无法进尺或偏离设计轨迹。
　　无江河的穿越技术是提高管道施工技术水平的重要因素。大型水平定向钻穿越机成功解决了长距离输送管道穿江越河施工的难题。如：位於河南省溫縣與博愛縣交界處的沁河定向鑽穿越工程全长1136．15米，穿越深度22米，是西气东输定向钻穿越工程中地质条件最差、穿越距离最长、施工难度及风险最大的一次河流穿越。管道職工操縱目前世界上最大的ＤＤ－９９０水平定向鑽機，經過近一個月的日夜奮戰，將重８００餘噸的鋼管從２２米深的地層中牽引出來並與西氣東輸主管道實現連通。
　　开挖定向钻水平穿越的优点，在于它很容易达到设计埋深，防腐层不易被破坏，能保证使用寿命，不改变河床的地质结构，不破坏大堤及两岸的地形地貌，不影响正常的航运和水面作业，而且工期短，耗资少，是当今世界最流行的无污染环保型穿越方法。