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水平定向钻机
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小型非开挖钻机在花岗岩地层穿越施工中的应用

2019-11-17

非开挖钻机

选用非开挖钻机穿越技能进行管线穿越施工,是城市市政建造中不破坏地貌状况和保护环境的准则下,完结水电气管网建造、通讯光缆敷设等工程比较抱负的施工办法。近十年来水平定向钻穿越技能在我国各个行业得到了广泛的使用,穿越施工从一般的土层,逐渐向砂层、砂砾层、卵砾层、岩石层拓展。随之而来的是施工难度越来越大。这就要求我们的施工机械具有更多的功用,同时不断的更新施工工艺,合理的确定操作参数。


  1 岩石层中的导向工艺


  在岩石层中进行水平定向钻施工,要害是导向孔的施工,导向孔施工的质量是工程成败的要害。岩石层导向孔的施工,有关资料介绍有如下办法:


  1.1 扇形钻进导向法


  这种办法是将导向板换成三爪截齿轮钻头或者是单掌牙轮钻头,当要改动钻孔轨迹时,需在必定间歇推力下,在预设方向的两边30°—60°范围内,进行扇形钻进,到达改动方向的意图。这种办法只适用于较软岩层,操作者劳动强度大,效率较低。


  1.2 孔底泥浆马达


  泥浆马达由大排量泥浆来驱动,泥浆马达与钻杆轴线有1.5°-3°设备偏角。当钻杆和泥浆马达同时作业时,钻头保直钻进;当钻杆不旋转,只提供推力和定向,泥浆马达旋转时,完结导向功用。


  2 水平纠斜钻具施工法


  海川达建造工程有限公司与国土资源部勘探技能研讨所非开挖研讨开发中心合作,用25T小非开挖钻机,在深圳市宝安区福永街8X110mm道通讯管线穿越花岗岩地层中成功的进行了水平定向穿越施工。


  2.1 工程概略


  本工程坐落深圳市宝安区福永大街办翠岗西路跨政丰北路,路宽约40米,穿越长度约90米。敷设8×Φ110mm通讯管道。路两边有多种市政管道、电力、通讯管线,路中有一宽8米,深6米的泄洪箱涵。近三年来先后有十多个施工队进入该路段施工,均以因无法钻进花岗岩而撒场。


  2.2 地层


  穿越施工地段的地质剖面见附图1。路口为山丘削平而成,地表以下一米为花岗岩地层,深度未知,长约70米,一直连续过了公路,然后是花岗岩彻底风化构成的粘土和亚粘土层。


  2.3 施工机具


  罗致曾经施工失败的教训,在非开挖钻机出场前,对设备的配套选用,进行了认真研讨。以25T非开挖钻机为根底配置,添加一台风压1.4MPa;排气量17m3的空压机。在送气管的恰当位置设备润滑设备,并通过三通接入钻机泥浆泵的高压管中。采取钻机原配泥浆泵单缸送水,这样既能确保孔内冲击器的润滑,又能满意孔内探棒冷却和降尘的要求。


  针对岩石性状,选用了高压潜孔锤。通过冲击反转钻进,破碎岩石。在冲击载荷下,岩石发生体积破碎。冲击式凿岩钻头施加一个垂直于岩石外表的冲击力,在这个力的作用下,使钻头压入并破碎岩石,每冲击一次,钻头旋转一个视点,构成圆形钻孔。对于中硬以上岩石,在必定预压力下施行冲击破碎是一种有用的碎岩方法,施工中所需轴心压力小,钻杆反转速度低,现在市场上20吨以上钻机均能满意钻进需求。


  在岩石层中施工成功的要害,不是钻岩的问题,而是在岩石层中如何控向。通过重复研讨,决定选用勘探技能研讨所非开挖技能开发中心研制的水平纠斜钻具来完结导向孔的施工。水平纠斜钻具由控向测量体系―气动潜孔锤―斜面岩石钻头组成。


  测量体系设计了减震组织能在潜孔锤冲击作业环境中,确保探棒的正常作业。碎岩钻头是球齿钻头,添加了一个斜面。在冲击反转钻进工况下,钻头坚持直线方向钻进,导向孔轨迹表现为直孔钻进;当进行控向钻进时,施行在预订方位扇形摇摆钻进。


  2.4 施工进程


  设备就位后,将钻具按钻头、潜孔锤、岩石导向体系、钻杆依次连接好。首先是从曾经施工过的一个孔位处开端钻进。旧钻孔是选用硬质合金反转钻进,合金钻头磨损严峻,虽经数次修复,历经两个作业日,只钻进了70cm。同样是选用本来的钻机,选用冲击反转钻进,只用了7分钟左右就钻进了一根钻杆。进行第二根钻杆钻进时,潜孔锤不启动了。经查看确认地上设备无反常后将钻具提出钻孔,打开冲击器,发现岩屑进入潜孔锤的内缸将冲锤活塞卡住了。通过现场剖析,潜孔锤作业时由于水位太高、水量太大,一旦中止送风,冲洗液和钻屑会倒吸入钻具内。为确保潜孔锤正常作业,将作业坑内泥浆排净,从原钻孔的上方,重新开孔,风动潜孔锤作业正常,毛病扫除。


  非开挖钻机施行了直线钻进和弧形控向钻进。钻机转速10~40r/min,给进压力控制在2~5T左右。控向钻进时,就选用扇形摇摆钻进。平均钻进速度为7min/m。在钻进24根钻杆时,发感钻速忽然加速,反转阻力减小,给进力下降,剖析地层发生了改动,提出岩石控向钻具,换上普通土层导向钻具,再钻进20多米,顺利完结导向孔施工。


  本次导向孔施工,岩石钻进长度约70m,最深处7.9m,以-15°开孔即在岩石层中施工,至钻透岩石层,视点现已调整到5°。


  3冲击反转钻进岩石层施工特色


  气动潜孔锤钻进是一种冲击反转空气钻进办法,多年来在固体矿床勘探开采、水井开凿、钻孔灌注桩施工中得到广泛使用。此次使用于水平定向钻导向孔施工,具有一些特性:


  (1)导向孔施工选用冲击反转钻进法,在中硬度花岗岩中,控向操作简洁实用。每根钻杆(3m)可调向1°左右;


  (2)排渣快,钻孔干净。每钻进一根钻杆,重复提动钻具,同时高风量清孔;


  (3)同反转钻进相比,冲击反转钻进法不需求高转速,一般在10~60r/min范围内,正常钻进时所需扭矩较小,需求钻压只要反转钻的1/3左右;


  (4)开孔时要加水降尘,当钻进到地下水位线下,需求当令清孔孔内积水;


  (5)钻进效率高。通过统计,施工中纯钻效率在10m/h ~20m/h之间。


  实践证明,选用冲击反转钻进,摇摆式变向彻底能够完结岩石层导向孔施工,尴尬钻地层非开挖施工开辟了一种新途径。


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