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水平定向鉆機
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小型非開挖鉆機在花崗巖地層穿越施工中的應用

2019-11-17

非開挖鉆機

選用非開挖鉆機穿越技能進行管線穿越施工,是城市市政建造中不破壞地貌狀況和保護環境的準則下,完結水電氣管網建造、通訊光纜敷設等工程比較抱負的施工辦法。近十年來水平定向鉆穿越技能在我國各個行業得到了廣泛的使用,穿越施工從一般的土層,逐漸向砂層、砂礫層、卵礫層、巖石層拓展。隨之而來的是施工難度越來越大。這就要求我們的施工機械具有更多的功用,同時不斷的更新施工工藝,合理的確定操作參數。


  1 巖石層中的導向工藝


  在巖石層中進行水平定向鉆施工,要害是導向孔的施工,導向孔施工的質量是工程成敗的要害。巖石層導向孔的施工,有關資料介紹有如下辦法:


  1.1 扇形鉆進導向法


  這種辦法是將導向板換成三爪截齒輪鉆頭或者是單掌牙輪鉆頭,當要改動鉆孔軌跡時,需在必定間歇推力下,在預設方向的兩邊30°—60°范圍內,進行扇形鉆進,到達改動方向的意圖。這種辦法只適用于較軟巖層,操作者勞動強度大,效率較低。


  1.2 孔底泥漿馬達


  泥漿馬達由大排量泥漿來驅動,泥漿馬達與鉆桿軸線有1.5°-3°設備偏角。當鉆桿和泥漿馬達同時作業時,鉆頭保直鉆進;當鉆桿不旋轉,只提供推力和定向,泥漿馬達旋轉時,完結導向功用。


  2 水平糾斜鉆具施工法


  海川達建造工程有限公司與國土資源部勘探技能研討所非開挖研討開發中心合作,用25T小非開挖鉆機,在深圳市寶安區福永街8X110mm道通訊管線穿越花崗巖地層中成功的進行了水平定向穿越施工。


  2.1 工程概略


  本工程坐落深圳市寶安區福永大街辦翠崗西路跨政豐北路,路寬約40米,穿越長度約90米。敷設8×Φ110mm通訊管道。路兩邊有多種市政管道、電力、通訊管線,路中有一寬8米,深6米的泄洪箱涵。近三年來先后有十多個施工隊進入該路段施工,均以因無法鉆進花崗巖而撒場。


  2.2 地層


  穿越施工地段的地質剖面見附圖1。路口為山丘削平而成,地表以下一米為花崗巖地層,深度未知,長約70米,一直連續過了公路,然后是花崗巖徹底風化構成的粘土和亞粘土層。


  2.3 施工機具


  羅致曾經施工失敗的教訓,在非開挖鉆機出場前,對設備的配套選用,進行了認真研討。以25T非開挖鉆機為根底配置,添加一臺風壓1.4MPa;排氣量17m3的空壓機。在送氣管的恰當位置設備潤滑設備,并通過三通接入鉆機泥漿泵的高壓管中。采取鉆機原配泥漿泵單缸送水,這樣既能確??變葲_擊器的潤滑,又能滿意孔內探棒冷卻和降塵的要求。


  針對巖石性狀,選用了高壓潛孔錘。通過沖擊反轉鉆進,破碎巖石。在沖擊載荷下,巖石發生體積破碎。沖擊式鑿巖鉆頭施加一個垂直于巖石外表的沖擊力,在這個力的作用下,使鉆頭壓入并破碎巖石,每沖擊一次,鉆頭旋轉一個視點,構成圓形鉆孔。對于中硬以上巖石,在必定預壓力下施行沖擊破碎是一種有用的碎巖方法,施工中所需軸心壓力小,鉆桿反轉速度低,現在市場上20噸以上鉆機均能滿意鉆進需求。


  在巖石層中施工成功的要害,不是鉆巖的問題,而是在巖石層中如何控向。通過重復研討,決定選用勘探技能研討所非開挖技能開發中心研制的水平糾斜鉆具來完結導向孔的施工。水平糾斜鉆具由控向測量體系―氣動潛孔錘―斜面巖石鉆頭組成。


  測量體系設計了減震組織能在潛孔錘沖擊作業環境中,確保探棒的正常作業。碎巖鉆頭是球齒鉆頭,添加了一個斜面。在沖擊反轉鉆進工況下,鉆頭堅持直線方向鉆進,導向孔軌跡表現為直孔鉆進;當進行控向鉆進時,施行在預訂方位扇形搖擺鉆進。


  2.4 施工進程


  設備就位后,將鉆具按鉆頭、潛孔錘、巖石導向體系、鉆桿依次連接好。首先是從曾經施工過的一個孔位處開端鉆進。舊鉆孔是選用硬質合金反轉鉆進,合金鉆頭磨損嚴峻,雖經數次修復,歷經兩個作業日,只鉆進了70cm。同樣是選用本來的鉆機,選用沖擊反轉鉆進,只用了7分鐘左右就鉆進了一根鉆桿。進行第二根鉆桿鉆進時,潛孔錘不啟動了。經查看確認地上設備無反常后將鉆具提出鉆孔,打開沖擊器,發現巖屑進入潛孔錘的內缸將沖錘活塞卡住了。通過現場剖析,潛孔錘作業時由于水位太高、水量太大,一旦中止送風,沖洗液和鉆屑會倒吸入鉆具內。為確保潛孔錘正常作業,將作業坑內泥漿排凈,從原鉆孔的上方,重新開孔,風動潛孔錘作業正常,毛病掃除。


  非開挖鉆機施行了直線鉆進和弧形控向鉆進。鉆機轉速10~40r/min,給進壓力控制在2~5T左右??叵蜚@進時,就選用扇形搖擺鉆進。平均鉆進速度為7min/m。在鉆進24根鉆桿時,發感鉆速忽然加速,反轉阻力減小,給進力下降,剖析地層發生了改動,提出巖石控向鉆具,換上普通土層導向鉆具,再鉆進20多米,順利完結導向孔施工。


  本次導向孔施工,巖石鉆進長度約70m,Z深處7.9m,以-15°開孔即在巖石層中施工,至鉆透巖石層,視點現已調整到5°。


  3沖擊反轉鉆進巖石層施工特色


  氣動潛孔錘鉆進是一種沖擊反轉空氣鉆進辦法,多年來在固體礦床勘探開采、水井開鑿、鉆孔灌注樁施工中得到廣泛使用。此次使用于水平定向鉆導向孔施工,具有一些特性:


  (1)導向孔施工選用沖擊反轉鉆進法,在中硬度花崗巖中,控向操作簡潔實用。每根鉆桿(3m)可調向1°左右;


  (2)排渣快,鉆孔干凈。每鉆進一根鉆桿,重復提動鉆具,同時高風量清孔;


  (3)同反轉鉆進相比,沖擊反轉鉆進法不需求高轉速,一般在10~60r/min范圍內,正常鉆進時所需扭矩較小,需求鉆壓只要反轉鉆的1/3左右;


  (4)開孔時要加水降塵,當鉆進到地下水位線下,需求當令清孔孔內積水;


  (5)鉆進效率高。通過統計,施工中純鉆效率在10m/h ~20m/h之間。


  實踐證明,選用沖擊反轉鉆進,搖擺式變向徹底能夠完結巖石層導向孔施工,尷尬鉆地層非開挖施工開辟了一種新途徑。


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