超长下穿定向钻拉管法施工方法与流程

1.本发明涉及管道施工领域，具体涉及一种超长下穿定向钻拉管法施工方法。

背景技术：

2.非开挖定向钻主要是采用地下定位系统，通过导向、分级扩孔的方法，确保钻机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。

3.非开挖定向钻施工的优点，回避了开挖施工中存在的对交通、周边建筑物及地下管线影响大，路面、房屋等需要大面积拆除并恢复而导致的资源浪费，并且施工周期短，可有效避免埋深4m以上沟槽开挖施工时的塌方等问题，从而避免了作业人员的施工安全等问题。

4.泥浆在非开挖定向钻进中非常的重要，是工程成败的关键因素之一，泥浆的性能对成孔质量有影响。泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。现目前的泥浆只是适合中短距离的定向钻拉管法施工，而对于超长距离的施工，由于泥浆的排渣能力、护壁能力和冷却能力有限，从而不适应于超长距离的定向钻拉管法施工。

5.另外，现有技术中，在管线回拖时，管线在地下孔中的泥浆中移动，地下孔中的泥浆会进入到管线中，从而造成管线铺设完毕后，管线内堵塞有大量的泥浆，后期还需要对管线内的泥浆额外进行清理，由于管线位于地下孔中，管线内的泥浆清洗非常不便，清理时需要使用清理设备将泥浆从管线内抽出或者泵出，还需要额外的安装清理设备，操作非常的麻烦。

技术实现要素：

6.本发明意在提供超长下穿定向钻拉管法施工方法，以使得泥浆能够适应于超长距离的定向钻拉管法施工。

7.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：超长下穿定向钻拉管法施工方法，包括以下步骤：

8.a、测量放线；

9.b、场地平整及便道修筑；

10.c、设备搬迁、井场布置；

11.d、系统安装、调试；

12.e、磁方位测量；

13.f、钻导向孔；

14.g、预扩孔；

15.h、管道回拖；

16.i、设备撤场、地貌恢复和泥浆处理；

17.步骤f-h各阶段使用相应的泥浆：

18.步骤f中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.2-0.4份的添加剂，0.3份的降滤失剂；

19.步骤g中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4的降滤失剂；

20.步骤h中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4份降滤失剂，2-3份的润滑剂。

21.本方案的原理及优点是：采用上述配比的泥浆，在实际应用时，在步骤f导向钻进和步骤g钻杆回拉扩径的过程中，通过钻杆注入相应配方的泥浆，能够减少钻头、钻杆和扩孔器的摩擦，降低钻杆和扩孔器回转扭矩和回拉阻力，同时本方案中的泥浆还有固壁、防止孔洞塌土、冷却钻头的作用。

22.另外，本方案中泥浆的制备根据步骤f-h不同的阶段对泥浆的不同要求进行配制，这样能够按照施工要求及时调整泥浆的性能指标，确保孔壁的稳定，以及泥浆的流动性。

23.本方案中f阶段中的泥浆能够尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定。

24.g阶段的泥浆具有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力。

25.h阶段的泥浆具有很好的护壁、携沙能力，同时还有很好的润滑能力，能够减少钻杆和扩孔器的摩阻和扭矩。

26.综上，通过本方案，使得泥浆能够适应于超长距离的定向钻拉管法施工，提高了超长距离的定向钻拉管法施工的稳定性，使得超长距离的定向钻拉管法施工更加的顺利进行。

27.优选的，作为一种改进，泥浆的密度为1.02-1.25g/cm3，含沙量小于0.5％。本方案中按照泥浆的性能指标范围进行调配泥浆，使泥浆符合使用要求。且在本方案中的性能指标下能够增强泥浆的性能，确保泥浆的流动性和悬浮性，提高回扩成孔的效果，充分提高了泥浆的护壁能力。

28.优选的，作为一种改进，膨润土为预水化钠基膨润土。本方案中的预水化钠基膨润土具有小而多的硅酸盐层，能够增强浆液的膨润性，从而提高浆液的流动性。

29.优选的，作为一种改进，步骤a中，根据图纸位置，用经纬仪确定管道中心线、入土点及出土点位置，并用喷漆作出标记；并在周围建立沉降观测点。

30.优选的，作为一种改进，步骤f中，钻杆的深度误差范围控制在

±

0.2m以内，轴向偏差范围控制在

±

0.3m以内。由此，保证了钻导向孔精度。

31.优选的，作为一种改进，步骤f中，配备一台手提式地表导向仪，在造斜段，每钻进10cm测一次钻头位置；在平铺段，每20cm测一次钻头位置。由此，能够对钻头的行进方向进行及时监测，避免钻头出现过大的偏移。

32.优选的，作为一种改进，步骤h中，针对于易沉降段，管道回拖前，管道外挂mpp管，mpp管长度等同回拖管道长度，mpp管上设有浆液喷口，在管道回拖时，mpp管连同管道一起进行回拖；回拖完成后，向mpp管中注入水泥粉煤灰浆液，水泥粉煤灰浆液从浆液喷口喷出，水泥粉煤灰浆液流进了管道和孔壁之间。由此，对于易沉降段，使水泥粉煤灰浆液沿mpp管及浆液喷口向管道与孔壁间隙内进行注浆，从而实现了孔内的泥浆全部置换为水泥粉煤灰浆液。将管道与孔壁间隙内的泥浆置换为水泥粉煤灰浆液，可以最大限度的对管道与孔壁

环间隙进行填充，增强孔壁的抗压能力，最大限度的降低钻孔的坍塌风险。

33.优选的，作为一种改进，水泥粉煤灰浆液中的水泥、粉煤灰浆的配比为1:10。由此，选用此配比的水泥粉煤灰浆液，水泥粉煤灰浆液的性能更好。

34.优选的，作为一种改进，步骤g中，进行多次预扩孔，每次使用的扩孔器的直径逐渐变大。由此，实现了扩孔的逐渐变大，使得扩孔过程中顺利进行，避免扩孔过程中对钻孔造成破坏。

35.优选的，作为一种改进，步骤h中，回拖时，扩孔器和管道之间连接有连接器，连接器包括多个同轴可拆卸连接的连接部，从靠近扩孔器的连接部到靠近管道的连接部的直径逐渐变大，每个连接部远离扩孔器的一端均为螺纹端。由此，连接器实现了扩孔器和管道的连接。螺纹端用于与管道连接。连接部具有多个，并且多个连接部同轴可拆卸连接，每个连接部的直径不同，这样通过将不同数量的连接部拆卸下或者安装上，使得连接器与管道的连接端为不同的大小，从而能够连接不同直径的管道。同时，连接器用于对管道的端部进行封堵，避免回拖过程中，孔中的泥浆进入到管道中。

附图说明

36.图1为连接器的结构示意图。

37.图2为图1中卡环的左视剖视图。

具体实施方式

38.下面通过具体实施方式进一步详细说明：

39.说明书附图中的附图标记包括：转轴1、第一连接部2、第二连接部3、第三连接部4、第二控制环5、第一控制环6、卡块7、滑动块8、锁销9、凸缘10、第一槽体11、第三槽体12、第二槽体13、管道14。

40.实施例1

41.超长下穿定向钻拉管法施工方法，包括以下步骤：

42.a、测量放线；根据图纸位置，用经纬仪确定管道中心线、入土点及出土点位置，并用喷漆作出标记；并在周围建立沉降观测点。测定出线路中心线，设置若干加密桩、地下障碍物标志桩，注明障碍物名称、埋深和尺寸。定好线路中心线和施工作业带边界线桩后，用白灰放出管道中心线和作业带边界线及定向钻出入土点。放线完毕及时清点作业带内的障碍物，并作好记录；同时在清扫施工作业带之前，将所有的管线桩平移至堆土一侧的占地边界线以内，距边界0.3m处。

43.b、场地平整及便道修筑；施工前施工现场需要达到“三通一平”的条件：路通、水通、电通和作业区平整。

44.c、设备搬迁、井场布置；将有关设备搬迁到位。

45.d、系统安装、调试；所有设备进入施工现场后，进行系统安装。系统安装完毕检查一切正常后，进行系统试运转。同时，在开钻施工前认真检查钻杆、无磁钻铤、螺杆马达、扩孔器、牙轮、卸扣、万向节等钻机具的质量，清洗丝扣，并确保内部无损伤。

46.e、磁方位测量；磁方位角作为定向钻穿越工程最重要的控向数据，因此，在导向孔开钻前，要认真做好穿越中心线的磁方位角测量，这一数值是导向孔控向的原始依据数值，

必须准确。用全站仪通过在穿越中心线上地表多点测量(一般情况下，出、入土侧各取两个点)，然后将各组数据进行分析对比，排除由于那些由于磁干扰而错误的数据，确定正确的磁方位角数值。如果各组数据相差较大(0.2

°

以上)，则增加测量点(2-4个)，直到确定正确的数值。

47.f、钻导向孔；使用钻机、钻杆和钻头钻导向孔。钻杆的深度误差范围控制在

±

0.2m以内，轴向偏差范围控制在

±

0.3m以内。同时，配备一台手提式地表导向仪，在造斜段，每钻进10cm测一次钻头位置；在平铺段，每20cm测一次钻头位置。

48.g、预扩孔；钻头准确出土后，拆卸钻具并连接扩孔器。进行多次预扩孔，每次使用的扩孔器的直径逐渐变大。具体的，本实施例采用6次预扩孔；第一级采用400mm扩孔器扩孔，第二级采用550mm扩孔器扩孔，第三级采用700mm扩孔器扩孔，第四级采用850mm扩孔器扩孔，第五级采用950mm扩孔器扩孔，第六级采用1080mm扩孔器扩孔。

49.h、管道回拖；按照钻机—钻杆—扩孔器—连接器—管道进行连接，然后进行回拖作业。如果整个回拖路段含有易沉降段，管道回拖前，管道外挂φ30m的mpp管，mpp管长度等同回拖管道长度，mpp管上设有浆液喷口，在管道回拖时，mpp管连同管道一起进行回拖；回拖完成后，向mpp管中注入水泥粉煤灰浆液，水泥粉煤灰浆液从浆液喷口喷出，水泥粉煤灰浆液流进了管道和孔壁之间。水泥粉煤灰浆液中的水泥、粉煤灰浆的配比为1:10。

50.i、设备撤场、地貌恢复和泥浆处理。

51.步骤f-h各阶段均需要向孔中注入泥浆，各个阶段使用的泥浆如下：

52.步骤f中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.2-0.4份的添加剂，0.3份的降滤失剂；

53.步骤g中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4的降滤失剂；

54.步骤h中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4份降滤失剂，2-3份的润滑剂。

55.本实施例中的泥浆的密度为1.02-1.25g/cm3,含沙量小于0.5％(重量占比)。膨润土为预水化钠基膨润土。添加剂为烧碱或纯碱。

56.本实施例中的泥浆性能参数如表1所示：

57.表1

[0058][0059]

在实际配制泥浆的过程中根据不同的地质情况确定泥浆粘度值，本实施例中根据表2所示的参数进行选择确定：

[0060]

表2

[0061][0062]

本实施例，采用上述泥浆，使得泥浆能够适应于超长距离的定向钻拉管法施工，提高了超长距离的定向钻拉管法施工的稳定性，使得超长距离的定向钻拉管法施工更加的顺利进行。

[0063]

同时，对于含有易沉降段的施工路段，在管道回拖之后，使水泥粉煤灰浆液沿mpp管及浆液喷口向管道与孔壁间隙内进行注浆，从而实现了孔内的泥浆全部置换为水泥粉煤

灰浆液。将管道与孔壁间隙内的泥浆置换为水泥粉煤灰浆液，可以最大限度的对管道与孔壁环间隙进行填充，增强孔壁的抗压能力，最大限度的降低钻孔的坍塌风险，利于提高超长距离的定向钻拉管法施工的稳定性。

[0064]

实施例2

[0065]

基本如附图1-图2所示：回拖时，扩孔器和管道14之间连接有连接器，连接器包括多个同轴可拆卸连接的连接部，本实施例中的连接部为三个，分别为第一连接部2、第二连接部3和第三连接部4，第一连接部2、第二连接部3和第三连接部4的直径依次变大，第一连接部2的左端通过轴承转动连接有转轴1，转轴1和扩孔器通过螺栓进行连接。第一连接部2、第二连接部3和第三连接部4均为圆筒状，第一连接部2的右端、第二连接部3的右端和第三连接部4的右端均设有内螺纹，内螺纹用于与管道14端部进行连接，如图1中的第三连接部4的右端和管道14的左端进行螺纹连接。第一连接部2和第二连接部3之间、第二连接部3和第三连接部4之间可拆卸连接，具体的可拆卸连接方式为：第一连接部2和第二连接部3之间连接用于控制第一连接部2和第二连接部3是否连接的第一控制环6，第一控制环6套在并转动连接在第二连接部3的左端上；第二连接部3和第三连接部4之间连接有用于控制第二连接部3和第三连接部4是否连接的第二控制环5，第二控制环5套在并转动连接在第三连接部4的左端上，以第二连接部3和第三连接部4为例具体阐述第二连接部3和第三连接部4的可拆卸连接关系：第二连接部3的右端上一体成型有环形的凸缘10，第三连接部4的内壁上焊接有卡块7，卡块7与凸缘10的右侧面相抵，第三连接部4的左端的侧壁上设有多个圆周均匀分布的通孔，通孔中均沿第三连接部4径向滑动连接有锁销9，锁销9远离第二连接部3的一端上焊接有滑动块8，第二控制环5上设有多个圆周均匀分布的滑槽，滑动块8卡在滑槽中，并且滑动块8能够在滑槽中滑动；结合图2所示，第二控制环5上的滑槽均包括第一槽体11、第二槽体13和第三槽体12，第二槽体13连接在第一槽体11和第二槽体13之间，第一槽体11靠近第一控制环6的中心，第三槽体12远离第一控制环6的中心。第二控制环5上设有使锁销9滑动的滑动腔，滑动腔位于滑槽靠近第二控制环5上中心的一侧，且滑动腔和滑槽连通。滑动腔靠近第三槽体12的一端大于滑动腔靠近第一槽体11的一端。本实施例中的滑槽的数量和锁销9的数量均为六个。锁销9与凸缘10的左侧相抵。第一连接部2的左端密封。卡块7为环形。

[0066]

具体实施过程如下：由此，连接器实现了扩孔器和管道14的连接。螺纹端用于与管道14连接。转轴1用于与扩孔器连接，通过将管道14连接在第三连接部4上，整个连接器对管道14的左端部进行封堵，避免回拖过程中，孔中的泥浆进入到管道14中。

[0067]

由于第一连接部2、第二连接部3和第三连接部4可拆卸连接，并且第一连接部2、第二连接部3和第三连接部4的直径不同，因此当第一连接部2、第二连接部3和第三连接部4连接在一起时，此时管道14连接在第三连接部4的右端，连接器可以连接管径较大的管道14。当将第三连接部4拆下时，通过将管道14与第二连接部3的右端进行连接，此时连接器可以连接管径小一号的管道14。当继续将第二连接部3拆下时，通过将管道14和第一连接部2的右端进行连接，此时连接器可以连接管径更小的管道14。由此，通过本方案，连接器可以与不同管径的管道14连接。

[0068]

当需要将第三连接部4拆下时，对第二控制环5进行转动，第二控制环5转动过程中，滑动块8从第一槽体11中经过第二槽体13滑动到第三槽体12中，滑动块8带动锁销9远离

凸缘10，锁销9不再将凸缘10卡住，此时可将第三连接部4从第二连接部3上取下。而将第三连接部4按装到第二连接部3上时，将第二连接部3的凸缘10与卡块7相抵，并反向转动第二控制环5，滑动块8从第三槽体12中经过第二槽体13滑动到第一槽体11中，滑动块8带动锁销9靠近凸缘10，锁销9将凸缘10卡住，此时实现了将第三连接部4安装到第二连接部3上，第二连接部3和第三连接部4不能分开。同理，第二连接部3和第一连接部2的拆下和安装方式类似于上述方式，在此不再赘述。

[0069]

本方案中通过对第一控制环6、第二控制环5进行转动，便可分别实现了第一连接部2和第二连接部3的快速拆卸和安装，实现了第二连接部3和第三连接部4的拆卸和安装，相比使用多个螺栓进行连接，拆装更加快捷方便。同时，第一连接部2和第二连接部3之间、第二连接部3和第三连接部4之间没有采用螺纹连接方式，这样第一连接部2和第二连接部3之间、第二连接部3和第三连接部4之间即便发生相对转动也不会松动，使得相互之间的连接的比较牢固稳定。另外，本方案通过设置多个不同内径的连接部，同时转轴1的直径也小于第一连接部2的直径，这样使得连接器远离管道14的一端的直径较小，这样连接器在移动过程中，有利于减少移动的阻力，移动会更加的顺畅。

[0070]

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。技术特征：

1.超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：包括以下步骤：a、测量放线；b、场地平整及便道修筑；c、设备搬迁、井场布置；d、系统安装、调试；e、磁方位测量；f、钻导向孔；g、预扩孔；h、管道回拖；i、设备撤场、地貌恢复和泥浆处理；步骤f-h各阶段使用相应的泥浆：步骤f中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.2-0.4份的添加剂，0.3份的降滤失剂；步骤g中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4的降滤失剂；步骤h中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4份降滤失剂，2-3份的润滑剂。2.根据权利要求1所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：泥浆的密度为1.02-1.25g/cm3，含沙量小于0.5％。3.根据权利要求1所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：所述膨润土为预水化钠基膨润土。4.根据权利要求1所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：步骤a中，根据图纸位置，用经纬仪确定管道中心线、入土点及出土点位置，并用喷漆作出标记；并在周围建立沉降观测点。5.根据权利要求4所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：步骤f中，钻杆的深度误差范围控制在

±

0.2m以内，轴向偏差范围控制在

±

0.3m以内。6.根据权利要求5所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：步骤f中，配备一台手提式地表导向仪，在造斜段，每钻进10cm测一次钻头位置；在平铺段，每20cm测一次钻头位置。7.根据权利要求6所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：步骤h中，针对于易沉降段，管道回拖前，管道外挂mpp管，mpp管长度等同回拖管道长度，mpp管上设有浆液喷口，在管道回拖时，mpp管连同管道一起进行回拖；回拖完成后，向mpp管中注入水泥粉煤灰浆液，水泥粉煤灰浆液从浆液喷口喷出，水泥粉煤灰浆液流进了管道和孔壁之间。8.根据权利要求7所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：所述水泥粉煤灰浆液中的水泥、粉煤灰浆的配比为1:10。9.根据权利要求8所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：步骤g中，进行多次预扩孔，每次使用的扩孔器的直径逐渐变大。10.根据权利要求9所述的超长下穿定向钻拉管法施工方法，其特征在于：步骤h中，回拖时，扩孔器和管道之间连接有连接器，连接器包括多个同轴可拆卸连接的连接部，从靠近

扩孔器的连接部到靠近管道的连接部的直径逐渐变大，每个连接部远离扩孔器的一端均为螺纹端。

技术总结

本发明涉及管道施工领域，具体涉及超长下穿定向钻拉管法施工方法，包括以下步骤：A、测量放线；B、场地平整及便道修筑；C、设备搬迁、井场布置；D、系统安装、调试；E、磁方位测量；F、钻导向孔；G、预扩孔；H、管道回拖；I、设备撤场、地貌恢复和泥浆处理；步骤F-H各阶段使用相应的泥浆：步骤F中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.2-0.4份的添加剂，0.3份的降滤失剂；步骤G中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4的降滤失剂；步骤H中的泥浆采用以下重量份数配比的原料：7-8份的膨润土，0.3-0.5份的提粘剂，0.4份降滤失剂，2-3份的润滑剂。本方案使得泥浆能够适应于超长距离的定向钻拉管法施工。管法施工。管法施工。

技术研发人员：张开聪 张伟 李超 刘璘俊 李洵

受保护的技术使用者：中铁八局集团有限公司

技术研发日：2021.11.30

技术公布日：2022/3/11