定向鉆施工中在松散砂層鋪管的對策
流砂層一般屬于水流搬運沉積而成的產(chǎn)物,故多屬河床流砂,且常被水飽和,容易稀釋流散,無膠結(jié)性。水平定向鉆在鉆進中遇到流砂層,常發(fā)生坍塌垮孔,超徑漏水,甚至無法成孔。
流砂層在工程地質(zhì)中可分為砂土和砂礫石土。砂土無可塑性,干燥時呈松散狀態(tài),滲透性較性土好,稍濕的砂土有假內(nèi)聚力。粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過全重50%的土為砂礫石土。此種土滲透力最強,干燥時呈松散狀態(tài),而級配良好的密實狀態(tài)的砂土不塌方。
對于一般不穩(wěn)定的流砂地層通過鉆進循環(huán)液來穩(wěn)定孔壁非常困難,甚至不能實現(xiàn)。但對
于一些較穩(wěn)定的流砂地層,如具有假內(nèi)聚力的穩(wěn)定稍濕的砂土、級配良好的密實狀態(tài)的砂土,還是可以考慮通過鉆進循環(huán)液來穩(wěn)定孔壁的。
采取優(yōu)質(zhì)泥漿護壁,用水泥和水玻璃做固化劑,進行注漿,水平定向鉆在實際施工前應(yīng)進行實驗,適當(dāng)提高泥漿密度,增大粘度和降低失水,又要考慮其可泵性,與此同時,還應(yīng)快速穿越。
頂管機利用泥漿的造壁性、護壁性及潤滑性,配置泥漿作為擴孔時的鉆進液。使用膨潤土加少量純堿和聚丙烯酰胺活性劑作為固相物質(zhì),加水后充分?jǐn)嚢,配制成密度?.15g/cm3,粘度為25s,PH為9的泥漿。經(jīng)網(wǎng)格1.5mmx1.5mm的鐵絲網(wǎng)過濾后,去掉雜質(zhì),陳放24h,投入擴孔施工,可以減緩孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象的發(fā)生,起到一定的造壁、護壁的效果。
這種功法的原理是利用注入加固漿液來固化流砂層,固化后穿越。
具體方法為:頂管機導(dǎo)向鉆進結(jié)束之后卸下鉆頭,換上注漿管并將其放入孔中,直到注漿管全部位于流砂中,然后卸下鉆桿,將鉆孔兩端用水泥或者其他有效材料封起來,包括注漿管與孔壁之間的空隙,只留下注漿管注入口,等封口強度達到要求之后用注漿泵將加固漿液壓入流砂層中并持續(xù)高壓使擴散直徑大于欲擴孔孔徑某一合適數(shù)值(有待進一步研究),等漿液固結(jié)后將注漿管拔出,換上鉆桿,再進行擴孔鋪管等工序。這種功法的鋪管管徑范圍由注漿孔散半徑?jīng)Q定。
這種功法的技術(shù)關(guān)鍵是:
在粘土層鋪管的對策
第四系粘土質(zhì)地層,粘土成分含量極高,具弱吸水性和弱膨脹,粘滯系數(shù)較大。因而,在該地層中進行非開挖施工,極易產(chǎn)生糊鉆及糊擴孔器的現(xiàn)象,致使鉆頭以及反向擴孔器的合金頭的切削能力大大減弱,在鉆進和回擴過程中產(chǎn)生較大的阻力和扭矩。
在粘性較高的粘土質(zhì)地層中利用水平導(dǎo)向鉆機進行非開挖鋪管工程施工,不必擔(dān)心發(fā)生塌孔現(xiàn)象,鉆液也不會過分流失。同時,擴孔時切削下來的粘土質(zhì)碎屑在擴孔器的攪拌下形成了一種近似膠體的泥漿,它可以懸浮切削下來的塊狀碎屑并將其帶出孔外。因而在鉆液配制方面,應(yīng)著重考慮降粘,忽略其他次要因素,以達到節(jié)約原材料,降低成本的目的。
在粘性較高的粘土質(zhì)地層中利用水平導(dǎo)向鉆機進行非開挖鋪管工程施工,必須欲擴孔。當(dāng)鋪設(shè)管線較多時,欲擴孔必須由小孔徑依次增大,最好不要一次到位。如果設(shè)備功率較大,也可以選擇適當(dāng)粗一點的回擴器進行第一次欲擴孔。當(dāng)鋪設(shè)管線較長且單根管道管徑較大時,欲擴孔后必須進行清孔處理,以避免管道被拉擠扁。
回擴器最好選擇翼狀切割型開式反向擴孔器,它具有不易被切削下來的粘土質(zhì)鉆屑糊粘,大大降低了回托阻力和旋轉(zhuǎn)所需的能量,增強了切削地層的能力。同時,開放式的設(shè)計能使鉆液和鉆屑更輕易地越過擴孔器,避免液壓鎖的形成。
分體定向鉆機技術(shù)參數(shù)表
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技術(shù)參數(shù)/鉆機型號 |
HX----FT10 |
HX----FT15 |
HX—FT20 |
HX---FT25 |
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發(fā)動機功率(kw) |
49 |
49 |
68 |
132 |
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最大扭距(N.m) |
3000 |
5000 |
6000 |
9000 |
|
最大回拖力(kN) |
100 |
150 |
200 |
250 |
|
動力頭轉(zhuǎn)速(rpm) |
0---80 |
0-----80 |
0----70 |
0-----70 |
|
配套鉆桿(mm) |
φ50×2000 |
φ60×2000 |
φ60×2000 |
φ73×3000 |
|
標(biāo)準(zhǔn)回擴鉆頭(mn) |
φ160---φ350 |
φ160----φ580 |
φ180----φ580 |
φ200----φ650 |
|
主機外型尺寸(m) |
3.5×1.1×1.2 |
3.5×1.1×1.2 |
4.5×1.1×1.3 |
4.5×1.1×1.3 |
|
最大施工距離(m) |
110 |
150 |
200 |
250 |
|
最大擴孔直徑(mm) |
φ450 |
φ500 |
φ550 |
φ650 |
整體定向鉆機技術(shù)參數(shù)表
|
技術(shù)參數(shù)/鉆機型號 |
XTX----ZT20 |
XTZ---ZT28 |
XTX----ZT32 |
|
發(fā)動機功率(kw) |
68 |
132 |
132 |
|
最大扭距(N.m) |
6000 |
11000 |
13600 |
|
最大回拖力(kN) |
200 |
280 |
320 |
|
動力頭轉(zhuǎn)速(rpm) |
0----70 |
0-----70 |
0-----65 |
|
配套鉆桿(mm) |
φ60×3000 |
φ73×3000 |
φ73×4000 |
|
標(biāo)準(zhǔn)回擴鉆頭(mn) |
φ180---φ580 |
φ200----φ750 |
φ250----φ850 |
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主機外型尺寸(m) |
5.5×2.1×1.7 |
5.5×2.1×1.8 |
5.5×2.2×1.8 |
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最大施工距離(m) |
200 |
300 |
350 |
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最大擴孔直徑(mm) |
φ550 |
φ750 |
φ850 |
