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物,故多屬河床流砂,且常被水飽和,容易稀釋流散,無膠結性。水平定向鉆在鉆進中遇到流砂層,常發生坍塌垮孔,超徑漏水,甚至無法成孔。
流砂層在工程地質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,滲透性較性土好,稍濕的砂土有假內聚力。粒徑大于2mm的顆粒質量超過全重50%的土為砂礫石土。此種土滲透力最強,干燥時呈松散狀態,而級配良好的密實狀態的砂土不塌方。
對于一般不穩定的流砂地層通過鉆進循環液來穩定孔壁非常困難,甚至不能實現。但對
于一些較穩定的流砂地層,如具有假內聚力的穩定稍濕的砂土、級配良好的密實狀態的砂土,還是可以考慮通過鉆進循環液來穩定孔壁的。
采取優質泥漿護壁,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進行實驗,適當提高泥漿密度,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,加水后充分攪拌,配制成密度為1.15g/cm3,粘度為25s,PH為9的泥漿。經網格1.5mmx1.5mm的鐵絲網過濾后,去掉雜質,陳放24h,投入擴孔施工,可以減緩孔內坍塌現象的發生,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:頂管機導向鉆進結束之后卸下鉆頭,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高壓使擴散直徑大于欲擴孔孔徑某一合適數值(有待進一步研究),等漿液固結后將注漿管拔出,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決定。
這種功法的技術關鍵是:
在粘土層鋪管的對策
第四系粘土質地層,粘土成分含量極高,具弱吸水性和弱膨脹,粘滯系數較大。因而,在該地層中進行非開挖施工,極易產生糊鉆及糊擴孔器的現象,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生較大的阻力和扭矩。
在粘性較高的粘土質地層中利用水平導向鉆機進行非開挖鋪管工程施工,不必擔心發生塌孔現象,鉆液也不會過分流失。同時,擴孔時切削下來的粘土質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,應著重考慮降粘,忽略其他次要因素,以達到節約原材料,降低成本的目的。
在粘性較高的粘土質地層中利用水平導向鉆機進行非開挖鋪管工程施工,必須欲擴孔。當鋪設管線較多時,欲擴孔必須由小孔徑依次增大,最好不要一次到位。如果設備功率較大,也可以選擇適當粗一點的回擴器進行第一次欲擴孔。當鋪設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鉆屑糊粘,大大降低了回托阻力和旋轉所需的能量,增強了切削地層的能力。同時,開放式的設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。
分體定向鉆機技術參數表
技術參數/鉆機型號 |
HX----FT10 |
HX----FT15 |
HX—FT20 |
HX---FT25 |
發動機功率(kw) |
49 |
49 |
68 |
132 |
最大扭距(N.m) |
3000 |
5000 |
6000 |
9000 |
最大回拖力(kN) |
100 |
150 |
200 |
250 |
動力頭轉速(rpm) |
0---80 |
0-----80 |
0----70 |
0-----70 |
配套鉆桿(mm) |
φ50×2000 |
φ60×2000 |
φ60×2000 |
φ73×3000 |
標準回擴鉆頭(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 |
整體定向鉆機技術參數表
技術參數/鉆機型號 |
XTX----ZT20 |
XTZ---ZT28 |
XTX----ZT32 |
發動機功率(kw) |
68 |
132 |
132 |
最大扭距(N.m) |
6000 |
11000 |
13600 |
最大回拖力(kN) |
200 |
280 |
320 |
動力頭轉速(rpm) |
0----70 |
0-----70 |
0-----65 |
配套鉆桿(mm) |
φ60×3000 |
φ73×3000 |
φ73×4000 |
標準回擴鉆頭(mn) |
φ180---φ580 |
φ200----φ750 |
φ250----φ850 |
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 |
最大施工距離(m) |
200 |
300 |
350 |
最大擴孔直徑(mm) |
φ550 |
φ750 |
φ850 |