《长输管道穿越技术研究及应用》论文文档格式.docx
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水平定向钻和导向钻进施工法…………………………………………10
6.1导向/定向钻进的施工原理……………………………………………11
6.2导向/定向钻进的施工工艺研究………………………………………11
6.3定向钻穿越施工技术案例分析………………………………………16
水平螺旋钻进穿越施工技术……………………………………………17
7.1水平螺旋钻的施工原理………………………………………………17
7.2水平螺旋钻穿越施工工艺研究………………………………………19
7.3水平螺旋钻穿越案例…………………………………………………21
非开挖穿越施工设备的发展趋势………………………………………22
8.1定向(导向)钻机……………………………………………………22
8.2顶管机……………………………………………………………………22
8.3气动夯锤…………………………………………………………………22
8.4水平螺旋钻机…………………………………………………………22
8.5结论……………………………………………………………………22
长输管道非开挖穿越技术研究及应用
第一章引言
近几年国内长输管道建设方兴未艾,尤其是中国石油和中国石化两大集团公司大力建设原油、成品油、天然气管道,拟在全国范围内形成一个油气管网,实现各地区的油气资源互补。
长输管道施工因为距离较长,管道经过的地形也非常复杂,经常会遇到公路、铁路、水渠、河流、鱼塘、建筑物等障碍物,在管道施工中由于环境保护以及其他一些原因,一些障碍物的通过必须使用穿越技术,即管线进行非开挖敷设。
非开挖地下管线施工技术是指在地面不开挖沟槽的情况下铺设、修复和更换地下管道和电缆的施工技术。
其中,铺设地下管线包括水平定向钻进、水平螺旋钻、夯管锤、顶管等方法。
与传统的开挖施工相比,非开挖地下管线施工具有不影响交通,不污染环境等优点,
第二章非开挖施工技术的发展历史
非开挖施工技术虽然已有近百年的历史,但其重大的发展始于20世纪50年代,尤其是近几十年。
在发达国家目前它不仅已成为地下线路工程的一个新技术增长点,并以其自身的技术优势和广阔的市场前景逐渐发展成为一个新兴的产业(机械制造业和工程承包业)。
据统计,在西方发达国家中,目前非开挖设备制造商和材料供应商达400多家,工程承包商达4000余家,各种非开挖施工方法达百余种。
2.1国外非开挖施工技术的发展
国外非开挖管线施工技术的发展,大致可分为三个阶段:
人工(或用简单机械)地下挖掘后在铺设管线。
这是非开挖技术发展的初期,将地下挖掘与管线铺设分开进行,效率低、安全性差,只用于特殊场合下的短距离工程;
常规钻、掘机械挖掘、铺设阶段。
这基本上是20世纪70年代以前的技术,虽然在一定程度上将地下挖掘和铺管结合起来,但无法控制管线铺设方向,加之设备能力和施工技术水平的限制,效率低下,难于铺设直径和长度较大的管线;
采用专用设备和技术,把地下挖掘和管线的铺设、更换等各项作业有机地合成为一体,并能准确控制管线铺设方向,形成了现代的非开挖管线施工技术。
2.2国内非开挖施工技术的发展
我国非开挖施工技术和设备的开发和研究工作起步较晚,至今对非开挖地下管线施工技术的发展和应用尚未引起足够的重视。
我国非开挖施工技术的应用和发展大致可分为两个阶段:
1953~1985年为第一阶段,即使用传统的非开挖施工技术阶段;
1985年至今为第二阶段,既引入现代的非开挖技术阶段。
我国最早使用的非开挖施工法是顶管法。
1953年,北京市在市政工程中首次使用顶管法,此后逐渐推广到全国。
该法至今还是我国使用最多的非开挖施工法。
我国顶管施工技术的主要特点是:
采用人工掘进、不能测斜纠偏、不适合在含水的地层中施工、一次顶进的距离较短。
从20世纪80年代中后期起,由于不允许开挖铺设地下管线的工程量日益增多,且重要性也日趋加大(如穿越河流、高速公路、铁路干线、机场跑道等),现代的非开挖技术开始引入我国。
首先使顶管技术有了较大的进展,引入了中继间顶管技术、触变泥浆技术、自动测斜纠偏技术以及土压平衡和泥水加压平衡技术;
其次,顶管直径从20世纪50年代的800mm发展到3m,一次顶进长度从几十米发展到几百米,甚至上千米,在含水层中施工也已成为可能。
进入20世纪90年代,现代非开挖技术的引进和开发应用的速度明显地加快,用于非开挖施工的设备从无有,不仅填补了我国非开挖施工设备的空白,也为我国非开挖施工技术的推广和应用奠定了基础。
第三章长输管道穿越技术
长输管道穿越技术有很多施工方法,其中常用的主要有:
水平定向钻进、水平螺旋钻、夯管锤、顶管等方法。
每种施工方法都有各自的适用范围和局限性,所适用的管径大小、管线材料、施工长度、地层和地下水条件以及周围环境各有所不同。
因此,施工方法的选择对工程的成功与否具有决定性作用。
选择何种穿越施工方法,我们应当考虑以下因素:
地层条件;
待穿越管线的直径、长度和管材;
施工精度的要求;
埋管深度;
地表及地下水埋设物情况;
工程的期限;
工人的技术和施工经验;
地表复原的要求。
穿越地段的地质情况比较复杂,包括硬土层,软土层、淤泥层、流沙层、含软砾石地层到硬岩层,有的穿越甚至穿过几个地层。
对于穿越距离较长,地质条件复杂的,我们应当进行详细的现场勘察,并进行有关的土力学实验以了解土层的类型和力学性能,选择合适的非开挖施工方法。
表3-1列出了常用的各种长输管道穿越施工方法的应用范围
表3-1长输管道穿越施工方法的应用范围
穿越施工方法
典型应用
管材
适用管径
施工长度
顶管
大口径铺设
砼、钢、铸铁
>
900
30~1500
导向钻进
小口径铺设
钢、塑料
50~350
20~300
定向钻进
大直径、大长度
350~1500
100~1500
夯 管
大、小口径铺设
钢
50~2000
20~80
水平螺旋钻进
中、大口径铺设
砼、钢
20~100
表3-2列出了土层条件及各种常用长输管道穿越施工方法的适用性
表3-2的土层条件及各种常用长输管道穿越施工方法的适用性
土层条件
顶管法
导向钻进法
定向钻进法
夯管法
水平螺旋钻进法
极软到软的粘土层
?
√
中硬到硬的粘土层
坚硬的粘土层和高度风化的页岩
松散的砂层(地下水位以上或以下)
中到致密的砂层(地下水位以上)
中到致密的砂层(地下水位以下)
含软砾石(Φ50-100mm)
含软砾石(Φ100-150mm)
×
风化的岩层和坚硬的土层
微风化和未风化的岩层
第四章顶管穿越技术
顶管施工法是继盾构法之后而发展起来的一种施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁路、河床、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管道等。
他最早是于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工。
按工作面的开挖方式可将顶管法分为普通顶管(人工开挖)、机械顶管(机械开挖)、水射顶管(水射流冲蚀)、挤压顶管(挤压土柱)等。
采用何种方法要根据管径、土层条件、管线长度以及技术经济比较来确定。
4.1顶管施工的基本原理
顶管施工就是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。
与此同时,把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。
一个完整的顶管施工主要包括以下几个部分(见图4-1)。
图4-1顶管施工示意图
1-套管;
2-运输车;
3-扶梯;
4-主顶油泵;
5-行车;
6-安全扶栏;
7-润滑注浆系统;
8-操纵房;
9-操纵系统;
11-后座;
12-测量系统;
13-主顶油缸;
14-导轨;
15-弧形顶铁;
17-套管;
18运土车;
19-机头
1)工作坑和接收坑
工作坑是安放所有顶进设备的场所,也是顶管掘进机的事发场所。
工作坑还是承受主顶油缸顶进力反作用的构筑物。
2)顶管掘进机
顶管掘进机是顶管用的主要设备,是决定顶管成败的关键所在,它总是安放在所顶管道的最前端。
在手掘式顶管(普通顶管)施工中是不用顶管掘进机而是只用一只工具管,不管用哪种形式,顶管掘进机的作用主要是取土和确保管道顶进方向的正确性。
3)主顶装置及中继站
主顶装置有主顶油缸、主顶油泵和操纵台及油管等四部分构成。
主顶油缸是管子顶进的动力,它多呈对称状布置在管壁周边。
在大多数情况下都成双数,且左右对称。
主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给。
主顶油缸的顶进和回缩是通过操纵台控制的。
操纵方式有电动和手工动两种,前者使用电磁阀或电液阀,后者使用手动换向阀。
中继站是长距离顶管中不可缺少的设备。
短距离顶管中则不需要,中继间内均匀安装有多个油缸,这些油缸把它们前面的一段管子顶进一定长度后,再让它后面的中继间或主顶油缸把该中继间油缸缩回。
这样一只连一只,一次连一次就可以把很长的一段管子分几段顶进。
最终依次把由前到后的中继间油缸拆除,多个中继间合并即可。
4)顶铁
顶铁有环行、弧形或马蹄形三种。
环形顶铁的主要作用是把主顶油缸的顶进力较均匀的分布在所顶管子的端面上。
5)基坑导轨
基坑导轨是由两根平行的箱形钢结构焊接在轨枕上制成的。
它的作用主要有两点:
一是使推进管在工作坑中有一个稳定的导向,并使推进管沿该导向进入土中;
二是让环行、弧形顶铁工作时能有一个可靠的托架。
6)后座墙
后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体。
它的构造会因工作坑的构筑方式不同而不同。
在沉井工作坑中,后座墙一般就是工作井的后方井壁。
在钢板桩工作坑中,一般采用在后座墙与主顶油缸之间再垫上一块厚度为200~300mm之间的钢结构件,通过它把油缸的反力较均匀地传递到后座墙上。
7)顶进用管
顶进用管一般为钢管和水泥套管,除此之外,铸铁管、硬塑料管(PVC、PE)、玻璃钢管和复合管等也可用于顶管。
8)输土装置
输土装置随顶进方式不同而不同。
在手掘式顶管中,大多数采用手推车出土;
在土压平衡式顶管中,有蓄电池拖车、土砂泵等方式出土;
在泥水平衡式顶管中,都采用泥浆泵和管道输送泥水。
9)地面起吊设备
地面起吊设备最常用的是门式行车,它操作简便、工作可靠,不同口
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