水平定向鉆進和導向鉆進施工法

水平定向鉆進和導向鉆進施工法水平定向鉆進施工法最初是從石油鉆進技術引入的，主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障礙物，鋪設大口徑、長距離的石油和天然氣管道。定向鉆進施工時，按設計的鉆孔軌跡，采用定向鉆進技術先施工一個導向孔，隨后在鉆桿柱端部換接大直徑的擴孔鉆頭和直徑小于擴孔鉆頭的待鋪設管線，在回拉擴孔的同時，將待鋪設的管線拉入鉆孔，完成鋪管作業(yè)。有時根據鉆機的能力和待鋪設管線的直徑大小，可先專門進行一次或多次擴孔后再回拉管線。在定向鉆進中，大多數(shù)工作是通過回轉鉆桿柱來完成的，鉆機的扭矩與軸向給進力和回拉力同樣重要。水平定向鉆進鋪管在美國使用最多。美國按照鉆機鋪設管線的直徑和長度能力，將用于非開挖鋪管的定向鉆機分為三類，即小型(Mini)、中型(Midi)和大型(Maxi)。水平定向鉆進和導向鉆進之間并沒有嚴格的界限。導向鉆進技術的基本原理大致和定向鉆進相同，即先鉆一個小口徑的先導孔，隨后邊擴孔邊回拉鋪設地下管線。由于小型定向鉆機采用的鉆孔軌跡量測、控制技術與大中型鉆機的不一樣。因此，國際上通用的分類方法是將采用小型定向鉆機施工的方法稱之為“導向鉆進”?！皩蜚@進”一般是指用于鋪設小直徑、長度較短的管線；而將采用大中型定向鉆機施工的方法稱之為“定向鉆進”。對于大型工程，直徑較大(有些直徑大于1m)的管線施工則屬于“定向鉆進”這一范疇，如穿越較大的河流、運河和高速公路施工。水平定向鉆進和導向鉆進技術在鋪設新管線中所占有的市場比例在不斷地增加。最近幾年，設備的能力得到了改進，非開挖鋪設新管線的優(yōu)點也越來越被廣泛地重視。非開挖施工除了明顯的環(huán)境上的優(yōu)點外，導向鉆進的相對成本在許多應用場合也降到開挖施工的成本以下，即使忽略干擾交通等社會成本也是如此。水平定向和導向鉆進的優(yōu)點為：對地表的干擾較小；施工速度快；可控制鋪管方向，施工精度高。定向鉆進的不足之處在于對施工場地要求較大，在非黏性土層和礫石層中施工比較困難，一般適用于不含大卵石的各種地層，包括含水地層。導向鉆進不適用于砂層和礫石層，一般適用于軟土層；由于受到探測器的探測深度的限制，導向鉆進的深度有限。導(定)向鉆進設備導(定)向鉆進設備主要包括用于管線探測的儀器和導(定)向鉆機。一、導向儀導向儀是導向鉆進技術的關鍵配件之一，它用來隨鉆測量深度、頂角、工具面向角、溫度等基本參數(shù)，并將這些參數(shù)值直觀地提供給鉆機操作者，其性能是保證鋪管施工質量的重要前提。目前，導向儀有手持式、有纜式和無纜式三大類。1．手持式導向儀手持式導向儀主要由三部分組成：孔內探頭、手持式接收機和同步顯示器。測量深度是手持式探測儀的重要功能之一。為適應市場的需要，許多公司將儀器的測深能力由6m提高到10～20m，見表4-2。另外，測量頂角、工具面向角的方式從原來的定點顯示改為連續(xù)顯示，頂角的增量改為1％，這樣一來使操作者可以更加方便、準確地控制鉆孔的方向。大深度手持式導向儀表4-2公司名稱型號測深英國雷迪公司RD385,RDD386(DDrillTTrack))4～20美國DCI公司DigiTrakkMarkkⅢ,Ⅳ,Ⅴ,Ecliipse5～21美國DitchWiitch公司Subsite75R/TT,66TKKR,7500R/T3～30美國McLaughllin公司SpotDTTekⅢ,Ⅳ,Ⅴ3～152．有纜式導向僅隨著導向鉆進鋪管技術應用領域的不斷擴大，手持式導向儀在許多場合顯示出不足，如在繁忙的街道下穿越鋪管時，手持式導向儀顯得不太方便，易產生交通事故；穿越河流時，手持式導向儀需要船只配合，問題較多。另外，手持式導向儀的測深能力往往不能滿足使用需求。這些因素促成有纜式導向儀在導向鉆進中得到應用。目前有兩種有纜式導向儀：一是類似石油定向鉆進使用的有纜式導向儀，應用磁通門和加速度計作為基本測量元件，只是在測量深度、耐濕和耐壓等性能參數(shù)方面有所簡化，價格比石油鉆井儀器的低。另一種是在手持式導向儀的基礎上改進而成的有纜式導向儀，它通過電纜向孔底探頭提供電源，增加STS發(fā)射功率，同時用電纜傳輸頂角和工具面向角等基本信息，深度還是通過手持式接受機來測定。這種儀器的價格只是石油鉆井用儀器的10％～20％。表4-3列出的SubsitSTS屬于第一種有纜儀器，另兩種屬于第二種有纜式導向儀。有纜導向儀的基本參數(shù)表4-3公司型號測深能力,m孔長范圍,mDitchWiitchSubsitSSTS60450UtilxWirelineeSysttem25240DCIDigiTraak1000Cablle433．電磁通道無纜隨鉆測量儀有纜隨鉆測量系統(tǒng)解決了手持式導向儀存在的一些問題，但這種系統(tǒng)也有一些弱點：如電纜傳輸?shù)男畔㈨毻ㄟ^滑環(huán)導出；每接一根鉆桿，就需要做一個電纜接頭，操作繁瑣；電纜的使用是一次性的，電纜接頭多使故障概率增高。為了解決這些問題，美國GuidedBoringSystems公司和Maurer公司聯(lián)合開發(fā)了以電磁波傳輸信息的無纜隨鉆測量系統(tǒng)Accunav。該系統(tǒng)測量精度高，測量孔長可達300m，可用于小口徑導向鉆孔鉆進，并且成本相對較低廉。該系統(tǒng)也采用磁通門和加速度計作為鉆孔方位角、工具面向角和頂角的測量元件。GT-l型工程導向孔多功能無線探測儀1994年河北省地礦局利用已開發(fā)的鉆孔電磁信號通道及HB—1型無線隨鉆自動定向儀的有關技術，吸取管道探測儀的優(yōu)點，研制和試驗成功了工程導向專用探測儀。經過進一步改進，在1995年成功地研制出了工程導向多用途無線探測儀。該儀器的主要功能有：①管線探測儀功能；②探測鉆孔和管道水平投影位置和深度；③隨鉆定向儀功能：監(jiān)測工具面向角(360‘分16等分進行監(jiān)測)和傾角(30°范圍按0°、±l°、±3°、±5°、±7°、±10°、＞12°及＜－12°分段監(jiān)測)；④定向指揮儀功能：向鉆場監(jiān)示器發(fā)送測量數(shù)據和造斜指令。儀器由孔內儀器、地面探測儀和鉆場監(jiān)示器三部分組成。(A)孔內儀器裝在造斜工具和鉆桿柱之間，它監(jiān)測造斜工具面向角和傾角并向地面發(fā)送電磁脈沖信號。地面探測儀接收電磁信號，根據磁場分布和衰減規(guī)律測定鉆孔水平位置和距地面的深度，解調電磁脈沖以測定工具面向角和傾角。測量結果及造斜指令由地面探測儀自動無線轉發(fā)至鉆場監(jiān)示器?？變葍x器由傳感器、控制電路、發(fā)射電路、螺管線圈和溫度傳感9S組成?？變葍x器通過傳感器檢測工具面向角和傾角。經控制電路、發(fā)射電路和螺管線圈將調制過的電磁脈沖信號發(fā)送到地面。當溫度高于65℃時，控制發(fā)射電路向地面發(fā)出報警信號?？變葍x器由R2025鋰電池供電，更換一次電池可連續(xù)工作24小時以上?？變葍x器外徑74mNl，總長550mm，并有足夠的強度、賴壓和抗震能力，可以用于高壓水力鉆進和空氣潛孔錘鉆進。(B)地面探測儀由水平和垂直線圈組、濾波放大電路、解碼電路、編碼轉發(fā)電路、80C31單片機、裝合差預置器、聲響器和顯示器組成。其工作過程是：電磁信號由水平和垂直線圈組接收，經濾波放大電路濾波放大，經解碼電路后，再經80C31單片機處理，由顯示器顯示磁場相對強度、鉆孔深度、工具面向角和傾角。為了消除裝合差的影響，設有裝合差預置器，以使顯示器顯示真實的工具面向角。聲響器用于報警和提示信號強度。編碼轉發(fā)電路用于轉發(fā)參數(shù)的指令。地面探測儀由蓄電池供電。地面探測儀的控制和計算核心是80C31單片機。顯示器為48×256點陣式液晶顯示器，用數(shù)碼和圖形顯示各項測量結果及儀器的工作狀態(tài)，并用漢字提示各項操作。地面探測儀設有4個頻道：50～1000Hz；10～20kHz；8kHz；32kHz。儀器可用于連續(xù)信號或脈沖信號的無源探測和有源探測。(C)鉆場監(jiān)視器由接收解碼電路、顯示電路和電源組成。電視內容包括工具面向角、傾角；顯示指令包括停鉆測量、穩(wěn)斜鉆進、糾斜鉆進和造斜鉆進。指令中還包括造斜方向和造斜強度。工人可據此控制鉆進過程。二、GBS導向鉆進系統(tǒng)GBS系統(tǒng)是目前國際上比較流行的用于非開挖工程上的定向制導鉆進系統(tǒng)。在這里將主要介紹國土資源部勘探技術研究所生產的GBS系列非開挖導向鉆機。1．GBS鉆機型號說明鉆機回拖能力(t)導向鉆進系統(tǒng)（含鉆具、儀器）鉆機回拖能力(t)導向鉆進系統(tǒng)（含鉆具、儀器）GBS—XX系列鉆機已有GBS-7、GBS-10、GBS-12、GBS-20和GBS-35型鉆機。2．GBS-10鉆機的特點本鉆機由輪式鉆機和拖掛式動力站兩部分組成，兩者由10m長液力管線連接。采用油缸一鏈條行程倍增給進機構，以實現(xiàn)長行程的鉆進和回拉。①動力頭設有卸扣自行浮動機構，以減少對鉆桿絲扣的磨損，操作簡便可靠。②給進機構設有回拉鏈條平衡器，改善承載條件。③隨機液壓管線集中于防護套內，提高了管線的使用壽命。④方便的角度調節(jié)油缸，配有角度指示器，調節(jié)快速，一目了然。⑤為了使鉆機施工中穩(wěn)固，設計有兩種形式的地錨，以適應不同地層的需要。⑥采用前、后夾持器和卸扣機構，實現(xiàn)機械擰卸鉆具，減輕了勞動強度。⑦選擇高速柴油機做自帶動力，現(xiàn)場施工方便。⑧全液壓驅動，集中控制，操作方便。3．GBS—10鉆機的主要技術參數(shù)(1)鉆孔直徑及穿越長度導向孔(mm)：Φ76最大反擴孔徑(mm)：Φ355穿越長度(m／mm)：300/Φ108鋼管(黏土層)(2)鉆具導孔鉆頭(mm)：Φ76最大擴孔鉆頭(1Tlm)：Φ355鉆桿(mm)：Φ50×5×2500彎曲半徑(m)：30（3）動力傳動（見表4-4）鉆機動力傳動參數(shù)表表4-4輸入輸出三聯(lián)齒輪泵高壓水泵組皮帶輪輪傳動輸入轉速,r/mmin2700輸出GPC4－40泵泵接單片多路路換向閥進油油口1460r/mminG5－20泵接兩片多路換向向閥進油口G5－5泵接五片多路換向向閥進油口（4）變速箱（見表4-5）變速箱參數(shù)表表4-5檔次一檔二檔三檔轉速3.1151.7721.000輸出端至高壓水泵泵4698241460（5）動力頭（見表4-6）轉速及扭矩表（柴油機2700r/min）表4-6工作油缸及檔次G5-20GPC4-40GPC4-40、G5-200輸出端ⅠⅡⅢ轉速，r/minn4390130扭矩，N·m10MPa160014MPa2400（6）給進機構該鉆機采用油缸－鏈條行程倍增給進機構。其行程為2.8m；給進能力為45kN(16MPa)；回拉能力100kN(21MPa)。（7）高壓水泵（見表4-7）高壓水泵參數(shù)表表4-7型號3D1-SZ輸入轉速,r/mmin1460824469排量，L/minn402514壓力，MPa18（8）液壓油泵（見表4-8）液壓水泵參數(shù)表表4-7型號GPC4-40--1(E1)F3-G5-200-5-S--20-R--CH名稱三聯(lián)齒輪泵分泵GPC4-40G5-20G%-5排量，L/minn4219.95.2壓力，MPa252020（9）液壓馬達型號：BM-F1250H1；排量為l249mL/r；扭矩為2400N·m；壓力為14MPa；轉速130r/min。(10)角度調節(jié)：8°～25°。(11)鉆機參數(shù)(見表4-9)鉆機參數(shù)表4-9鉆機動力，kW//(r/miin)鉆機質量，kg鉆機外形尺寸，mmm4102BG-33a型柴油機機輪式鉆機:20000長×寬×高：4600×15000×1400058.8/27000拖掛車動力站長×寬×高：6125×22445×25550(1)輪式鉆機由一對行走輪、滑軌、動力頭、給進機構、前導向夾持器、后夾持器、卸扣機構、地錨座、角度調節(jié)機構、導管架、液壓操縱箱等組成。其特點如下：①鉆機支承在一對行走輪上，可方便地進行孔位移動和對中孔位靶點。②滑軌是鉆機的基礎部件，行走輪、動力頭、給進機構、前導向夾持器、后夾持器、卸扭機構、地錨座、角度調節(jié)機構、導管架、液壓操縱箱等均用螺栓緊固或用銷軸連接在上面，使之成為一體。③動力頭和給進機構相接，實現(xiàn)鉆具的回轉，給進加壓和回拉等機能。④前導向夾持器不僅有卸鉆桿扣時加持下鉆桿的功能，還是可在鉆進中對鉆具起導向扶正作用。前、后夾持器均采用單油缸雙向作用的結構，分別實現(xiàn)對上、下鉆桿的夾緊或松開。卸扣機構在油缸的作用下，驅動后夾持器轉動角度以實現(xiàn)卸開鉆桿扣并使其復歸原始狀態(tài)。(2)動力站動力站由柴油機、液壓油泵、高壓水泵組、液壓油箱、燃料箱、管線及鉆桿架等組成。圖4-6傳動系統(tǒng)圖l-柴袖機；2-小皮帶輪；3-軸承座I；4-三聯(lián)齒輪泉；5-大皮帶輪；6-軸承Ⅱ；7-離合器；8-變速箱；9-高壓柱塞泵①柴油發(fā)動機是整個鉆機的動力(傳動系統(tǒng)如圖4圖4-6傳動系統(tǒng)圖l-柴袖機；2-小皮帶輪；3-軸承座I；4-三聯(lián)齒輪泉；5-大皮帶輪；6-軸承Ⅱ；7-離合器；8-變速箱；9-高壓柱塞泵②高壓水泵組由大皮帶輪、軸承座Ⅱ、變速箱離合器和高壓柱塞泵組成。該離合器為常閉式，液力控制離合器的打開與閉合，便于操縱變速手柄。最后由變速箱將動力輸入高壓水泵，并使其獲得三種輸入轉速，以滿足不同排量的需要。通常使用變速箱的第二檔和第三檔，以保證導向孔鉆進和反拉擴孔時對泵排量的合理使用。③鉆機的液壓系統(tǒng)鉆機的液壓系統(tǒng)主要由油箱、三聯(lián)油泵、操縱閥、油馬達、油缸及其他附件所組成。系統(tǒng)內分三個袖路工作系統(tǒng)。共用一個油箱和油泵傳動系統(tǒng)。主要參數(shù)：油箱容量為810L；系統(tǒng)壓力見表4-10；液壓油一般在環(huán)境溫度15℃以上，推薦N46號抗磨液壓油；環(huán)境溫度在－15～15℃時，推薦用N32號低凝液壓油。系統(tǒng)壓力，MPa表4-10型號GPC4-40G5-20G5-5額定101216最大121421壓力油泵：油液經攄油器由三聯(lián)齒輪泵壓至各控制閥，并驅動各執(zhí)行元件。油泵是液壓系統(tǒng)的心臟，使用中應注意以下問題：(A)不得超壓使用，其工作油溫在15～65℃(油箱中油的溫度)；(B)保證液壓油清潔，及時更換各濾油器攄芯，向油箱加入新油時，需經加油過濾器。(C)定期更換液壓油，新鉆機運行500小時后換油，以后每運行3000小時更換一次，必要時應提前換油，換油時應將臟油放凈，徹底清洗油箱。(D)初次使用或長期存放后運轉時，要使柴油機轉速在最低檔運轉10分鐘，讓油泵處于空載運轉，檢查各液力輸送管線是否暢通，且不許有漏油，不應立即滿員載運轉。各泵回路：(A)GPC4—40泵開式回路系統(tǒng)。三聯(lián)泵中大泵(排量42mL／r)油液經該泵壓至動力頭回轉換向閥，通過調節(jié)該換向閥的可調溢流閥彈簧力，使回路的壓力為12MPa(即該系統(tǒng)的最高壓力，出廠前已調定)。系統(tǒng)壓力值由壓力表顯示。該回路用來控制動力頭在Ⅱ速回轉鉆進，其工作情況是：一位是動力頭正轉，驅動鉆具回轉鉆進；二位是中間位置，各油口相互密封油泵卸荷，可使鉆頭工具面向角停止在某回轉角度位置；三位是動力頭反轉位，用于反扣擰卸鉆桿。(B)G5—20泵開式回路系統(tǒng)，三聯(lián)泵中的中間泵(排量19。9mL／r)油液經該泵壓至兩片多路換向閥，該卸荷溢流閥的調定壓力為“MPa(出廠前已調定)，回路的壓力值由壓力表顯示。其功能分別是：中泵回轉換向閥控制動力頭驅動：單獨控制時，使動力頭在I檔轉速工作。導向孔鉆進過程中，低速驅動鉆具，以便于鉆頭定向或隨鉆測量。當與GPC4泵。泵并聯(lián)油路時，可使動力頭獲得第三檔高轉速。注意：當動力頭需要高轉速回轉時，并聯(lián)油路上兩聯(lián)閥的控制手柄方向必須一致。中泵給進回拉換向閥控制給進機構：該片閥與G5—5泵回路中給進機構控制閥回路并聯(lián)，當其單獨操作時，可使給進機構在中速區(qū)工作。當與并聯(lián)回路同時控制時，可使給進機構快速給進或快速回拉。注意：當給進機構需要快速給進或回拉時，并聯(lián)油路上兩聯(lián)閥的控制手柄方向必須一致。(C)G5—5泵開式回路系統(tǒng)，三聯(lián)泵中的小泵(排量5．2mL／r)。油液經該泵壓至五片多路換向閥，該回路的調定壓力為21MPa(出廠前已調定)。依靠調壓閥可以在o～14MPa的范圍內任意調整該回路的壓力，以滿足導向鉆進、反拉鋪管施工需要，其數(shù)量由壓力表顯示。如反拉鋪管能力需要大于14MPa時，務必關閉調壓閥開關。注意：導向鉆進時給進壓力不得大于16MPa使用；使用調壓閥調節(jié)系統(tǒng)壓力時，必須將壓力調節(jié)開關打開。多路換向閥每片閥的功能：給進一回拉閥用來控制給進油缸，閥的工作油口分別接給進油缸的活塞桿腔(下腔)和無活塞桿腔(上腔)，其工作情況是：一位是加壓給進位置，使油缸下腔進油，實現(xiàn)加壓鉆進或造斜頂進。二位是中間位置，各油口相互封閉油泵卸荷，可使動力頭及鉆具停止在某位置。三位是回拉提升位置，使油缸上腔進油，實現(xiàn)提升鉆具和反拉鋪管。單獨使用該控制手柄，給進機構運行在低行速區(qū)。前松開一夾緊閥控制前夾持器，閥的工作油口分別與夾持器油缸的活塞桿腔和無活塞桿腔相接，以實現(xiàn)對孔口鉆桿的夾緊或松開。后松開一夾緊閥控制后夾持器，閥的工作油口分別接夾持器油缸的上下腔，以實現(xiàn)對機上鉆桿的夾緊或松開。復位一卸扣閥控制卸扣機構，閥的工作油口分別接在卸扣油缸的上下腔，以達到卸開鉆桿第一扣或卸扣機構復位。注意：當用卸扣油缸卸鉆桿時，必須將卸扣開關打開，使動力頭馬達處于浮動位置，完成任務后關閉。水泵停止一工作閥控制角度調節(jié)油缸和高壓水泵的變速離合器油缸。閥的工作油口，由管路經雙向液壓鎖分別與角度調節(jié)油缸(離合9S油缸)的兩腔連接。當鉆機進入施工現(xiàn)場，按施工設計要求調整好角度油缸后(機身側安有角度指示)，將快速接頭斷開，與離合器油缸管路的快速接頭接通即可。5．操縱系統(tǒng)動力站操縱箱位于柴油機前端。配置有電流表、水溫表、油壓報警指示燈、機油堵塞報警指示燈。點火鎖用于起動柴油機，柴油機油門操縱手把用來控制柴油機的燃油供應量，以達到調速的目的。高壓水泵變速離合器為常閉式，當離合油缸大腔進工作油時，推開離合2S，這時可操縱變速手柄，按手柄上的變檔位置改變高壓水泵的輸入轉速，以達到改變泵排量的目的。當轉速使用第一檔時，泵排量如不連續(xù)，應停止使用。鉆機操縱箱安裝在鉆機前部側面，箱內的操縱手柄及功能如下：①五片多路換向手把：各手把通過多路換向閥的響應閥片，分別控制給進油缸、前夾持器、后夾持器、卸扣油缸、水泵離合器油缸(角度調節(jié)油缸)，各手把的工作情況詳見液壓系統(tǒng)部分。②二片多路換向閥手把：各手把分別控制動力頭回轉和給進油缸，詳細工作見液壓系統(tǒng)部分。③單片多路換向閥手把：控制動力頭回轉，詳情見液壓系統(tǒng)部分。④三塊防震油壓表：分別顯示三聯(lián)齒輪泵與其各自相應的多路換向閥回路的壓力。⑤卸扣開關：只有使用卸扣油缸松開鉆桿時，才將其打開，使動力頭馬達A、B油口連通并處于浮動。通常此開關是關閉的。⑥調壓開關：如果需用調壓閥來調節(jié)系統(tǒng)使用壓力時(在出廠前鎖定的系統(tǒng)壓力范圍內)，將開關接通，否則斷開。⑦調壓閥：調節(jié)五片多路換向閥回路的系統(tǒng)壓力。6．鉆機安裝使用方法及注意事項鉆機在吊裝運輸時，將地錨座和后支腿的銷軸取出，分體裝運。起吊時應平穩(wěn)，避免碰壞油管，注意安全。鉆機安裝及開機前的準備：①施工場地探測，先用探測儀器探明原地下管網的走向、埋深及性質，并做出標記。②根據業(yè)主要求及施工地段的情況，確定鋪設線路及鋪設深度，設計造斜角度。③鉆機是依靠地錨座和后支承與地基固定的，安放鉆機時場地要平整。將動力站與鉆機并網開機，根據施工設計調整好鉆機的工作角度，用地錨將后支腿和前底座錨牢固。④根據被鋪設管線的直徑和長度、材質及地層情況，確定是否使用輔助頂推裝置，且準備好出口端的工作槽。⑤按照“4102柴油機使用說明書”要求做好起動和運轉前的準備工作。⑥液壓閥操縱手把一定在中間位置，變速手把放在空檔位置。⑦液壓箱油面應不低于油標2/3。按潤滑部分的要求，加注充足的潤滑油或潤滑脂。⑧打開鉆進液箱與高壓水泵的截門。鉆進操作：①檢查測量儀器的電源是否充足，不足的要換電池。特別是探頭電池不可馬虎。②遵照測量儀器使用規(guī)范操縱儀器。③將探頭裝入探頭盒內，打開接收機和同步顯示器，轉動探頭盒檢查儀器是否工作正常。④把探頭盒與造斜鉆頭接好并連接在鉆桿上，開機輸送鉆進液，檢查鉆頭噴嘴是否暢通。⑤上述檢查無誤，就可以開始鉆進了。導向造斜鉆進是很重要的，不可使鉆具走急彎。測點相應要多點。定點測量時，司鉆操縱動力頭回轉并通過同步顯示器監(jiān)視，使回轉角指示在12點正，測量鉆頭頂角(傾角)、深度，并確定下一步是回轉鉆進，還是造斜頂進(根據深度要求)，如果偏離了設計軌跡，要進行糾正。當指示停在12點正頂進時，鉆頭向上造斜，以此類推。⑥導向造斜段達到設計深度后，開始水平鉆進，這時注意檢測，不要左右偏離設計軌跡。⑦當完成水平鉆進長度后，開始出口段造斜鉆進，控制操縱同5)所述，直至鉆出標定的地表靶點。⑧導向孔完成后，在出口端拆下鉆頭和探頭盒，換上擴孔鉆頭、分動器、拉管頭(接管頭)，開始反拉鋪管。也可根據孔徑和地層先擴一次孔。⑨鉆進中加接鉆桿時，用前夾持器夾緊下鉆桿，動力頭反轉卸扣；如果扭矩較大扣比較緊時，可將卸扣開關打開，用后夾持器夾緊動力頭接頭，操縱卸扣油缸頂推松開鉆桿扣以后，松開后夾持器卸扣油缸復位；讓動力頭緩慢反轉時動力頭卸扣自行浮動機構自動退扣，完成卸扣。⑩反拉提出一根鉆桿時，要卸開上、下兩處鉆桿扣。同樣需先用前、后夾持器分別夾緊上、下鉆桿接頭，操縱卸扣油缸松開鉆桿下接頭扣后，松開后夾持器，卸扣油缸復位，動力頭反轉卸扣完成，再用后夾持器夾緊鉆桿下接頭，這時，讓動力頭緩慢反轉擰卸上接頭扣后，將鉆桿取下。也可在松扣后人工擰卸鉆桿。⑩停鉆測量時，要停止向孔內輸送鉆進液。造斜頂進時一般不輸送鉆進液，當然得視底層情況而定。注意事項主要包括：①將鉆桿的上、下接頭對正，邊緩慢給進動力頭邊慢轉上扣，不要擰得過緊；上扣前將絲扣擦干凈，涂上絲扣油。②不允許使用彎曲和有傷的鉆桿。③鉆進速度不宜過快，應根據地層條件合理調定給進力。④導向孔鉆進中，短時間停機，要先將接收機指針調到P位停留幾分鐘，使大P顯示后關機，迫使探頭休眠，以節(jié)省電源，地表要做好標記。不可長時間停留。⑤探頭電源用過一次后，決不可再用。⑥造斜頂進時，每次次頂進進尺控控制在0.55m左右為好好，曲線要緩緩。⑦鉆桿內不得進臟物物，以免堵塞塞鉆頭噴嘴。⑧當機油壓力報警指指示燈亮時，說說明油壓不正正常，要進行行檢查。⑨當機油堵塞報警指指示燈亮時，要要更換機油濾濾心。⑩改變水泵排量時，先先推開離合器器，不得帶速速換檔。⑥中水泵較長時間不不工作的情況況下，應將其其變速箱掛空空檔，后合上上離合器，以以保護離合器操縱系統(tǒng)統(tǒng)中的分離軸軸承。⑩按規(guī)范開動鉆機后后，不允許馬馬上用全負荷荷鉆進，必須須進行試車運運轉，確定各各部分運轉正常后，方方可開始鉆進進。7．鉆機的維護保養(yǎng)養(yǎng)為延長鉆機使用壽壽命，防止機機械事故的發(fā)發(fā)生，減少動動力消耗，提提高工作效率率，必須對鉆鉆機進行合理理的維護保養(yǎng)養(yǎng)。1)鉆機維護保養(yǎng)的一一般要求①鉆機表面經常保持持干凈，隨時時清除泥漿、污污垢、油泥等等雜物，保持持滑軌清潔。②隨時注意檢查鉆機機各部件軸承承部位、摩擦擦部位、動力力頭和油泵、變變速箱及液壓壓油箱的溫升情況，各各部分溫度不不應高于70℃，溫升不應應大于40℃。否則，應應停機檢查并并消除引起過過熱的原因。③隨時傾聽各運動件件的運轉響聲聲，如發(fā)現(xiàn)有有劇烈振動、敲敲擊聲、尖叫叫、不均勻等等不正常的異音時，應應立即停機檢檢查處理。④密封處如有滲漏現(xiàn)現(xiàn)象，應及時時停機處理。⑤按潤滑要求進行潤潤滑。⑥各緊固件應經常保保持牢固可靠靠，不得有松松動現(xiàn)象。⑦柴油發(fā)動機和高壓壓水泵的保養(yǎng)養(yǎng)工作，應參參照其使用說說明書中之規(guī)規(guī)定。2)主要部件的保養(yǎng)和和潤滑對鉆機各部件摩擦擦面、嚙合面面、支承面等等進行正確的的潤滑是鉆機機良好運轉的的重要保證，各各主要部件可可按以下要求求進行保養(yǎng)和和潤滑。(1)水泵變速箱箱①使用150號工業(yè)齒輪輪油(或18號雙曲線齒齒輪油)，每鋪設2～4條管線換油油一次，新鉆鉆機第一次換換油應在第一一個工程完工工后進行。②定期觀察箱內齒輪輪的嚙合及磨磨損情況，并并注意各撥叉叉的定位是否否準確可靠。③檢查離合器的工作作情況，及時時調整或更換換摩擦片。④每班要給離合器分分離軸承加注注鈣基潤滑脂脂。(2)動力頭①動力頭軸承加注330號機械油0..5L，每個個工程結束收收機前補充一一些。②水龍頭密封使用鈣鈣基潤滑油，每每次施工前加加注一次。③水龍頭密封更換有有2個Φ10。拆卸工藝藝孔。④檢查底座耐磨塊與與滑軌的配合合間隙，及時時調整或更換換。(3)給進機構①定時給前、后輪軸軸承、滑輪軸軸承和導輪軸軸承加注鈣基基潤滑脂。②隨時觀察鏈條的磨磨損情況，做做到及時更換換。(4)液壓系統(tǒng)①定期檢查各軟管有有無干裂、起起泡、老化等等情況，做到到及時更換。②每施工2～4個工工程后，應當當清洗液壓油油箱并檢查液液壓油有無變變質，及時增增添或更換液液壓油，液壓壓油的牌號及及數(shù)量見液壓壓系統(tǒng)中的說說明。③隨時注意濾油器工工作情況，必必要時清洗或或更換。④壓力表失效后要及及時更換。⑤油泵和油馬達的維維修保養(yǎng)可參參照其使用說說明。⑥快速接頭斷、合時時保持清潔、去去異物。(5)操縱系統(tǒng)①根據實際使用情況況，對所有活活動部位采用用HJ-30機械油不定定期地進行間間隙點滴潤滑滑。對離合器器軸承每班加加注ZG-3鈣基潤滑油油。②各連接部位的銷、絲絲扣等如有損損壞，應及時時更換。③應按規(guī)定操作，對對各手把要輕輕拉輕放，不不可在手把上上再加把套或或用重物撞擊擊。三、FDP-155型導向鉆機機FDP-15B型型導向鉆機是是原冶金工業(yè)業(yè)部首都鋼鐵鐵地質勘察基基礎工程公司司1995年研制的非非開挖導向鉆鉆進鋪設管線線的設備。該該鉆機設計吸吸收了國內外外同類設備的的長處，并結結合國內非開開挖技術的發(fā)發(fā)展和實際需需要，采用導導向鉆進技術術完成非開挖挖鋪管施工。該該鉆機主要用用于各類土層層的非開挖管管線鋪設，鋪鋪管直徑，ΦΦ50～100mmm，可鋪設長長度達3000m。目前，該鉆機由連連云港黃海機機械廠生產，并并在原結構的的基礎上進行行了若干改進進，開發(fā)了FDP系列導向鉆鉆機，型號有有FDP-112、FDP-155C、FDP-115D、FDP-115E、FDP-330和FDP-336。1．結構特點①FDP-15型導導向鉆機為液液壓傳動型，具具有液壓傳動動的所有優(yōu)點點。②并一使穩(wěn)實擴③該鉆機動力頭采用用低速大扭矩矩液壓馬達，使使其轉速和扭扭矩滿足施工工要求，簡化化了傳動系統(tǒng)統(tǒng)。④提升一給進系統(tǒng)采采用油缸一鋼鋼絲繩倍速機機構，具有較較好的傳力效效果。⑤操縱控制系統(tǒng)主機機、水泵開關關與液壓操作作把手于一體體，使操作方方便、快捷，實實現(xiàn)集中操作作。2．主要技術參數(shù)①鉆機施工范圍：導導向孔直徑為為Φ76mm，最大擴孔孔直徑為Φ400mmm，最大鋪管管長度3000m。②動力頭、提升一給給進油缸、桅桅桿調位油缸缸、止移一定定位系統(tǒng)(止移一定位位系統(tǒng)采用兩兩套相同的油油缸推板驅動動止移定位)的參數(shù)見表4-11。鉆機外形形尺寸(mm)為長×寬×高＝58000×22000×21000；鉆機總重重量為3.5t。FDP-15型導導向鉆機主要要技術參數(shù)表4-11動力頭提升一給進油缸桅桿調位油缸止移一定位系統(tǒng)((油缸)額定扭矩0~3830N··m額定壓力25MPa額定壓力16MPa額定壓力16MPa轉速0~100r//min行程1.8m行程1.25m行程0.5m給進力65kN活塞直徑125mm活塞直徑80mm活塞直徑63mm回拉力159kN活塞桿直徑90mm活塞桿直徑56mm活塞桿直徑45mm回拉速度0~4.9r//min額定推力300kN額定推力80kN最大推力150kN動力頭行程3.6m額定拉力150kN推板寬度700mmG5-20油泵160SCYl441B油泵J03-225SS4動力機嵌入地深度250mm轉速1500r/miin轉速1000r/miin轉速1000r/miin工作壓力20MPa工作壓力32MPa功率55kW排量20mL/minn排量16ml/minn3．FDP-15BB型導向鉆機機主機FDP—15B型型非開挖導向向鉆機屬液壓壓設備，主要要構造分三部部分：液壓執(zhí)執(zhí)行機構，液液壓動力系統(tǒng)統(tǒng)與機座。1)液壓執(zhí)行機構(1)動力頭圖4-7提升給進系統(tǒng)示意圖動力頭直接與鉆具具連接，為鉆鉆進提供所需需的扭矩、提提升力或給進進力。同時也也是沖洗液的的通道，因此此，它是鉆機機的主要執(zhí)行行機構。FDP-115B型鉆機動力力頭分機體和和回轉機構兩兩部分，機體體是鋼板與無無縫鋼管的焊焊接件，它主主要傳遞提升升一給進系統(tǒng)統(tǒng)的回拖力和和給進力，傳傳遞液壓馬達達的反扭矩?；鼗剞D機構主要要由低度大扭扭矩通孔式液液壓馬達、傳傳動軸、推力力軸承等組成成，是鉆機輸輸出扭矩的動動力源。傳動動軸下端通過過變徑接頭與與鉆具連接，其其上端連接水水接頭，實現(xiàn)現(xiàn)單動誦水作作用。圖4-7提升給進系統(tǒng)示意圖(2)提升一給進進系統(tǒng)提升一給進系統(tǒng)是是動力頭回拉拉或給進運動動的執(zhí)行機構構，由裝在桅桅桿內的液壓壓油缸通過鋼鋼絲繩及桅桿桿兩端的滑輪輪組構成倍速速機構，向動動力頭提供給給進力或回拉拉力。結構緊緊湊，安全可可靠。其傳動動示意圖見圖圖4-7。圖4-8夾持一扶正系統(tǒng)示意圖(3)夾持一扶正正系統(tǒng)圖4-8夾持一扶正系統(tǒng)示意圖該鉆機夾持器采用用液壓連桿斜斜劈機構夾緊緊、彈簧復位位式機構，其其工作原理如如圖4-8。夾持器安安裝在桅桿下下端，在其前前部裝有扶正正器，扶正器器通孔直徑為為Φ60mm。(4)升降桅桿油油缸該鉆機桅桿在小角角度范圍內采采用兩支承絲絲杠進行微調調，若有較大大角度變化時時，采用桅桿桿升降油缸進進行調整，其其工作原理如如圖4-9。圖4-10止移－定位系統(tǒng)示意圖圖4-10止移－定位系統(tǒng)示意圖圖4-9桅桿升降原理示意圖圖4-9桅桿升降原理示意圖(5)止移－定位位系統(tǒng)止移一定位系統(tǒng)采采用兩套油缸缸推板機構，其其工作原理如如圖4—l0所示。該系系統(tǒng)安裝于鉆鉆機底座內兩兩側，在施工工時油缸推出出止移板，平平衡鉆機的受受力狀況。2)液壓動力系統(tǒng)液壓動力系統(tǒng)主要要由電機、分分動箱、主副副油泵及各控控制油路組成成。3)機座圈4-11操作臺示意圖1-水泵電動機開關；2-鉆機電動機開關；3-壓力表之一；4-壓力表之二；5-水泵壓力表；6-斷開－給進操作手把；7-操作手把；8-調位操作手把之一；9-監(jiān)視韶操作手把；10-調位操作手把之二；11-回位操作手把FDP-15型鉆鉆機底座由22號槽鋼焊接接而成。底座座前端與桅桿桿下端鉸支連連接，其后端端安裝調位絲絲杠支承桅桿桿，在桅桿兩兩側分別安裝裝油箱及動力力源、操縱臺臺。在底座前前部兩側安圈4-11操作臺示意圖1-水泵電動機開關；2-鉆機電動機開關；3-壓力表之一；4-壓力表之二；5-水泵壓力表；6-斷開－給進操作手把；7-操作手把；8-調位操作手把之一；9-監(jiān)視韶操作手把；10-調位操作手把之二；11-回位操作手把4．操作與維護(1)操作臺該鉆機電動機開關關、水泵電動動機以及各系系統(tǒng)壓力表安安裝在操縱臺臺立板上，各各液壓閥操作作把手安裝在在操縱臺臺面面上，便于操操作人員操作作和了解各系系統(tǒng)工作壓力力。操縱臺如如圖4—1l。(2)鉆機的啟動動及準備工作作①檢查油箱、分動箱箱的油面是否否符合要求，否否則應按規(guī)定定加入適量的的機油；檢查查各潤滑部位位是否有潤滑滑油或潤滑脂脂。②檢查兩油泵吸油管管路控制閥門門是否處于開開啟狀態(tài)，否否則應打開閥閥門，保證油油泵吸油管的的暢通。③檢查各油路系統(tǒng)的的管接頭連接接是否可靠。④將各操縱手把放置置在空檔位置置。⑤檢查各個部件相互互傳動的可靠靠性及在其機機座上的固定定情況。⑥試啟動電機看運轉轉方向是否與與油泵運轉方方向一致，確確保油泵的正正常運轉。(3)鉆進中的操操作及維護①鉆機開動后，首先先操作止推油油缸手把，將將止移板推到到止移位置，保保證鉆機的穩(wěn)穩(wěn)固。②動力頭回轉應平穩(wěn)穩(wěn)，不應有跳跳動及卡阻現(xiàn)現(xiàn)象。③鉆具回轉過程中夾夾持器卡瓦應應完全退回脫脫離鉆具，以以免劃傷鉆具具。④動力頭給進或提升升應平穩(wěn)，不不應有忽快忽忽慢現(xiàn)象。⑤及時調整給進一提提升鋼絲繩的的松緊程度，并并經常檢查鋼鋼絲繩端部的的固定情況。⑥隨時注意觀察各指指示儀表的變變化情況、設設備運轉情況況及各部件的的溫升，一般般不應超過60℃。⑦注意保持動力頭滑滑道、活塞桿桿等表面的干干凈，不應有有泥漿、砂土土等雜物，并并要有良好的潤滑條件件。⑧泵站油箱內應注入入不低于油標標下線的N46號液壓油。每每次注入新油油要經過濾油油機過濾。⑨系統(tǒng)液壓油每工作作500～l0000h要進行過濾濾或更換。過過濾網孔應小小于25pm。⑩每次拆卸油管或接接頭要及時封封堵，防止雜雜質或其他異異物進入系統(tǒng)統(tǒng)。(4)潤滑良好的潤滑除了防防止減少各機機件的磨損外外，還有降低低摩擦阻力，降降低摩擦副的的溫度，防止銹蝕，減減緩沖擊，有有利于密封等等作用，對于于提高設備的的傳動效率和和使用壽命都都起到十分重重要的作用，因因此，對鉆機機各部件的潤潤滑點的良好好潤滑無疑是是十分必要的的。FDP-115B鉆機潤滑如如表4-12。鉆機潤滑部件及潤潤滑油表4-12潤滑部件數(shù)量潤滑油或油脂潤滑方法桅桿滑道1機械油HJ—300機油壺桅桿頂滑輪軸承4鈣基潤滑脂ZG——30檢修時加油桅桿底滑輪軸承2鈣基潤滑脂ZG——30檢修時加油給進油缸滑輪組軸軸承6鈣基潤滑脂ZG——30檢修時加油水接頭內軸承1鈣基潤滑脂ZG——30檢修時加油動力頭內軸承3鈣基潤滑脂ZG——30檢修時加油分動箱1齒輪油Hl-300檢修時加油夾持器內滑面1鈣基潤滑脂zG——30檢修時加油扶正器軸承l(wèi)鈣基潤滑脂ZG——30檢修時加油桅桿調位絲杠2鈣基潤滑脂ZG--30檢修時加油5．鉆機的拆卸與安安裝(1)拆卸與安裝裝為方便檢修，主機機可分解為動動力頭、夾持持器、桅桿、配配電柜、電機機及分動箱，油油泵、操縱臺臺及管件，油油箱、底座等等主要部件。拆拆卸工作可按按下列步驟進進行：①各油缸都回復零行行程，夾持器器處于開啟狀狀態(tài)。②切斷電源，拆下配配電柜。③拆除各連接油管，拆拆下操縱臺。④拆下動力頭，拆夾夾持器。⑤拆油泵、油箱。⑥拆下電機及分動箱箱。⑦松開給進一提升系系統(tǒng)鋼絲繩，拆拆下動力頭滑滑座。⑧拆下上滑輪組及油油缸銷軸，抽抽出提升一給給進系統(tǒng)油缸缸。⑨拆下機座蓋板及兩兩套止移定位位推板。⑩拆下桅桿前樞紐軸軸及后部上支支座，吊起桅桅桿。安裝程序一般與拆拆除程序相反反。(2)拆裝檢修注注意事項①凡拆卸下的油管及及接頭應及時時裝上備用的的油管接頭堵堵頭及接頭壓壓帽。②凡是裸露外面的配配合面、嚙合合面及密封面面均應加以保保護，各箱體體油漆及儀表表盤均應保護，嚴防防硬物碰撞③拆卸油路系統(tǒng)時，一一定要關閉油油箱出油口閥閥門，要用干干凈容器回收收管內液壓油油。對于回收收液壓油經沉沉淀過濾后方方可倒回油箱箱。④檢修過程中，對于于間隙不當，出出現(xiàn)過緊或過過松現(xiàn)象，要要及時調整，發(fā)發(fā)現(xiàn)零件不合合格，必須修修理更換。⑤裝配前，一定要把把所有要用的的新、舊零件件，油管接頭頭、密封件、配配合面、密封封表面等仔細細清洗干凈方方可進行裝配配。⑥及細氣確無可四、鉆進設備的選選擇1．選擇的標準在對比一臺定向鉆鉆機與其他鉆鉆機的性能時時，盡管對比比鉆機的回拖拖力是最常用用的一個方法法，然而，回回拖力不應該該是一個最重重要條件。因因為，通過增增加液壓系統(tǒng)統(tǒng)的壓力或使使用類似的方方法可以容易易地改變這項項參數(shù)。由于于增加推進與與回拖力需增增加發(fā)動機的的功率很小，所所以，提高鉆鉆機的回拖力力可以很容易易地做到。鉆孔的形成主要是是靠鉆機的扭扭矩和鉆井液液的動力來完完成，而不是是鉆機的推力力和拉力。如如果導向孔和和預擴孔完成成得非常理想想，鉆機本身身可能始終用用不到其標定定的回拖能力力。擴孔器的的擴孔情況(切割面的壓壓力)與導向孔的的直徑和要達達到的擴孔孔孔徑成函數(shù)關關系，而與回回拖力無關?；鼗赝狭χ皇怯糜脕硪苿哟┰皆降墓艿乐亓苛?。而小口徑徑的管道或塑塑料管，其總總重量不是很很大，而且管管道一旦被拖拖進孔內，由由于孔內膨潤潤土制成的泥泥漿對管道的的浮力，管道道被拖動將不不需非常大的的回拖力。在在施工中，鉆鉆機大部分時時間要進行回回轉鉆進，以以實現(xiàn)土層的的切削和在鉆鉆進液的作用用下對土渣的的外送，所以以鉆機的扭矩矩是選擇鉆機機的一項重要要指標。2．功率在定向鉆進施工中中，考慮鉆機機的功率是一一個非常重要要的問題，鉆鉆機的功率決決定了施工過過程中能否順順利穿越地層層、完成管道道回拖等工作作。鉆機大部部分時間保持持在額定功率率狀態(tài)下工作作，只有在特特殊情況下，鉆鉆機才允許超超載運行，但但不得超過鉆鉆機的最大功功率，超載運運行的時間不不能太長，以以免由于鉆機機的超載運行行而損壞發(fā)動動機。所以，鉆鉆機的功率標標志著鉆機所所具有的用于于產生扭矩和和回拖力的實實際能力。當當然，鉆機的的功率是容易易改變的，通通過改變發(fā)動動機的功率可可以方便的改改變鉆機的功功率。但是鉆鉆機的扭矩的的改變是一個個復雜的問題題，涉及到鉆鉆桿的承受能能力。3．鉆桿扭矩是鉆機的重要要參數(shù)之一。因因此，傳遞扭扭矩的鉆桿就就成為鉆機與與孔底機具之之間唯一的也是最為為重要的動力力傳遞環(huán)節(jié)。對對于長距離的的鉆孔而言，鉆鉆桿的強度比比柔度更為重重要。因此，一一般選擇較大大直徑的鉆桿桿。鉆孔規(guī)格決定必須須選用什么樣樣的擴孔器或或開孔器。生生產孔底機具具的制造廠應應根據給定的地層條件件計算出旋轉轉孔底鉆具所所需扭矩，獲獲得這個參數(shù)數(shù)后，便可根根據這個參數(shù)數(shù)選配鉆桿。然后再根據據這個參數(shù)對對比考慮選用用不同的鉆機機。鉆桿的長度直接影影響鉆進的效效率。雖然長長度短的鉆桿桿單根價格便便宜，但是使使用短鉆桿卻增加了大大量的裝卸鉆鉆桿的時間。如如果采用有纜纜控向系統(tǒng)進進行較長距離離和較深地層層的穿越，短鉆桿桿也增加了控控向系統(tǒng)的接接線時間。因因此，使用較較長的鉆桿，減減少連接次數(shù)數(shù)明顯是提高效率的主主要手段。在在長距離穿越越工作中，有有時不得不把把鉆桿和鉆具具從孔內拔出出進行鉆頭、馬達、控向向探頭的更換換或檢修。拔拔出鉆桿的作作業(yè)是非生產產性的作業(yè)。因因此，能使用用較長的鉆桿以減少拔拔出的根數(shù)，從從而減少這項項作業(yè)過程所所消耗的時間間。在鉆桿的的選用中還應應考慮到全部鉆桿的的費用，而不不只是單根鉆鉆桿的費用。鉆鉆桿接頭是鉆鉆桿最貴的部部分，因此，即即使長鉆桿單根鉆桿桿的費用略高高一些，但減減少鉆桿的根根數(shù)可減少鉆鉆桿的接頭，從從而降低了鉆鉆桿的費用。4．泥漿在大多數(shù)定向鉆進進中，鉆進液液可比擬為人人的血液，而而鉆機類似于于人的心臟，操操作者則比喻喻為人的大腦腦。如發(fā)生任任何事故，應應首先確定是是“大腦”還是“心臟”問題，這很很容易判斷清清楚，而“血液”造成的問題題需要花大量量的時間去解解決。為確保保順利施工，施施工時要經常常檢查鉆井液液的幾個基本本性能。(1)配漿用水不是所有的水用來來配制泥漿都都能得到預期期的效果，不不同的