非开挖施工技术简介.ppt

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1、n马国军13072005905n天津世纪东大管道穿越工程公司n副总经理兼总工程师高压电力电缆保护管(水平定向钻)施工技术1高压电力电缆保护管(水平定向钻)施工技术天津世纪东大管道穿越工程公司2006年月11月08日21 前言n1-0-1水平定向钻进铺管技术是将石油工业的定向钻井技术与传统的管线施工方法相结合在一起的一项新技术，主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物铺设大口径、长距离的电力、通讯及压力管线的一种方法；31 前言n1-0-2为采用定向钻铺设电力电缆保护管的工程设计、施工及验收规程中合理选用机械设备、管材及关键技术，做到技术先进、经济合理、施工方便、安全适用、保障运行，特编制本施工工

2、艺。n 1-0-3本技术适用于新建、扩建的220kv及以下电力电缆定向钻穿越河流、湖泊及建筑物施工选择。n1-0-4 规范性引用文件：GB/T50217-94 电力工程电缆设计规范GB/T1633-2000 塑料性塑料维卡软化温度测定GB/T1040-1992 塑料拉伸性试验方法GB/T3960-1989 塑料滑动磨擦磨损试验方法42 钻机、钻具及随钻测量及导向系统n2.1.1定向钻施工所需的机具包括钻机、钻具及随钻测量仪器。定向钻施工所需的机具包括钻机、钻具及随钻测量仪器。一般采用全液压动力头式水平定向钻机。钻机机架与水平面之间的夹角可调，以满足不同入射角的要求。钻机的主要功能是要提供足够大

3、的扭矩、给进力（回拖力，统称推拉力）。根据电缆铺管的长度、直径及孔数和材质的不同，钻机的推拉力一般为1001000KN，扭矩为350KN/M.条件允许的情况下尽可能选择进口设备进口设备以保障工期.52 钻机、钻具及随钻测量及导向系统n2-1-2 钻机类型钻机类型的选择。的选择。n可根据管壁与孔壁的摩擦力的概算公式计算钻机的推拉力。nW=2P（1+Ka）+PofLW-孔壁及管壁的摩擦力（KN）；P-土对每米管道的压力（KN/M）；Ka-主动土压力系数，一般取0.3;Po-每米管道的重量(KN/M);f-摩擦系数(0.20.6);L-管道长度.水平定向钻机的分类水平定向钻机的分类分 类小 型中 型

4、大 型（给进力或回拉力）/kN100100450450扭矩/(kNm)333030回转速度/(r/min)130100130130功率/kW100100180180钻杆长度/m1.53.03.09.09.012.0给进机构钢绳或链条链条或齿轮齿条齿轮齿条铺管直径/mm503503506006001200铺管长度/m3003006006001500铺管深度/m661515测量系统孔底探头+手持式探测仪随钻测量仪 (孔底探头+地表数据 处理系统)随钻测量仪 (孔底探头+地表数 据处理系统)导向系统不对称的斜面钻头弯接头+弯外 管或斜面钻头弯接头+弯外管62 钻机、钻具及随钻测量及导向系统n各类型号

5、钻机72 钻机、钻具及随钻测量及导向系统n2-2-1钻具施工的关键的第一步就是钻导向孔，顺利钻进导向孔的关键是正确的选择钻头，一定要根据您所要钻进的土壤状况来选择不同的钻头。威猛公司有适合各种不同类型土质的钻头和导向板，并备有用于钻岩石时防止震动和损坏探测仪器的专用的钻头体。钻头上有孔（一般称水眼）通过水眼将泥浆泵送至钻孔中，润滑钻孔并起到冷却钻头的作用，在钻头上围绕着发射器的四周也有缝隙，以便发射器可将信号发射到地面。82 钻机、钻具及随钻测量及导向系统n2-2-2第二步导向孔通过钻头钻孔完成后第二步导向孔通过钻头钻孔完成后,穿越施工的穿越施工的关键是如何顺利的将产品管道或电缆等从导向孔中穿

6、关键是如何顺利的将产品管道或电缆等从导向孔中穿越过来，这需要将钻孔经过扩孔后满足拖管的需要并越过来，这需要将钻孔经过扩孔后满足拖管的需要并完好的保持到所有管道都拉出孔外，这也是整个工程完好的保持到所有管道都拉出孔外，这也是整个工程的关键步骤，这时主要是要选择好扩孔器和编制完善的关键步骤，这时主要是要选择好扩孔器和编制完善的施工措施。的施工措施。92 钻机、钻具及随钻测量及导向系统n2-0-3在水平导向钻机中普遍使用的是一种是随钻测量系统,利用钻头中的地磁导向系统(MWD),将信号通过线缆传输到控向员经计算机处理后得出钻头的顶角,方位角及工具面向角多用于江河及大型建筑物的穿越;n2-0-4另一种

7、是行走定位系统，顾名思义，它要求定位员带着接收器在钻头的上方行走，以便接收到钻头的深度和位置信息；行走定位系统有两个主要的组成部分：接收器和发射器；发射器在钻头里面，由碱性(C)电池供电，它送出无线电信号，接收器接收该信号，然后将该信息通过处理转变成三种信息：斜度方位、深度;103施工准工程序n3-0-1现场勘测现场勘测n在水平导向钻进施工中，最初的也是最关键的一步是钻导向孔。通常来在水平导向钻进施工中，最初的也是最关键的一步是钻导向孔。通常来说，每项钻孔工程都是一个新的、独特的挑战。即使在同一个钻孔中的说，每项钻孔工程都是一个新的、独特的挑战。即使在同一个钻孔中的土壤情況也可能会有不同。许多

8、時候，钻孔路径会因为要避开埋设在地土壤情況也可能会有不同。许多時候，钻孔路径会因为要避开埋设在地下原有的公用设施或管线而改变。要成功地完成一项钻孔工程，通常需下原有的公用设施或管线而改变。要成功地完成一项钻孔工程，通常需要在开工前，进行详细的地质勘察和事先的钻孔设计和规划。包括实测要在开工前，进行详细的地质勘察和事先的钻孔设计和规划。包括实测物探物探;GPR;真空抽挖真空抽挖.113施工准工程序n3-0-2 穿越曲线设计穿越曲线设计:根据穿越长度，深度，入土角度和出土角度，根据穿越长度，深度，入土角度和出土角度，管道材质和直径，壁厚等参数后，也可以手工进行钻孔曲线的设管道材质和直径，壁厚等参数

9、后，也可以手工进行钻孔曲线的设计和校正，穿越曲线一般有三段组成：第一造斜段、直线段和第计和校正，穿越曲线一般有三段组成：第一造斜段、直线段和第二造斜段，鉴于施工铺管为二造斜段，鉴于施工铺管为MPP管材故只须考虑钻杆的弯曲半径管材故只须考虑钻杆的弯曲半径,而不必考虑管材及电缆而不必考虑管材及电缆,如下图：如下图：n1）穿越起点）穿越起点A;2）穿越终点）穿越终点B;3）铺管深度）铺管深度h;4）第一造斜段的曲）第一造斜段的曲率半径率半径R1;5）第二造斜段的曲率半径）第二造斜段的曲率半径R2;6）钻头入土角）钻头入土角;7）钻）钻头出土角头出土角.若是钢管时，一般取若是钢管时，一般取R1800-

10、1200d，R2800-1200d，d 为待铺管线的直径（毫米为待铺管线的直径（毫米）。）。124施工现场布置n4-0-1 钻机现场布置进入施工现场以前，要对周围环境和交通走向进行详细的了解和勘察，进出场道路要能够保证钻机设备的安全进入和撤离，摆放钻机的场地地面要坚实牢固，若地面较松软或高低不平，要进行适当的修垫或平整，注意查看周围尤其是架空的电力电缆，通信电缆和管道线路的布置和走向，必要时采用真空点探机对地下情况进行勘察，避免在施工时发生意外或事故，在场地的周围，设置围栏或警示标志小旗，信号指示牌或信号灯，必要时设专人协助进行交通疏导工作，保证安全施工。n如下图:小型钻机现场布置134施工现

11、场布置n4-0-2大型钻机进场布置145 钻进施工n5-0-1一般情况下，要根据钻机的能力和要铺设管的直径和土质条一般情况下，要根据钻机的能力和要铺设管的直径和土质条件，决定是否需要预扩孔。预扩孔就是在实际铺设管线之前，经件，决定是否需要预扩孔。预扩孔就是在实际铺设管线之前，经过一次或多次的扩孔来扩大钻孔的直径，每次预扩孔的直径和次过一次或多次的扩孔来扩大钻孔的直径，每次预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况来定。数，视具体的钻机型号和地质情况来定。156 回拖管线n6-0-1经过预扩孔后，才可以进行产品管线的回拖工作，回拖管线经过预扩孔后，才可以进行产品管线的回拖工作，回拖管线时产品

12、管线在扩好孔的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之时产品管线在扩好孔的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层。间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层。经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200 毫米毫米（或是管径的（或是管径的1.5 倍），所以不会损伤防腐层。倍），所以不会损伤防腐层。167撤场及竣工验收n7-0-1整个管道回拖完成后，要将管道再拖回一定尺寸，以便留出足够的工作空间，整个管道回拖完成后，要将管道再拖回一定尺寸，以便留出足够的工作空间，以方便后续管子的连

13、接。将钻机和工具及辅助件进行彻底的清洗，同时检查机器以方便后续管子的连接。将钻机和工具及辅助件进行彻底的清洗，同时检查机器的各个部位，看一下是否有需要维修的地方。的各个部位，看一下是否有需要维修的地方。n7-0-2按照设计或建设单位的要求，填写好各项施工记录和验收记录，整理好钻孔按照设计或建设单位的要求，填写好各项施工记录和验收记录，整理好钻孔的各项原始记录，按照要求的格式填写竣工报告，交给建设单位代表签字认可后，的各项原始记录，按照要求的格式填写竣工报告，交给建设单位代表签字认可后，即证明你的这个工程已经圆满完成。即证明你的这个工程已经圆满完成。178管材选择n由电力管线的铺设运行后特殊性及

14、重要性决定了管材的选择至关重要.n从材料上分为钢管及塑料管.n塑料管在材质上又分聚乙烯(PE)及聚丙烯(PP)188管材选择n钢管优点:n经过外防腐处理的DN600800MM钢管,强度高可以抵抗一定外力破坏.n钢管缺点:n曲率半径大,场地要求严格,必须得有在穿越方向轴线至少有穿越长度1/2以上的场地用于组焊管材一次性拖进.一般拉管度在600米以上方能完成造斜过程;n费用高(包括钢管材料费;施工费;内穿护套管(PP)材料及施工费)198管材选择n塑料管材韧性好,强度高,重量轻,弯曲半径小,摩阻系数小,便于施工,工程经济性好.n鉴于交联聚乙烯高压电缆正常荷载运行温度高限为8090度,故在选用塑料管

15、材时,环刚强度及热稳定性是首选指标,相比而言,尤其是110KV以上高压电缆中聚丙烯管材应作首选材料.208管材选择-MPP(改良性聚丙烯管)n8-0-1规格规格n11 用D表示公称外径，e壁厚。见图1和表1。n表 1 保护管的规格尺寸及偏差 单位：mmn公称外径外径允许偏差壁 厚壁厚允许偏差普通型n12保护管主要采用端面热熔焊接为连接方式。n左表 1 保护管的规格尺寸及偏差 n 单位：mm公称外径外径允许偏差壁 厚壁厚允许偏差普通型180+1.2012+1.20200+1.2013+1.20225+2.4015+1.60250+2.4017+1.60加强型180+1.2015+2.00200+

16、1.2016+2.00225+2.4018+3.50250+2.4020+3.50218管材选择n8-2 要求要求 管材的环刚强度要高管材的环刚强度要高,热稳定性好热稳定性好,大大优于一般大大优于一般HDPE(高密度聚乙烯高密度聚乙烯)n 8-2-1颜色n 一般为红色，也可由双方商定。n 8-2-2外观n 保护管内壁应光滑、平整，不允许有气泡、裂口、裂纹、脱 皮和明显的痕纹、凹陷且色泽基本一致，管端面应切割平整并与管轴线垂直，端面应平滑、无毛刺。n 8-2-3长度n 保护管长度一般为9m，也可由双方商定。长度极限偏差为长度+0.4%-0.2%。n 8-2-4规格尺寸及偏差应符合表1的规定。n

17、8-2-5物理力学性能应符合表2及表3的规定。n表 2 保护管的环片热缩力（kN）类 型250225200180普通型2.502.402.302.00加强型4.704.604.503.70228管材选择序号项 目指 标试验方法1密度 g/cm0.900.96GB/T1033-862滑动摩擦系数0.30GB/T3960-893拉伸强度（232）MPa拉伸强度（702）22.016.5GB/T1040-924弯曲强度（232）MPa34.0GB/T9341-20005弯曲弹性模量 MPa9001200GB/T9341-20006扁平试验（管径的1/2）不破裂GB9647-887维卡耐热（10N50

18、/h）120GB/T1633-20008不圆度 mm3.65.0GB/T13663-20009最小允许弯曲半径 m75D10纵向回缩率（110）%1.50GB/T6671-2001表 3 保护管主要物理学性能-委托单位:上海电力线路器材有限公司检测单位上海塑料研究所238-3 MPP管材在超高压电缆定向钻拉管上的应用n工程名称:上海复新220KV站电源线进线工程n地点:上海黄浦区白渡路n时间:2004年11月n工程自启用至今运行良好.249定向钻穿越管线地下标识定位及保护n9-0-1 定向钻穿越铺管方法属于隐蔽工程,除施工过程中向建设法及建设行政主管部门做好过程验收外.如何准确的标识,定位我方

19、已设管线,避免被外力破坏对于电力电缆的安全运行有着至关重要的意义.259定向钻穿越管线地下标识定位及保护文档文档资料料 记录不准确不准确 无法与无法与实际完全吻合的完全吻合的图纸 有些地下有些地下设施未在地施未在地图上上标注注 废弃的地下弃的地下设施施人人员与技与技术 定位定位技技术水平和水平和经验限制限制 新材料的新材料的应用用 维护人人员的更替的更替环境境 地下地下设施复施复杂 城市地形地貌城市地形地貌变化化 土壤条件和土壤条件和类型型 原原标识点点丢失失 市容市容规划限制划限制269定向钻穿越管线地下标识定位及保护n9-0-2准确进行地下穿越轨迹的测量做好资料的记录与整理27电子子标识器

20、信器信息息读写写CAD/GIS 数据数据库(电子地子地图)数据上数据上传到到电子地子地图系系统+GPS现场记录标识器器经纬度信息度信息标识器器信息上信息上传9定向钻穿越管线地下标识定位及保护n9-0-3采用地下电子标识系统(EMS)结合卫星定位系统(GPS),可对穿越管线及直埋管线进行标识.即使地形地貌,图纸标注参照物发生变化也可以随时准确在现场确我方管线的准位置.289定向钻穿越管线地下标识定位及保护 发射信号射信号反射信号反射信号1.探探测仪间断方式断方式发送一定送一定频率的信号率的信号2.相同相同谐振振频率的地下率的地下标识器吸收并存器吸收并存储信号能量信号能量3.探探测仪短短时间发送信

21、号后，停止送信号后，停止发送送并并进入信号接收模式入信号接收模式4.当探当探测仪停止停止发送信号，送信号，标识器将器将储存的能量存的能量释放并反射回探放并反射回探测仪，所以，所以标识器的工作并不需要器的工作并不需要电池。池。5.探探测仪检测返回的信号返回的信号强度来确定度来确定标识器具体地点器具体地点6.当探当探测仪与与标识器最接近器最接近时，信号最，信号最强，也就是，也就是标识器的正上方。器的正上方。299定向钻穿越管线地下标识定位及保护iD 电子子标识器（器（带信息存信息存储功能）功能）10位序列代位序列代码全球唯一全球唯一便于信息及便于信息及资产管理管理 工程条工程条码标签带背胶背胶可粘可粘贴在竣工在竣工图上上 水平漂浮水平漂浮设计自自对准准专利利信号最大化且易于施工信号最大化且易于施工 可存可存储256位数据位数据记录特定信息特定信息现场识别管管线情况情况 数据数据锁定功能定功能永久固化永久固化避免数据避免数据丢失失3010 电子标识系统在电力缆标识定位处的应用 记录标识器位置，便于将来返回器位置，便于将来返回 记录行行进路路线，描，描绘管管线路由路由 提高定位工作效率提高定位工作效率 在复在复杂环境中无需地面参照物境中无需地面参照物 整个地下整个地下设施工程的地理信息采集施工程的地理信息采集手段手段iD电子子标识器器GPS31结束,谢谢!天津世纪东大管道穿越工程公司32