歡迎訪問免费草莓视频人app重工官網!

全國服務熱線:400-111-2688

語言選擇
新聞資訊

新聞資訊

當前位置 : 首 頁 > 新聞資訊 > 行業新聞

岩層中非開挖鑽機進導向技術

2020-12-12 13:50:52

岩層中非開挖鑽機進導向技術

非開挖施工鋪設地下管線技術由於其對地表結構破壞性小、環保性好、施工效率高、總體成本低而受到廣泛應用。我國在這一領域的發展水平雖較發達國家晚十多年,但隨著經濟建設的不斷發展、西部大開發戰略的實施和城鎮化建設的加快,使非開挖市場正如火如荼地壯大開來。了解並掌握非開挖行業的先進技術有助於促進我國這方麵水平的提高。本文將就岩層中非開挖導向鑽孔技術作一介紹。

1 土層中鑽進導向機理

一般意義上的非開挖導向鑽孔施工大多在土層條件下進行,此時,導向鑽頭采用的是帶斜麵的非對稱式結構。這類鑽頭在孔內實現方向改變的力學機理是從鑽杆獲得的推力克服地層阻力使鑽頭前進。以斜麵鑽頭為分析對象,通過鑽杆傳來的鑽機推力與地層阻力共同作用於鑽頭斜麵上,兩個力各自分解為垂直於斜麵的分力和平行於斜麵的分力,垂直於斜麵的兩分力大小相等,方向相反,相互抵消;平行於斜麵的兩分力則由於鑽機推力分力大於地層阻力分力,最終的合力指向沿斜麵的方向,使鑽頭順著斜麵前進。具體操作時表現為,當鑽機回轉動作與給進動作同時進行時,鑽孔軌跡呈直線;當鑽機隻給進不回轉時,鑽孔軌跡沿鑽頭斜麵方向轉彎,從而實現方向改變。

但當所鑽地層為岩層時,鑽機推力無法有效克服地層阻力,因而無法實現隻推不轉改變方向的功能,即使隻是在卵石層或含石土層中鑽進,也會由於硬石的存在,造成孔內導向板鑽頭受力不均勻,很難實現有效的方向控製。

2 岩層中導向工藝

2.1 傳統方法一

當在岩層中無法用隻推不轉的方法改變鑽孔方向時,一般的做法是將普通切削式斜麵鑽頭(導向板)換成偏心式磨削鑽頭或單掌牙輪鑽頭,這時若要改變鑽孔軌跡方向,需推頂和間歇回轉同時作用,即在導向儀鍾麵顯示的預設轉彎方向點兩側各60度扇形範圍內推頂並轉動,實現偏心磨削,在鍾麵指示的其餘各點則空轉過去。例如,要使鑽孔軌跡朝鍾麵指示的12點鍾位置(朝上)改變方向,需將偏心鑽頭空轉至10點鍾處,施加推力,推轉至2點鍾位置,形成120度扇形麵的磨削。然後稍微回拉鑽頭,使脫離切削麵,再空轉至10點鍾位置,施加推力,推轉至2點鍾位置,實現另一次120度扇形麵的磨削。這樣反複進行推轉和空轉,使鑽孔軌跡偏離原來軸線,朝上傾斜一個角度,實現轉彎。

這種施工工藝隻能間歇性克取岩石,而這種推轉和空轉的轉換操作需人為地一下一下進行,使導向效率極低,改變一次方向需數小時之久。在破碎地層或卵石地層中由於不均勻性,有時根本無法實現有效控向。

2.2 傳統方法二

另一種傳統的岩石鑽進工藝是孔底泥漿馬達,這種工藝條件下鑽孔轉彎時,泥漿馬達通過由鑽杆內腔輸送來的高壓泥漿驅動,提供牙輪鑽頭克取岩石所需扭矩,鑽杆無須回轉,隻提供推力和鑽孔方向控製,泥漿馬達與鑽杆軸線間有一安裝偏角,以實現方向改變;鑽直線孔時,鑽杆與泥漿馬達同時回轉。使用這種工藝進行施工時,存在如下問題:

(1)機器需配置高壓力大流量泥漿泵以確保泵送足夠的泥漿驅動泥漿馬達工作。普通鑽機現有泥漿泵難以滿足要求;

(2)泥漿耗量比普通鑽進時的大2-3倍,使泥漿材料的消耗成本大大提高;

(3)需配備專門的大功率泥漿攪拌係統,以滿足大量泥漿需要;

(4)從環保角度看,特別在城市施工時,大量的廢漿需要處理,增加了施工成本;

(5)為使泥漿動力有效到達泥漿馬達部位,對鑽杆柱各連接處的密封要求及抗高壓衝刷要求進一步提高;

(6)探頭容納管與導向鑽頭之間增加了1米多長的泥漿馬達,使鑽孔軌跡的控向精度受到影響。

傳統的方法還有利用氣動潛孔錘工藝和液壓衝擊整體鑽杆柱方法進行岩層導向孔施工,這些方法雖然在碎岩效率上有所提高,但在鑽孔轉彎時都隻能采用偏磨的方式進行,總體效率依然很低。另外,氣動潛孔錘工藝中需另外配備高壓力大流量空壓機,幹式鑽進時則還需一套降塵和除塵裝置;而液壓衝擊整體鑽杆柱的方法則增加了鑽杆的疲勞破壞程度,影響施工安全和鑽杆使用壽命。

3 施工技術--雙壁鑽杆工藝

3.1 工藝原理

結構

雙壁鑽杆是美國溝神(DITCH WITCH)公司的新一項非開挖方麵的技術專利。這是一種杆中杆結構,分成內鑽杆和外鑽杆兩部分。工作過程中外鑽杆之間通過螺紋相互連接,內鑽杆之間則通過六方結構的公母接頭插接相連。泥漿通過內外鑽杆之間的環狀空間輸送到孔底。在雙馬達動力頭驅動下,內鑽杆和外鑽杆可相對獨立旋轉,鑽岩用三牙輪導向鑽頭與內鑽杆連接,鑽頭後部的探頭容納管與外鑽杆連接,並與鑽杆柱軸線呈2°安裝偏角。

導向機理

施工過程中,當內外鑽杆同時旋轉時,鑽孔軌跡呈直線狀態;當內鑽杆旋轉而外鑽杆依據探頭容納管的安裝偏角位置停止在某固定方向上不旋轉隻推進時,鑽孔軌跡便朝該方向轉彎,即內鑽杆供給鑽頭扭矩,外鑽杆供給鑽頭推力和方向控製。例如要想讓鑽孔朝上轉彎,可旋轉外鑽杆使其在地麵跟蹤儀上的鍾麵位置為12點,表明此時安裝偏角朝上。外鑽杆固定在12點位置停止旋轉隻施加推力,而讓內鑽杆帶動鑽頭旋轉,使鑽孔快速實現朝上轉彎。到達預定傾角後再讓內外管同時旋轉使鑽直線孔。這樣無論是直線孔段還是轉彎孔段,鑽頭都能不間斷地高速穩定旋轉,有效克服岩石,實現高效施工。

導向機理

與泥漿馬達工藝相比,雙壁鑽杆工藝有如下特點:

(1)雙壁鑽杆工藝中鑽頭的動力通過內鑽杆直接提供,相當於機械馬達。在同等主機功率條件下,機械傳動效率比泥漿馬達的液壓傳動效率高很多,這樣可進一步保證岩石鑽進的效率;

(2)雙壁鑽杆工藝進行岩石施工時避免了泥漿馬達工藝中所要求的大量泥漿的使用,減少了相關的泥漿動力和泥漿材料成本消耗及環保壓力;

(3)雙壁鑽杆條件下探頭容納管緊跟導向鑽頭之後,控向精度高,避免了泥漿馬達工藝中由於探頭與導向鑽頭之間距離大而引起的控向精度誤差,特別在控向精度要求極高的汙水管等重力管線施工中更顯重要。

配套設備

雙壁鑽杆施工工藝還可在非常地層如碎石層、卵石層或土石混合層中進行長距離高效導向。與這種工藝配套的廣普型JT2720AT、JT4020AT鑽機由美國DITCH WITCH公司研製而成,鑽機除具有雙馬達動力頭結構及相應的控製係統外,還具有獨特的電子技術,達到高度智能化和自動化,可實現均勻地層條件下的自動鑽進功能;另外,其自動存取鑽杆、自動塗抹絲扣油、鑽杆箱側麵添加鑽杆等特點確保減少施工中輔助時間的消耗,使這種岩石鑽進工藝的高效性得以進一步充分發揮。鑽機由岩石鑽進模式(AT模式)向普通土層鑽進模式(JT 模式)轉換時,隻需按一下機器上的轉換開關、換一套鑽杆即可,機器本身無需作任何變動。

3.2 使用情況

AT岩石鑽進係統由於其高效性和實用性,得到了使用者的廣泛認可,目前國內擁有這種鑽機共十台,進行過通訊、燃氣、自來水等行業的管線施工,經曆過川西平原的卵石層穿越,大連、青島地區的風化岩穿越和其它硬地層的穿越。其中,中國通信建設工程公司西安局截止到2003年7月,采用JT2720AT鑽機在兩年時間內進行非開挖管線施工總計三萬多米,其中卵礫石、風化層中施工5000多米。現在正和其它四台JT2720AT鑽機一起在濱海城市大連市進行市政工程改造施工,其中許多工程都是在研磨性強的風化岩中進行,充分體現了AT技術的獨特優勢。隨著國內非開挖技術的越來越普及,將會遇到更多的堅硬複雜地層施工,高效岩石鑽進技術也必將會有更為廣泛的用途。


標簽

下一篇:沒有了

最近瀏覽:

分享到