一种非开挖钻顶联合穿跨越管道铺设方法与流程

本发明涉及一种非开挖钻顶联合穿跨越管道铺设方法，属于非开挖工程领域。

背景技术：

随着我国经济飞速发展，能源需求不断增加，新建管道的需求量和尺寸也越来越大，管道施工所处的地质条件也趋于复杂。传统的水平定向钻机管道穿越技术一次性施工管道长度较长，但要求地质条件较为稳定；传统的顶管技术的地层适应性较好，但是一次性顶进距离不能过长，分段顶进会增加工作井数量，大大增加施工的成本和时间。因此，对于长距离大直径管道在复杂地层中的铺设，由于新建管道长度过长、地面施工条件有限、地质条件复杂等因素的影响，通过传统的水平定向钻机技术或者顶管技术，往往难以一次性完成管道的建设，严重制约着我国基础官网的建设进度。因此，需要一种新的管道施工工艺，结合顶管技术和水平定向钻机技术的优势，实现大直径长距离管道在复杂地层中一次性穿越，大大节省施工成本和时间，为支援国家基础管网建设提供技术储备。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种非开挖钻顶联合穿跨越管道铺设方法，结合顶管和水平定向钻机技术，能够解决复杂地层条件下大直径长距离复杂地层管道铺设问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种非开挖钻顶联合穿跨越管道铺设方法，包括以下步骤：

(1)根据地质勘察资料，选择顶管工作井和接收井位置；

(2)施工完成顶管工作井和接收井，使顶管工作井和接收井深度相同；

(3)向接收井注水，顶管施工和水平定向钻机施工同时进行，使接收井底待铺管位置打通；

其中，水平定向钻机施工包括以下过程：

(a1)将水平定向钻机置于接收井和顶管工作井之间的地面上，水平定向钻机的钻杆顶部安装有导向钻头，导向钻头从地面开始钻进施工，从接收井底部侧壁的位置A进入接收井后，穿过固定于接收井底的钻杆加持装置，再从接收井的与位置A相对的位置B钻出进入地层，最后导向钻头从地面上出土，得到一条连通导向钻头钻出位置至位置B的导向孔道；导向钻头的入土位置至位置A的孔道为入土孔道；

(a2)从导向钻头出土位置开始，先后利用一组由小到大的扩孔器沿导向孔道进行扩孔，每个扩孔器均通过水平定向钻机的钻杆驱动，沿导向孔道进入接收井，再由位于接收井口的吊装机吊出，直到接收井底部的位置B扩至目标孔径，得到安装口B，此时完成导向孔道扩孔；

(a3)从导向钻头出土位置开始，将地面预制钢管通过水平定向钻机的钻杆沿导向孔道回拖至接收井内；

(a4)回收钻杆，并通过位于接收井口的吊装机将钻杆加持装置吊出接收井；

顶管施工包括以下过程：

(b1)利用水平置于顶管工作井底的顶进油缸驱动顶管机头切削地层，切削过程中利用位于顶管工作井井口的吊装机将顶进单根管道吊装至顶管工作井的井底，使各顶进单根管道首尾相连组合为顶进管道组并位于顶管机头后方，持续填装顶进单根管道至顶进管道组尾部，以实现向接收井位置A方向水平连续顶进；

(b2)根据水平定向钻机施工状况控制顶管施工速度，保持顶管机头连续顶进的同时，使水平定向钻机施工优先完成步骤(a4)钻杆回收工作，而后顶管机头连续顶进直到打通接收井底部侧壁的安装口A；

(b3)顶管机头和顶进管道组的首部通过安装口A进入接收井，通过位于接收井口的吊装机将顶管机头吊出接收井；

(4)将接收井内的水排出，在安装口A与顶进管道组外壁连接处安装顶管密封装置，在安装口B与地面预制钢管外壁连接处安装水平定向钻机管道密封装置，使地面预制钢管与顶进管道组连通；

(5)进行接收井回填，完成管道铺设。

所述接收井为长方体形。

本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：

(1)本发明结合了顶管和水平定向钻机技术的优点，可以在复杂地层条件下完成大直径(1000mm以上)长距离(1000m以上)管道的一次性铺设，大大节省了施工成本和时间；

(2)本发明根据勘察资料，能够对复杂地层管道施工区域，选取水平定向钻机难以施工的部分作为顶管施工段其余复杂地层作为水平定向钻机施工部分，一次性穿越距离长，可施工管径大；

(3)本发明的水平定向钻机入土端(即定向钻开钻位置至接收井段)穿越距离仅受钻杆曲率半径控制，大大降低非必要钻孔时间、成本；

(4)本发明水平定向钻机入土端只需要进行先导孔施工，不需要进行扩孔，减小了施工风险；

(5)本发明在接收井内注水，进行水下作业，可以有效防止富含水高压地层的涌水涌沙事故；

(6)本发明水平定向钻机所施工的管道与顶管施工的管道水平连接，无管道高程起伏变化，为后期管道运营提供方便。

附图说明

图1为本发明的水平定向钻机导向孔及顶管顶进施工示意图。

图2为本发明的接收井内水平定向钻机扩孔器拆卸示意图。

图3为本发明水平定向钻机施工段管道回拖示意图。

图4为本发明的水平定向钻机回拖完成及顶管机头进洞拆卸回收示意图。

图5为本发明的接收井回填示意图。

图中：1-水平定向钻机，2-钻杆，3-导向钻头，4-接收井吊装机，5-水，6-接收井，7-钻杆加持装置，8-顶管工作井吊装机，9-顶管机头，10-顶进油缸，11-顶管工作井密封装置，12-顶进单根管道，13-顶管工作井，14-水平定向钻机管道密封装置，15-扩孔器，16-地面预制钢管，17-分动器，18-顶管密封装置，19-回填土，20-导向孔道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种非开挖钻顶联合穿跨越管道铺设方法，包括以下步骤：

(1)根据地质勘察资料以及管道设计资料，分别选取适合水平定向钻机技术和顶管技术适用的区段，选择顶管工作井和接收井位置；

(2)施工完成顶管工作井和接收井，使顶管工作井和接收井深度相同；

(3)向接收井注水5，顶管施工和水平定向钻机施工同时进行，使接收井底待铺管位置打通；其中，水平定向钻机施工包括以下过程：

(a1)参照图1，将水平定向钻机1置于接收井6和顶管工作井13之间地面上进行导向孔道施工：水平定向钻机1的钻杆2顶部安装有导向钻头3，导向钻头3从地面开始钻进施工，从接收井底部侧壁的位置A进入接收井6后，穿过固定于接收井底的钻杆加持装置7，再从接收井的与位置A相对的位置B钻出，进入地层，最后导向钻头3从地面上出土，得到一条连通导向钻头钻出位置至接收井6的导向孔道；导向钻头的入土位置至位置A的孔道为入土孔道；

(a2)参照图2，从导向钻头出土位置开始，先后利用一组由小到大的扩孔器15沿导向孔道进行扩孔，每个扩孔器均通过水平定向钻机1的钻杆2驱动，沿导向孔道进入接收井，再由位于接收井口的接收井吊装机4吊出，直到接收井底部侧壁的安装口A相对的位置扩至目标孔径，得到安装口B，此时完成导向孔道扩孔；

(a3)参照图3，通过分动器17连接地面预制钢管16(即水平定向钻管道)与钻杆2，从导向钻头出土位置开始，将地面预制钢管16通过水平定向钻机的钻杆沿导向孔道回拖至接收井内；

(a4)回收钻杆2，并通过位于接收井口的接收井吊装机将钻杆加持装置吊出接收井；

顶管施工包括以下过程：

(b1)利用水平置于顶管工作井底的顶进油缸10驱动顶管机头9切削地层，切削过程中，参照图1，顶管工作井底部安装有顶管工作井密封装置11，利用位于顶管工作井13口的顶管工作井吊装机8将顶进单根管道12吊装至顶管工作井13的井底，使各顶进单根管道12首尾相连组合为顶进管道组，并位于顶管机头9后方，持续填装顶进单根管道至顶进管道组尾部，以实现向接收井方向连续顶进，

(b2)由于水平定向钻机在入土端有一部分是穿越顶管顶进路径的，因此同时开始施工后，水平定向钻在最后部分先完成管道回拖，钻杆拔出入土端土体后，顶管才会进行最后一部分土体的顶进工作，直至顶管机头进入接收井。施工时，根据水平定向钻机施工状况控制顶管施工速度，保持顶管机头9连续顶进的同时，使水平定向钻机施工优先完成步骤(a4)钻杆2回收工作，而后顶管机头9连续顶进直到打通接收井底部侧壁的安装口A；顶管机头连续施工，可避免等待水平定向钻机回收时暂停顶管施工导致的安全隐患；

(b3)参照图4，顶管机9和顶进管道组的首部通过安装口A进入接收井6，通过位于接收井口的接收井吊装机4将顶管机头吊出接收井；

(4)参照图5，将接收井内的水排出，在安装口A与顶进管道组外壁连接处安装顶管密封装置18，在安装口B与地面预制钢管外壁连接处安装水平定向钻机管道密封装置14，使地面预制钢管与顶进管道组连通；

(5)利用回填土19进行接收井回填，完成管道铺设。所述接收井可为长方体形，方便施工。