在穿越施工過程中,控向技術屬于整個工程中的核心技術之一,在后續拖管過程中起到決定性作用。因此,控向技術在水平定向鉆施工中的質量把控尤其重要。
01控向技術對避讓地下管線的重要性
城市道路以及附屬管線的迅速發展,地下空間資源也越來越少,也對將來的水平定向鉆施工中控向技術提出了更高的要求。
例如:金山某燃氣水平定向鉆工程在進行控向工作時,由于相應的控向技術未能得到良好的質量控制,并且對地下管線具體情況不熟悉,導致損壞當地φ500mm的主干污水波紋管約10m,造成當地污水無法及時排除,只能采取應急措施用臨時設備來控制污染源;同時,廢除損壞管道并敷設新污水管道,賠償費用高達60余萬元,賠償費用直接影響到工程成本。
因此,在熟悉地下管線的同時,應當更好地運用控向技術并采取相應的措施避讓受其影響范圍內的地下管線。
定向鉆施工
02控向技術質量控制的關鍵難點
現場信號干擾
如今的施工現場情況非常復雜,各種信號干擾源極多,如高壓電線、信號發射塔、車輛行駛時產生的干擾等。這些干擾值都會影響傳感器的信號發射和控向儀的接受。特別當高壓電線較為密集時,在部分施工區域會形成封閉式的干擾,屏蔽一些探棒的信號。
穿越對象
水平定向鉆穿越施工涉及的穿越對象較為多元化,有高速公路、城鎮道路、河道、江流、山地等。穿越對象越復雜,其穿越長度相對也越長,對控向時的技術要求也越高。通過控向方法的選擇,可以控制導向軌跡的質量問題。
控向過程中軌跡發生偏離
導向員在控向過程中時常會發現導向軌跡逐漸偏離原設計軌跡。偏離原因有很多,但作為導向員應及時對偏離軌跡進行糾偏。施工過程中的糾偏工作頗有難度,如果沒用對正確的糾偏控向方式,會對后續的回擴、拖管帶來不便。
03控向技術的質量控制措施
消除現場信號干擾的措施
在信號干擾較小或者信號干擾源較少時,一般使用可搜索周圍干擾值的導向儀,并配備加強級傳感器。此導向儀的優點是操作簡便,能通過導向儀設備對現場干擾源的排查,從中優化出較低干擾值頻率與傳感器進行配對工作,幫助導向員更加詳細地分析周圍信號的干擾情況,從而達到頻率優化的作用。
頻率優化數據
在信號干擾值較大,并在某施工區域內形成了封閉式的干擾,使得傳感器信號無法準確地傳輸至導向儀時,應當采取有線式傳感器。有線式傳感器操作原理與無線控向設備類似,但在探棒后方有相應的數據線與遙顯儀相連,因此遙顯儀能不受周圍信號的干擾,并能在第一時間讀取傳感器的信息。此類措施能避開現場的封閉式干擾信號。由于有線式傳感器的傳輸線需人工進行連接,操作時比無線控向較為繁瑣,同時,在接線過程中一旦出現疏忽會造成二次接線,給后續工作帶來麻煩。這也是有線式傳感器控向的最大弊端。
結合兩種措施來看,在前期應用導向儀設備對現場信號干擾值進行相應的排查,確定干擾值大小后,選用更適合此工程的有線式傳感器,可以解決現場干擾的難點,提高控向軌跡質量及精度。
解決穿越對象的措施
在穿越江流、山川、大海時,由于穿越對象跨度較長,導向員無法實地測量,所以加強級傳感器控向與有線傳感器控向技術便無法勝任。此時,應當選用地磁控向技術,其信號傳輸不受長度限制,在大型穿越工程中廣泛應用,國內已經做過的穿越工程深度最深為一60m。
地磁控向技術工作原理是由地球磁場確定兩點之間的線方位,導向員根據其提供的數據向司鉆員發送指令。地磁控向儀最重要的參數是方位角,其精度直接關系到能否準確中靶。但地磁控向儀方位角的精度易受外界環境干擾,尤其是金屬(如鐵)、電纜、高壓線等。因此,應在地面上設置地面信標來找到儀器在地下的準確位置,從而克服方位的偏差,并根據人工磁場提供的數據進行實時糾偏。
雖然地磁控向技術相對加強級傳感器控向與有線傳感器控向技術更為復雜化,相對應的參考數據也更多,但對于某些特殊穿越對象來說,卻是最為首選的控向技術,也是目前唯一的解決措施。
對控向過程中軌跡糾偏的措施
無論控向軌跡的偏離位置是處于入土、出土的弧線段,還是水平直線段時,都應做到以下幾步:
(1)導向員應及時與司鉆員進行溝通,并參考地質報告,了解其偏離原因。
(2)如果在周圍干擾較小時產生偏離,導向員應下令抽回相應的鉆桿數量,抽至控向軌跡還未發生偏離的位置,且此根鉆桿命令宜為12點鐘方向。
(3)對糾偏鉆桿進行6點鐘方向的下壓,傾角變化幅度應控制在 2%~4%,連續進行鉆進工作,增加局部控向軌跡深度,增加的深度應為導向板寬度的 2~3 倍。從原有的控向軌跡中鉆進至新的控向軌跡。
(4)導向員確認鉆頭已在新控向軌跡中后,通過控向儀輸出的數據對探棒所控制的鉆頭進行相應的方向調整。
(5)在周圍信號干擾較大或者地下土質不良時,導向員應對探棒發射出的前定位點信號(FLP)、定位線信號(LL)、后定位點信號(RLP)進行詳細的跟蹤測量與記錄。從鉆進完1根鉆桿后測量,分解到鉆進半根鉆桿便開始測量,用多組信號值數據進行比對,從而更加精確地掌控其糾偏范圍。
定向鉆施工
在大量工程實踐中發現,如果在原有的控向軌跡中進行強行糾偏時,鉆桿會承受彎曲鉆孔內推拉與回轉,產生彎曲疲勞載荷。經常受此疲勞荷載后鉆桿的受力狀態會愈發惡劣,導致斷裂和破損。即使通過強行糾偏至相應管位后,所形成的控向軌跡可能無法滿足相應的曲率半徑,產生扭矩大、回拖拉力大等不穩定性因素,后續的擴孔、回拖工作無法順利進行。因此,在糾偏過程中鉆頭進入新控向軌跡進行糾偏工作才最為妥當。只有在新的土層中鉆頭的導向板通過對土的頂推力,才能形成新的夾角改變控向軌跡的方向與深度。
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