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不挖開地面如何鋪設地下管道?水平定向鉆機大顯神通

發布時間:2020年04月03日
來源:制造原理公眾號(2020-04-02) 作者:老鄭

我們經常會發現在居住的城市里馬路經常被挖開,不管是新修的還是使用一段時間的馬路,總覺得居住地周邊的馬路就沒有完整過,天天都在開挖維修,讓出行一點都不方便,還會造成環境的污染,這種將完整的馬路挖掉一部分的現象還被人們稱為“拉鏈路”。


造成這種拉鏈路的主要原因除了馬路破損外,還有就是修建馬路時沒有規劃好,而隨著城市的快速發展,已有的地下管線跟不上城市的需求,另外就是一些新的管線也需要經過馬路。

 

圖片來源:pixabay


前幾天就看到一個新聞,某地就規定新修的城市馬路交付使用后5年內禁挖,這將有效杜絕城市馬路經常被挖的現象,還能避免反復出現“拉鏈路”造成的經濟損失。


但同時也對城市馬路地下管網建設提出了更高的要求,不能對馬路“開膛破肚”就需要更先進的地下管網鋪設機械設備來完成。


你是否經常在城市的綠化帶,或者人行道上看到一種機械在作業,它將旋轉的鐵管插入到地下打孔,而在不遠處正在往機器打好的孔內塞入電纜和管道,這種機械就是水平定向鉆機。



水平定向鉆機就是在不需要開挖地面的情況下,鋪設地下管線的機械設備,它能在地下一定半徑內成功避開障礙物,能在地下為粘土,沙土等地層中作業,廣泛使用于電力,通訊,石油以及天然氣等領域的柔性管線鋪設。


水平定向鉆施工的特點


與對整條馬路進行封路大挖大修不同,就像我們經常看到的那樣,水平定向鉆機只需要在馬路邊上就可以完成施工,并不會影響交通和人們的正常出行。


通過先進的設備計算和定位,能讓整個鉆頭的穿越過程繞開障礙物到達預定的位置,保證施工精度。



與傳統的施工方法比較,水平定向鉆這種新型施工方法還有著施工效率高,成本低,不影響環境等諸多的優點。


但同時水平定向鉆施工,在地下所開的孔在鋪設好管線后,并不能像在地面直接開挖那樣回填夯實,會留下一定的間隙,所以有時地面也會造成部分區域的塌陷。


水平定向鉆機發展


水平定向鉆這種技術,是將普通的管線鋪設技術,與石油開采過程中使用到的鉆井技術結合在一起的新型施工方法。


在還沒有發明水平定向鉆機的時候,要鋪設管線穿過河道或者障礙物時,就需要采用挖坑,沉管等方式來完成,不但效率低而且成本還很高。


水平定向鉆最早出現在美國,在20世紀60年代美國一位工程師將油田所使用的定向鉆井技術用于管道鋪設中。



后來又發明了再擴孔技術,這也讓大直徑的管道鋪設成為可能,從此也形成了一種新的水平定向鉆技術。


中國在上世紀80年代首次引進了這項水平定向鉆技術,近幾十年來隨著原油管道和城市管線的快速建設,水平定向鉆在我國得到了快速的發展,不管是穿越長度還是管線直徑都創造了很多紀錄。


水平定向鉆機是怎么工作的


水平定向鉆機在施工前首先就是要根據施工圖紙,確認好水平定向鉆機開鉆的位置以及出鉆口的位置,通常這兩個點都是在一條直線上,并記錄好相關的坐標數據。


還要將泥土,水以及添加劑等原料制成泥漿,通過機械中的泥漿泵送入到鉆頭噴嘴中,泥漿的功能主要是冷卻鉆頭和降低鉆頭的摩擦力,避免鉆頭卡阻現象的發生,泥漿是可以通過回收過濾后重復使用的。



將水平定向鉆機固定在鉆口位置后,選擇合適的鉆頭,按照預定的位置和角度,讓發動機為鉆機提供動力,并驅動旋轉的鉆桿帶動鉆頭前進,鉆頭工作時泥漿馬達也會持續噴射泥漿,鉆頭穿過地面障礙物,最終穿出地面形成導向孔。

  


其實水平定向鉆也需要在地下按一定的弧度轉彎,所以水平定向鉆的鉆桿實際上是彎曲的,這樣的設計不僅是讓鉆頭能在地下輕松活動,更主要的就是為了讓鉆頭在地下好控制轉彎。


之所以水平定向鉆能在地下按設計要求精準的開孔,首先在鉆頭上安裝了導向系統,其次在每節鉆桿末端也安裝有轉向檢測系統,這些導向和檢測系統,能夠實時將數據傳遞給地面操作人員,如果發現數據異常就需要操作人員控制鉆頭及時修正方向。



當鉆頭帶著的鉆桿穿出地面后,就會卸掉鉆頭,將擴孔工具與鉆桿安裝固定,擴孔工具直徑要根據所鋪設的管線尺寸決定,開始回拖擴孔作業,在回拖的過程中鉆桿反方向旋轉,鉆機帶動鉆桿和擴孔頭后退,進行回拖擴孔,最終擴大地下管道的直徑尺寸。


在擴孔回拖的同時,還要將需要鋪設的管線固定在擴孔工具后面,鉆機拖動鉆桿,就會帶著擴孔工具和管線同時進行回拖,最后就將管線繞開地面障礙物拖出地面,完成整個管線的鋪設施工。

 

 


擴孔過程中還要根據不同的土層選用擴孔工具,松軟土層只需要選用擠擴式擴孔器,如軟巖或者硬土層就需要帶牙輪或者滾刀的擴孔器,如有巖石層就需要使用具有切削和排屑功能的擴孔器。


橫向鉆機技術


我們都知道開采石油需要很高的技術,這是因為它們都埋藏在看不見的地下,想要得到它就需要我們進行高難度的開采。


在開采的時候首先需要進行非常重要的打井工作,還要根據不同的地質而采用不同的方法來打井,這樣才能獲得石油資源。


傳統的打井方法一般都是垂直打井,但是很多時候還需要采用在地下橫向打井尋找石油,這種技術是在鉆頭上安裝了先進的聲波和伽馬射線功能,在開采的時候通過鉆頭采集地層中的各項數據傳遞給地面操作人員,就可以實時采取更理想的鉆井方案,能控制鉆頭在地下隨意彎曲前進,這就相當于給地下鉆頭安裝了千里眼,最終找到石油。


 


這種橫向進行的定向鉆機技術自從出現后,讓人類的鉆井技術又提高了一個臺階,提高了開采效率還降低了工程風險。


隨著人們對節能環保的要求越來越高,水平定向鉆機這種非開挖的管線鋪設設備,將會得到越來越廣泛的應用。



文中Gif截取自Youtube《horizontal directional drilling (HDD) demo video》《горизонтально-направленное бурение технология》《HDD Rock Drilling, 3D Animation - Allen Watson Ltd -www.allenwatson.com》文中圖片截取自《Horizontal Directional Drilling (HDD) Bore It Inc.》《Barrel Reamer HDD》

[責任編輯:dc]

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