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非开挖顶管施工
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岩层非开挖双臂钻杆工艺的应用

2021-04-02

岩层顶管施工

双壁钻杆工艺


3.1工艺原理


3.1.1结构


双壁钻杆是美国沟神(DITCHWITCH)公司的新一项非开挖方面的技术专利。这是一种杆中杆结构,分成内钻杆和外钻杆两部分。工作过程中外钻杆之间通过螺纹相互连接,内钻杆之间则通过六方结构的公母接头插接相连。泥浆通过内外钻杆之间的环状空间输送到孔底。在双马达动力头驱动下,内钻杆和外钻杆可相对独立旋转,钻岩用三牙轮导向钻头与内钻杆连接,钻头后部的探头容纳管与外钻杆连接,并与钻杆柱轴线呈2°安装偏角。


3.1.2导向机理


施工过程中,当内外钻杆同时旋转时,钻孔轨迹呈直线状态;当内钻杆旋转而外钻杆依据探头容纳管的安装偏角位置停止在某固定方向上不旋转只推进时,钻孔轨迹便朝该方向转弯,即内钻杆供给钻头扭矩,外钻杆供给钻头推力和方向控制。例如要想让钻孔朝上转弯,可旋转外钻杆使其在地面跟踪仪上的钟面位置为12点,表明此时安装偏角朝上。外钻杆固定在12点位置停止旋转只施加推力,而让内钻杆带动钻头旋转,使钻孔快速实现朝上转弯。到达预定倾角后再让内外管同时旋转使钻直线孔。这样无论是直线孔段还是转弯孔段,钻头都能不间断地高速稳定旋转,有效克服岩石,实现施工效率。


3.1.3导向机理


与泥浆马达工艺相比,双壁钻杆工艺有如下特点:

(1)双壁钻杆工艺中钻头的动力通过内钻杆直接提供,相当于机械马达。在同等主机功率条件下,机械传动效率比泥浆马达的液压传动效率高很多,这样可进一步保证岩石钻进的效率;

(2)双壁钻杆工艺进行岩石施工时避免了泥浆马达工艺中所要求的大量泥浆的使用,减少了相关的泥浆动力和泥浆材料成本消耗及环保压力;

(3)双壁钻杆条件下探头容纳管紧跟导向钻头之后,控向精度高,避免了泥浆马达工艺中由于探头与导向钻头之间距离大而引起的控向精度误差,特别在控向精度要求极高的污水管等重力管线施工中更显重要。


3.1.4配套设备


双壁钻杆施工还可在地层如碎石层、卵石层或土石混合层中进行长距离导向。与这种工艺配套的广普型JT2720AT、JT4020AT钻机由美国DITCHWITCH公司研制而成,钻机除具有双马达动力头结构及相应的控制系统外,还具有独特的电子技术,达到高度智能化和自动化,可实现均匀地层条件下的自动钻进功能;另外,其自动存取钻杆、自动涂抹丝扣油、钻杆箱侧面添加钻杆等特点确保减少施工中辅助时间的消耗,使这种岩石钻进工艺的得以进一步发挥。钻机由岩石钻进模式(AT模式)向普通土层钻进模式(JT模式)转换时,只需按一下机器上的转换开关、换一套钻杆即可,机器本身无需作变动。


3.2使用情况


AT岩石钻进系统由于其效率和实用性,得到了使用者的广泛认可,目前国内拥有这种钻机共十台,进行过通讯、燃气、自来水等行业的管线施工,经历过川西平原的卵石层穿越,大连、青岛地区的风化岩穿越和其它硬地层的穿越。其中,中国通信建设工程公司西安局截止到2003年7月,采用JT2720AT钻机在两年时间内进行非开挖管线施工总计三万多米,其中卵砾石、风化层中施工5000多米。现在正和其它四台JT2720AT钻机一起在滨海城市大连市进行市政工程改造施工,其中许多工程都是在研磨性强的风化岩中进行,体现了AT技术的独特优势。随着国内非开挖技术的越来越普及,将会遇到更多的坚硬复杂地层施工,岩石钻进技术也必将会有更为广泛的用途。


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