非开挖技术的介绍(钻机)中英文
非开挖水平定向钻机技术介绍及其工作原理
一、非开挖技术简介
非开技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维修、更换或者探测的一门施工技术。
非开挖施工应用了定向钻进技术的原理，极大地降低了地下管线施工对交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响，成为现代城市技术设施施工、建设、管理的一个重要组成部分。
非开挖施工开始于1896年的美国，兴起于上世纪80年代发达国家并形成产业，我国于1953年首次在北京应用非开挖技术施工，上世纪90年代开始起步，近年来发展迅速。
目前在石油天然气、城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热等管道铺设与维护领域得到了广泛应用。
二、非开挖水平顶钻机的工作原理和施工程序主要分为下面三个步骤：
1、钻头、钻杆钻进
固定设备后，按照设定的角度，在动力头的作用下，钻头带动钻杆旋转前进，并在导向仪的控制下，按照施工要求的深度和长度进行钻进，穿过地面障碍物后，穿出地面。
在钻进的过程中，为防止钻杆被土层夹紧、抱死，需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥或泥浆，同时也起到固化通道，防止管道塌陷的作用。
钻杆钻进示意图
2、回扩头回扩
在钻头带着钻杆穿出地面后，卸掉钻头，将回扩头于钻杆安装固定，动力头回拖，钻杆带着回扩头反向回拖，扩大管道直径尺寸。
回扩示意图
3、管道回拖
在回扩头回拖的同时，将管道固定在回扩头后，动力头拖动钻杆，带着回扩头和管道同时进行反向回拖运动，直至将管道拖出地面，完成管道铺设施工。
管线回拖示意图。
非开挖(概述1)
夯管（Impact Ramming）
作标 为准 驱的 动空 装气 置压
ห้องสมุดไป่ตู้缩 机
排土锥体和套插锥体及冲击件将力全部传到钢管上
气压千斤顶可用来进行精确的轴向定位
加强切削力的切削环
夯管（Impact Ramming）
• 夯管锤利用动态的冲击能将钢管夯入地里。从空心钢管敞口处 挤入钢管的土石在钢管到达工作坑后被一次排出。
定向钻进（Horizontal Directional Drilling）
• 勘探技术研究所GBS-20定向钻机（柴油机、主要液压元件均靠进口）。给进力/ 回拖力220KN，最大扭矩13000NM，工作起始角12~18 °,总功率236KW。钻机备 有装卸钻具用的小吊车。
• 右上图为钻机配套的泥浆搅拌系统，右下图为该型钻机在进行直径 325mm的输 油管线铺设（图中为回拖作业）。
• 夯管法适用于除沼泽、岩石、卵砾石层以外的地层
顶管（Pipe Jacking）
• 顶管施工是非开挖施工最早使用的一种方法，它是将新管用大 功率的顶推设备顶进至终点来完成铺设任务的一种地下管道施 工方法，它不需要开挖面层，并能够穿越公路、铁道、河川、 地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。
顶管（Pipe Jacking)
定向钻进（Horizontal Directional Drilling）
• 定向钻进在水平方向铺设管线或穿越交通繁忙的道路、铁路、河流等 具有较大优势。通过楔形钻头旋转或楔面的调整可以使钻进路线按设 计要求推进。
• 钻头的位置、与地面的倾斜度和楔面角度会通过一个电磁探测仪传送 到地面上的接收仪器中。
冲击矛（Impact moling）
起动滑架为冲 击矛提供导向
非开挖定向钻施工方案百度
非开挖定向钻施工方案1. 引言非开挖定向钻是一种无损施工技术，通过使用定向钻机在地下进行土壤钻孔和管道铺设，避免了传统开挖方式对地表和地下管线的破坏。
本文将介绍非开挖定向钻施工方案的基本原理、施工流程以及应用领域。
2. 基本原理非开挖定向钻施工是基于下述原理进行的：•定向钻机：定向钻机是一种专门设计用来进行地下钻孔和管道铺设的设备。
定向钻机能够实现在地下水平、垂直或斜向进行钻孔，以及将管道铺设在钻孔中。
•钻头和导向：定向钻施工过程中，钻头作为工具的核心部分，能够钻入地下并取得必要的数据。
导向工具则帮助控制钻头的方向，确保钻孔的准确性和稳定性。
•压力和推进：钻孔过程中，定向钻机通过施加适当的压力和推进力来推动钻头向前推进。
这样一来，钻头能够顺利移动并在地下形成钻孔。
3. 施工流程非开挖定向钻施工的一般流程如下：1.方案设计：在进行非开挖定向钻施工之前，需要进行详细的方案设计。
这包括确定钻孔的位置、方向和长度，选择适当的钻头和导引工具，以及制定安全措施。
2.钻孔准备：在实际施工前，需要进行钻孔准备工作。
这包括在施工区域进行勘探，获取地下情况的相关信息，并清理地表以便进行钻孔。
3.钻孔施工：施工人员将定向钻机放置在施工区域开始进行钻孔。
根据设计方案，他们将操作定向钻机使钻头进入地下并逐渐向前推进，形成钻孔。
4.管道铺设：钻孔完成后，施工人员会通过钻孔将管道引入地下。
在钻孔过程中，他们会使用导向工具来确保管道的准确铺设，并进行必要的连接和固定。
5.完工验收：施工人员会对施工后的钻孔和管道进行检查和验收。
他们会确认钻孔的准确性和质量，并测试管道的可靠性和流量。
4. 应用领域非开挖定向钻施工广泛应用于以下领域：•地下管道铺设：非开挖定向钻施工可以用于铺设各种类型的地下管道，包括自来水管道、天然气管道和电缆管道等。
相比传统的开挖方式，非开挖定向钻可以减少对地表和周边环境的破坏。
•基础施工：在建筑和桥梁等基础施工中，非开挖定向钻可用于进行土壤勘探和采样，从而提供基于地下情况的施工设计和建议。
非开挖技术（顶管技术）
4.3.2.6非开挖技术（顶管技术）施工非开挖技术施工优点：非开挖技术在不稳定及饱和土层中以最小的破坏和最大的保护环境等方面解决了城市施工中的难题，并在应付最恶劣的地下土壤条件中有丰富的经验，任何地方都能提供最经济、准确、齐全、快速而可靠的解决问题的方法。
4.3.2.6.1作业前工作1.技术准备1.1定向钻铺管施工前应进行工程勘察。
工程勘察应符合《岩石工程勘察规范》GB50021、《岩石工程勘察规范》DBJ13-84和《城市地下管线探测技术规程》CJJ61的规定。
1.2地下管线复查并在地面上做出标记。
1.3根据地下管线复查结果调整钻孔设计轨迹。
1.4选定出、入钻点，开挖出、入钻工作沟。
1.5绘制出详细的地下管线勘察成果图，作为钻孔轨迹设计的依据。
1.6入钻点和出钻点的选取：根据设计要求，入钻点宜设在行人车辆稀少且有足够空间摆放设备处，出钻点则宜设置在能够摆放管材、方便拖管的另一端。
1.7钻孔轨迹设计要求根据取得地下管线勘察成果、现场地形地貌和周边环境信息。
钻杆最小弯曲半径等技术资料。
其中钻孔轨迹参数包括入钻角ai、出钻角ao、入钻造斜段Li、中间水平段L´、出钻造斜段Lo、钻孔深度H等。
1.8编制施工方案，准备好相关的施工记录表。
2.现场施工负责任向进入施工范围内所有人员详细交代本次施工作业内容、进度要求、特殊项目施工要求、作业标准、安全注意事项、危险点及控制措施、危害环境的相应预防控制措施、人员分工并签署（班组级）安全技术交底。
3.现场施工负责人办理相关的工作许可手续，开工前做好现场施工防护围蔽警示措施；夜间施工的须有足够的照明。
4．现场施工负责人检查所有工作人员是否正确使用劳保用品及着装按安规规定佩戴统一的安全帽、统一佩戴有个人相片的作业证（或胸卡证）、穿着统一的工作服，并带领施工作业人员进入作业现场。
4．3．2．6.2导向孔施工1．导向孔施工应按事先设计好的钻孔轨迹进行导向施工，并做好导向孔施工的记录。
水平定向钻施工工艺
一、非开挖技术发展历史、现状和未来 发展趋势 非开挖技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的作用。 非开挖技术的发展必将向规模化、规范化、国际化的方向发展。
二、非开挖技术分类
非开挖施工方法按其用途可分为新管铺设和管线修复两大类。
四、水平定向钻施工工艺
（6）从既有地下管线下部交叉敷设时，垂直净距应符合下列规定： 1)黏性土地层应大于扩孔直径的1倍； 2)粉土地层应大于扩孔直径的1.5倍； 3)砂土地层应大于扩孔直径的2倍； 4)小直径管道(D1＜110mm)垂直净距不得小于0.55m。
（7）采用水平定向钻法敷设燃气管道时，管道与建(构)筑物或相邻管道之间的水平和 垂直净距应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB 50028的有关规定。
四、水平定向钻施工工艺
四、水平定向钻施工工艺
2、地下管线探测：城市地下管线资料残缺不全，有的资料精度不高或与现状不符 等问题，以致影响地下管线规划建设的科学性和在工程建设过程中挖断、挖穿地下 管线的事故时有发生。地下管线探查是通过现场调查和不同的探测方法探寻各种管 线的埋设位置和深度。 地下管线探测应根据管道穿越工程的规划、设计、施工和管理部门的要求，按现行 行业标准《城市地下管线探测技术规程》CJJ 61的有关规定执行： 地下管线探测应查明拟穿越区域建(构)筑物的结构类型、荷载类型、基础类型。 地下管线探测的范围应覆盖管线工程敷设的区域，穿越路由周围不应小于管径的3 倍，且不应小于3m。 既有地下管线探测后，应通过地面标志物、检查井、闸门井、人孔、手孔等进行复 核。
四、水平定向钻施工工艺
水平定向钻法敷设的管道与建筑物或既有地下管线的距离应符合CECS382:2014的规定： （1）当敷设在建筑物基础上方时，与建筑物基础的水平净距不应小于1．5m； （2）当敷设在建筑物基础下方时，与建筑物基础的水平净距应大于持力层扩散角范围， 扩散角不应小于45°； （3）在建筑物基础下敷设管线时，应经过验算后确定深度； （4）与既有地下管线平行敷设时，管道外径大于200mm时，净距应为最大扩孔直径的2 倍以上；管道外径小于200mm时，净距不应小于0.6m； （5）从既有地下管线上部交叉敷设时，垂直净距应大于0.6m；如在淤泥质地层中穿越， 垂直净距应大于1.0m；
非开挖施工技术简介
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• 按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、以及其他管材的顶管。
• 按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管和曲线顶管。
项管技术的发展方向
1. 长大距离顶管：普通顶管一般距离≤100m，无中继环，（现在某些专 家认为可能提高到300m），长距离顶管﹥100m，长大距离﹥1000m 。
2. 大管径顶管：过去一般认为顶管最大直径为3m。现在日本、德国等国 顶管管径可达4～5m。
4. 盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。 5. 盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的施工；
顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。
顶管
盾构
定向钻
水平钻机
夯管锤
工法特点 （优点）
顶进精度高，方向控 制精度可达5cm之内
适用于大口 径隧道
施工速度快
施工速度快
施工速度快、成 本低
• 按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离）分：普通 距离顶管和长距离顶管。顶进距离长短的划分目前尚无明确规定，过去 多指100m左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜，可把500m 以上的顶管称为长距离顶管。
• 按顶管机的类型分：手掘式人工顶管、挤压顶管、水射流顶管和机械顶 管（泥水式、泥浆式、土压式、岩石式 ）。手掘式顶管的推进管前只是 一个钢制的带刃口的管子（称为工具管），人在工具管内挖土。掘进机 顶管的破土方式与盾构类似，也有机械式和半机械式之分。
顶管法施工特点：
1. 适用于软土或富水软土层； 2. 无需明挖土方，对地面影响小； 3. 设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快； 4. 适用于中型管道（1.5～2m）管道施工； 5. 大直径、超长顶进、纠偏困难。
非开挖技术的介绍
Pipe Jacking Process
顶管法施工过程
Auger Boring 螺旋横钻孔机
•Lengths of 12 - 150 m 施工长度：12－150米
•Diameters of 200 - 1500 mm 管径：200－1500毫米
•Applications: 应用 •relatively short crossings of pipes and conduits 短距离的管道施工
爆管法的过程 （气动工法)
Microtunneling 微型隧道法
•Lengths of 25 - 225 m 施工长度：25－225米 •Diameters of 250 - 3050 mm 管径：250－3050毫米
•Applications: 应用 •gravity sewer installations 下水管道的安装
Costs of Open Cut Pipe Replacement
开沟更换管道的成本
Pavement saw-cutting
开凿路面
Excavation 挖沟 Trucking spoil and dump fees 运土费和倒土费用 Backfill and transport
管道扫描和评估
• Methods include: 方法有： – Closed-circuit television (CCTV) 闭路电视 – Radar 雷达 – Sonar 声纳 – Eddy currents 涡流 • Applications: 应用 – inspection of infrastructure systems to gain a “snap-shot” of pipe condition 检查基 础管道设施的状况
非开挖水平定向钻机技术介绍及其工作原理
一、非开挖技术简介
非开技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维修、更换或者探测的一门施工技术。
非开挖施工应用了定向钻进技术的原理，极大地降低了地下管线施工对交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响，成为现代城市技术设施施工、建设、管理的一个重要组成部分。
非开挖施工开始于1896年的美国，兴起于上世纪80年代发达国家并形成产业，我国于1953年首次在北京应用非开挖技术施工，上世纪90年代开始起步，近年来发展迅速。
目前在石油天然气、城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热等管道铺设与维护领域得到了广泛应用。
二、非开挖水平顶钻机的工作原理和施工程序主要分为下面三个步骤：
1、钻头、钻杆钻进
固定设备后，按照设定的角度，在动力头的作用下，钻头带动钻杆旋转前进，并在导向仪的控制下，按照施工要求的深度和长度进行钻进，穿过地面障碍物后，穿出地面。
在钻进的过程中，为防止钻杆被土层夹紧、抱死，需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥或泥浆，同时也起到固化通道，防止管道塌陷的作用。
钻杆钻进示意图
2、回扩头回扩
在钻头带着钻杆穿出地面后，卸掉钻头，将回扩头于钻杆安装固定，动力头回拖，钻杆带着回扩头反向回拖，扩大管道直径尺寸。
回扩示意图
3、管道回拖
在回扩头回拖的同时，将管道固定在回扩头后，动力头拖动钻杆，带着回扩头和管道同时进行反向回拖运动，直至将管道拖出地面，完成管道铺设施工。
管线回拖示意图。
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Microtunneling Process
微型隧道法施工过程
Pipe Jacking 顶管法
• Lengths of up to 490 m have been achieved 施工长度可达490米
• Diameters of 1060 - 3050 mm 管径介于1060－3050毫米
• Applications: 应用 – large diameter gravity sewers and force mains 大型下水管道和压力管道
Pipe Jacking Process
顶管法施工过程
– Added undesirable long term operational costs to the City of Nanaimo
给这个城市增加了一些额外的长期营运成本
• Cost Estimated at $5.2 million 成本估算约5.2百万美元
Pipe Bursting Researched as a Possible
在3-6米的粘沙土层施工难度大；地下水位高；会影 响三文鱼栖息地的生态
– Additional right-of-way would be required
需要额外的管位
• Cost Estimated at $5.1 million 成本估算约5.1百万美元
Pumped Option 泵站方案
• Advantages 优点
Rehabilitation Techniques
管道修复技术
Lining of Pipe 内衬法
Robotic Spot Repair 机器人现场修复
Pipe Scanning & Eval. 管道扫描和评估
Lining of Pipe 内衬法
•Lengths of up to 1000 m 施工长度可达1000米 •Diameters of 100 - 1500 mm 管径介于100－1500毫米 •Cost varies by method 成本因方法而异 •Applications: 应用
HDD Process 水平定向钻进过程
HDD Process 水平钻进定进过程
Hale Waihona Puke Pipe Bursting 爆(裂)管法
Static Head 固定式裂管头
• Lengths of 100 - 900 m
施工长度：100－900米
• Diameters of 75 - 1060 mm
管道直径：70－1060毫米
• Parallel the existing gravity trunk sewer with a new gravity trunk sewer
将新下水管与旧下水管平行安放
• Construct a series of 5 new pumping stations and pump to adjacent sewerage area
• Minimal disruption of traffic
最小的交通干扰
• Year round construction 全年可以施工 • Improved safety 安全性改善 • Reduced landscape damage
减少对周围物景的损坏
• Minimal disturbance to local business 对周围的商业环境影响少 • Improved construction productivity 改善施工的效率 • Can access otherwise inaccessible areas 在难以进入的区域也可施工
INTRODUCTION TO TRENCHLESS TECHNOLOGY
非开挖技术的介绍
By Samuel T. Ariaratnam, Ph.D., P.E. Arizona State University, USA
Traditional Methods
传统的方法
• First suited for “gre enfield” 适用于未发展区域
•relining of water, sewer, and natural gas lines 供水管，下水管和天然 气管道的内衬
Lining of Pipe 内衬法
Cured-In-Place 软衬法
Fold and Form 折叠内衬法
Segmental Sliplining 分段插管法
CIPP Lining of Pipe 软衬法
需要设置5个新泵站，把污水泵送到邻近排污系统
Parallel Trunk Sewer 平行管道方案
• Advantages 优点
– Maintains gravity flow 维持重力流动
• Disadvantages 缺点
– Construction in silty sand to clayey material 3 to 6 metres deep with high groundwater in close proximity to Millstone River, a highly sensitive Coho salmon habitat stream.
Pipe Jacking 顶管法 Auger Boring螺旋钻进法
Horizontal Directional Drilling
水平定向钻进法
• Lengths of 15 - 1800 m 施工长度：15－1800米
• Diameters of 25 - 1200 mm 管径25－1200毫米
下水管道扫描和评估技术
TWO CASE HISTORIES 两个例子
Pipe Bursting 爆管法 Horizontal Directional Drilling
水平定向钻进法
Pipe Bursting of the Millstone
Sanitary Trunk Sewer
爆管法的里程碑
Alternatives 方案比较
Compaction 压实 Concrete or asphalt
重铺水泥和沥青
Traffic control交通管制
New Construction Techniques 新技术
H.D.D.水平定向钻进法 Pipe Bursting 爆(裂)管法
Microtunneling 微型隧道法
business, and other activities.” 无开挖技术就是采用各种方法，
材料，设备来铺设，更换或修复地下公用设施而能做到最小限度地扰民 碍市
- North American Society for Trenchless Technology 北美无开挖技术协会
Why Trenchless? 为什么要无开挖？
Costs of Open Cut Pipe Replacement
开沟更换管道的成本
Pavement saw-cutting
开凿路面
Excavation 挖沟 Trucking spoil and dump
fees 运土费和倒土费用 Backfill and transport
回填和运输费用
– Minimizes environmental impacts as pump stations and forcemains for the most part would be constructed in existing right-of-ways.
对环境扰动小
• Disadvantages 缺点
Auger Boring 螺旋横钻孔机
•Lengths of 12 - 150 m 施工长度：12－150米
•Diameters of 200 - 1500 mm 管径：200－1500毫米
•Applications: 应用 •relatively short crossings of pipes and conduits 短距离的管道施工
Alternative 爆管法作为可能的另一选择
• Low tech – little change over past 50 yrs.
技术含量低，近50年没有多大改进
• Level of planning & implementation basic
对计划与实施手段的要求低
• “Non-greenfield” – surface disruptions, underground utilities 在市区施工， 对地面上的物景
• Applications: 应用 – utility conduits 市政工程 – Pipelines 管道设施 – gravity sewers 下水管道 – force mains 压力管道
– horizontal remediation wells 治理污染的水平管群
– geotechnical investigations地质调查
爆管法的过程 （ 固定裂管工艺)
Pipe Bursting Process(Static Cont.)
爆管法的过程 （固定裂管工艺) 续
Pipe Bursting Process(Pneumatic)
爆管法的过程 （气动工法)
Microtunneling 微型隧道法
•Lengths of 25 - 225 m 施工长度：25－225米 •Diameters of 250 - 3050 mm 管径：250－3050毫米
• Applications: 应用
– inspection of infrastructure systems to gain a “snapshot” of pipe condition 检查基础管道设施的状况