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　　１、凱斯60系列定向鉆機(jī)構(gòu)造及工作原理
　　凱斯60系列定向鉆機(jī)是凱斯公司向公用設(shè)施建設(shè)提供的一種新的施工方法，它為告別在馬路、人行道下安置管道需要開挖道路或在河流段安裝管道需要空架或沖槽等舊方法，提供了嶄新且有效的手段。

　　1.1凱斯水平定向鉆機(jī)的工作原理
　　先用鉆頭在馬路、人行道或河流底下實施鉆孔。操作人員利用控向儀傳回的鉆頭在地下情況數(shù)據(jù)(如：鉆頭位置、深度)，在地面上操作鉆機(jī)來控制鉆頭在地下的方向，使鉆頭繞開地下原有的公用服務(wù)設(shè)施管線順利鉆出地面。鉆子L完成后，利用回擴(kuò)器對原孔道進(jìn)行再擴(kuò)大，同時鉆桿就可拖拽著與回擴(kuò)器相連的電纜或其它管道沿原孔道拉回，便可完成地下管線的敷設(shè)工作。施工全程無需破壞路面，或進(jìn)行水下作業(yè)，起到了減少工程成本、提高效率、改善環(huán)境的效果。

　　1.2凱斯整體優(yōu)化鉆機(jī)
　　為了適應(yīng)迅速發(fā)展的非開挖施工需求和工程承包商對設(shè)備越來越高的品位要求。鉆機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)集中在四大部分：采用六缸發(fā)動機(jī)作為主動力、動力頭倍力推拉驅(qū)動系統(tǒng)，鉆進(jìn)／回拖和扭矩的液壓系統(tǒng)各自獨立、多方位采用優(yōu)化技術(shù)，給用戶一個全新概念的定向鉆機(jī)。

　　1.2.1六缸發(fā)動機(jī)作為主動力，提供強(qiáng)勁的后備能力
　　凱斯公司的6030鉆機(jī)采用六缸發(fā)動機(jī)，作為這一級別定向鉆機(jī)的主動力。六缸發(fā)動機(jī)提供了充足的后備功率，13．6t的鉆進(jìn)／回拖力是同檔機(jī)中最高的。凱斯的這一設(shè)計理念，相信在不久的將來會成為同行效仿的對象。

　　1.2.2倍力推拉驅(qū)動系統(tǒng)，輸出高效率的鉆進(jìn)動力凱斯6010和6030定向鉆機(jī)分別可以輸出驚人　　的11500磅和30000磅的鉆進(jìn)回拖力，突破了傳統(tǒng)鉆機(jī)性能級別的限制。高效率的推拉是通過配備享有專利的凱斯倍力推拉系統(tǒng)實現(xiàn)的。倍力推拉系統(tǒng)以獨特的結(jié)構(gòu)，增加了雙倍的承載能力，籍此降低施工者的風(fēng)險，各主要部件的載荷降低50％，延長了推拉鏈條的壽命和提高設(shè)備的可靠性。

　　1.2.3鉆進(jìn)／回拖、扭矩液壓系統(tǒng)獨立
　　傳統(tǒng)定向鉆機(jī)在鉆邊回拖和扭矩的輸出上都采用一套液壓系統(tǒng)，帶來的隱患是，當(dāng)工程需要扭矩和回拖力同時達(dá)到最大時，一套液壓系統(tǒng)就不能提供充足的出力。凱斯60系列鉆機(jī)將這一部分改為兩套獨立的液壓系統(tǒng)后，可以分別提供鉆進(jìn)／回拖和扭矩需要的動力，這是同類鉆機(jī)中唯一的。兩套液壓油路鉆機(jī)工作時，鉆劃回拖、扭矩力均可以同時達(dá)到最大，并始終保持這一工作狀態(tài)。

　　1.2.4整體優(yōu)化提升，以人為本，為操作者提供最大的便利
　　凱斯對60系列鉆機(jī)的整體優(yōu)化提升，不僅體現(xiàn)在施工抗風(fēng)險能力的提高。同時也兼顧操作者使用機(jī)器時的舒適、方便、易維護(hù)。根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)計的操作椅，全天候的電子控制面板，降低操作人員的工作強(qiáng)度；上掀式整體機(jī)罩方便保養(yǎng)、維修；多孔位錨樁機(jī)構(gòu)，分類后支撐定位，遇復(fù)雜地形依然可以穩(wěn)固鉆機(jī)：這樣的優(yōu)化性提升在設(shè)備中還有多處。

　　2.凱斯6030定向鉆機(jī)在黃浦江工程中的應(yīng)用

　　2.1機(jī)型的確定
　　中國海底電纜建設(shè)公司(簡稱：海纜公司)最近承接上海信息(網(wǎng)絡(luò))港，自北向南從黃浦江底埋設(shè)光纜的項目。由于黃浦江米市渡口通訊光纜是保證松江與上海市區(qū)電信通訊聯(lián)絡(luò)順暢的最關(guān)鍵樞紐，而且地理條件特殊，根據(jù)工程要求，海纜公司與凱斯定向鉆機(jī)中國總經(jīng)銷商一美國十方國際公司的技術(shù)人員共同分析，最終確定使用凱斯6030水平定向鉆機(jī)作為項目的施工設(shè)備。凱斯6030的六缸發(fā)動機(jī)作為主機(jī)動力，儲備了充足的后備支持功率；倍力推拉驅(qū)動系統(tǒng)的抗拉能力，比普通設(shè)備高一倍；鉆放回拖和扭矩的動力輸出獨立，液壓系統(tǒng)互不干擾；這些優(yōu)勢是完成這一挑戰(zhàn)性工程的有力保障。

　　2.2配套設(shè)備的確定
　　定向鉆施工除主機(jī)外，主要配套設(shè)施，包括如控向儀、泥漿系統(tǒng)以及泥漿、鉆具的選配都是需要根據(jù)工程的實際情況來確定的。

　　2.2.1控向儀
　　米市渡口工程距離長，深度落差大，海纜公司專門訂購了美國DCI公司的MARKIV型有線控向儀。有線控向儀主要由信號棒、遙顯儀、探測儀、信號傳輸線組成。信號棒裝在特制的無磁鉆具體內(nèi)，傳輸線與信號棒連接，向鉆進(jìn)控制臺傳輸控向參數(shù)(傾仰角、旋轉(zhuǎn)方位、溫度等，不能提供深度信號)。有線控向參數(shù)不受空間電磁波的干擾。適合長距離穿越。DCI公司的MARIV型有線控向儀是對無線控向模式的技術(shù)改良，控向能力在小型控向儀中首屆一指(深度43m，距離用0m)。信號棒需要的能量通過電纜從鉆機(jī)獲得，保證不間斷進(jìn)行長距離穿越的需要。十方公司和凱斯公司為米市渡口工程，特別從美國聘請了DCI公司的控向?qū)＜襇r．?Joezeck專程到現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。十方公司派兩名非開挖方面的專職工程師現(xiàn)場協(xié)助工作。

　　2.2.2凱斯泥漿系統(tǒng)
　　針對黃浦江穿越距離長，泥漿用量大，海纜公司訂購了兩套凱斯BPM335泥漿混配系統(tǒng)。泥漿配置效果直接影響鉆進(jìn)時成孔質(zhì)量，而泥漿的固體顆粒遇水后容易結(jié)塊，不能充分水化的特性，困擾了鉆機(jī)生產(chǎn)商和用戶。凱斯水平定向鉆機(jī)泥漿系統(tǒng)的混配方式，設(shè)計為前剪切混配，即在泥漿顆粒入水前，對其充分切碎，增加顆粒接觸水的面積，減少顆粒相互沾粘成團(tuán)，泥漿顆粒進(jìn)入泥漿罐后，被抽吸式循環(huán)系統(tǒng)直接送人泥漿罐，進(jìn)行360。攪拌，獲得最好的混配效果。凱斯泥漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，非常方便于野外施工的搬遷。
????定向鉆施工需要用大量的泥漿，泥漿在定向鉆進(jìn)工藝中的作用，被比喻為“人體的血液”。它對孔道起到潤滑、固壁、清理的作用，同時循環(huán)冷卻信號棒，保證信號棒的正常工作溫度。凱斯提供十幾種泥漿產(chǎn)品，為用戶在普通地層和復(fù)雜地質(zhì)制備有效的泥漿提供途徑。適用于沙層的凱斯高效硼潤土、用于沙土層的“一步法復(fù)合型硼潤土”，十多種凱斯泥漿添加劑，可以配置成不同的泥漿液，用于耕土、沙土、沙礫土和巖層成孔用。由于泥漿的種類很多，如何使用卻因地而異。所以施工前對施工段的土質(zhì)狀態(tài)應(yīng)當(dāng)充分了解，才能確定恰當(dāng)?shù)哪酀{配比。

　　3.凱斯6030水平定向鉆機(jī)穿越黃浦江工程的施工過程

　　3.1工程施工準(zhǔn)備過程
　　米市渡口的地質(zhì)和上海大多數(shù)地區(qū)一樣，屬于沖擊平原級土層，因此泥漿以化學(xué)聚合物為主。再考慮到穿越距離長，為防止融土包裹鉆具，所以在化學(xué)聚合物中，按比例配專用的凱斯防糊鉆液，可進(jìn)一步降低孔道中的阻力。雖然地質(zhì)資料表明米市渡口的土質(zhì)為教土，但黃浦江歷史久遠(yuǎn)，江底情況復(fù)雜，遠(yuǎn)非一份地質(zhì)報告能夠完全表述。為此，現(xiàn)場還預(yù)備了凱斯專用的高效硼潤土以及配合使用的凱斯其它輔助添加劑，為土質(zhì)變化準(zhǔn)備了應(yīng)急措施。
　　米市渡口段的工程要求光纜埋設(shè)長度為360m，以吳礎(chǔ)口為“曠伎水平面，向下埋深24m，光纜距河床底部最低點6m。出、入口分別距離江岸50m。敷設(shè)三根由43硅心管。這個工程的主要難度即特點在于：①出、人土點的光纜位置與最底部的高落差(24m)；②施工段位于航運繁忙的水道上，水急船多；③在260米寬的江面下鉆進(jìn)時，大約有一百多米江中心的水面上不能進(jìn)行控向探測。根據(jù)這些實際情況，十方和海纜公司的技術(shù)人員有針對性地制定了施工方案。
　　施工分為四階段：第一階段入射改平，這一段的鉆進(jìn)深度要達(dá)到24m左右。水平距離不少于130m，并形成一個改平拐點；第二階段改平鉆進(jìn)，在拐平拐點處保持方向，完成江底的水平穿越，穿越距離約120m左有，深度距河床6m；第三階段向上出土，完成向上的方向調(diào)整，保證在預(yù)定的出土點；第四階段回拖，根據(jù)施工條件的限制，采用一次性擴(kuò)孔回拖，置人埋設(shè)的管材。

　　3.2工程的實地實施過程
　　在做了充分的準(zhǔn)備工作后，開始第一階段的鉆進(jìn)。裝備了無磁鉆桿的第一根鉆桿以20。的大入射角插入地表，在同一角度下，連續(xù)鉆進(jìn)四十三根鉆桿后，鉆進(jìn)深度到達(dá)水下25m處，鉆進(jìn)長度132m。從江面上看，在這里已經(jīng)無法進(jìn)行控向，在設(shè)計方案中要施工的第二階段；司鉆手采用三根鉆桿累計變化，形成了一個比較大的拐點后，進(jìn)入改平鉆進(jìn)，司鉆手在沒有深度信號的情況下，依靠控向系統(tǒng)提供傾仰角、轉(zhuǎn)向舵面參數(shù)，保持鉆板在地下處于360。旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，控制水平前進(jìn)方向，在水平定向鉆穿越中，這一方式叫“百鉆”。鉆完第八十九根鉆桿后，司鉆手將鉆板停留在十二點鐘的位置，開始進(jìn)行第三階段的操作。連續(xù)對八根鉆桿進(jìn)行角度調(diào)整，使鉆板保持斜直線向上，水平方向要完成一百一十米左右的穿越距離；二月二十日鉆板終于在離原定的出土點不到半米處出現(xiàn)，雖然出土點未能與預(yù)定點完全重合，但這一距離的誤差在估計范圍內(nèi)。
　　由于埋設(shè)的三根HDPE硅心管總集束后的直徑不超過90mm，所以可采用一次性目擴(kuò)回拖?？紤]到回拖孔道長，拐點彎度大，要防止在拐點處卡管。加擴(kuò)器采用流道式，規(guī)格大于管材直徑兩倍以上。操作時遵循慢轉(zhuǎn)慢拖，大泥漿流量注射，孔道內(nèi)泥漿充盈，保證回擴(kuò)器一次性成子L效果和排屑。卸下裝有鉆板的無磁鉆體后，裝上預(yù)擴(kuò)接桿器，須擴(kuò)接桿器再接上回擴(kuò)器，回擴(kuò)器后接上回轉(zhuǎn)器?；赝锨皩⒐懿目谟媒饘俣骂^密封好(為了防止泥漿流人)，把集束管的前端捆扎住與回轉(zhuǎn)器鉤連，然后將管線回拖到位，整個工程完成。