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非开挖技术是指利用各种岩土钻掘设备和技术手段在地表不开挖沟槽的条件下,铺设、修复或更换地下各种管线而能做到最小限度的不扰民、碍市、破坏地表环境的一类新技术的统称。与传统的开挖铺设地下管线的施工方法相比较,非开挖技术具有不阻断交通,不污染环境,不扰民,不破坏已有地下建筑物,施工周期短,综合成本低,施工安全性好等诸多优点。尤其适合于穿越街道、公路、铁路、河流、建筑物以及在闹市区、古迹保护区、绿化带等不宜或根本无法进行开挖作业的地方。也可广泛的应用于石油、天然气、供排水、煤气、热力、电信、电力等领域的地下管线施工。此外,非开挖技术还应用于水平降排水工程,隧道工程,环境治理工程等领域,非开挖技术是地下管线施工的一场技术革命。
本学位论文在查阅大量有关非开挖技术的文献、研究报告以及工程实录的基础上,首先,针对目前在工程中应用较多的几种非开挖技术,对其工艺原理、适应范围及优缺点进行了分析;再重点对工程施工中经常遇见的、具有普遍意义的两类疑难问题进行了理论分析,并结合实例进行了应用性研究。通过研究,取得了如下研究成果:
(1)导向钻进技术在复杂流砂地层中的非开挖工艺与应用研究。在沉积砂层介质中钻进,由于颗粒之间缺乏胶结或胶结较差,钻进时孔壁很容易坍塌,淤埋成孔,或难以成孔。特别是在铺设钢性大直径管道,一般采取成孔后,第二造斜段开挖为工作坑,然后进行水平管道焊接,钻机拖拉铺设管道的工艺等,如此施工过程,容易造成泥浆流失,使地层失去压力平衡,并导致孔壁容易坍塌。针对以上原因,本论文进行了系统分析,获得了初步认识,即对砂层或流砂地层钻进时,应采用适宜的优质泥浆、设计合理的钻孔轨迹、减少工作坑的开挖深度,这样能成功地进行管道铺设。
(2)贯通式气动潜孔锤反循环钻进工艺在破碎灰岩地层中的应用研究。工程中使用常规的泥浆循环成孔工艺在灰岩地层钻进,主要存在钻进效率低、泥浆护壁困难等技术问题。这是起因于破碎灰岩地层的工程岩组特性。一般而言,灰岩地层,裂隙发育,岩层比较破碎,在钻进过程,泥浆严重漏失,孔口几乎不返浆,钻头寿命短,施工成本增加。本论文通过对贯通式气动潜孔锤技术的应用研究认为,可以在改变碎岩原理的基础上,由回转钻进的剪切磨削岩石改变为冲击碎岩,钻进速度快,钻头寿命长;而且,采用气举反循环钻进,钻机转速低,对孔壁扰动小,外平钻杆,能减少卡钻现象,也能减少铺管回拖孔壁阻力,因此,可以解决此类地层中非开挖技术上的孔壁坍塌、钻进困难的问题,提高施工效益。