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Principio de perforación direccional horizontal sin zanja

Septiembre 7, 2021

La moderna tecnología de construcción sin zanjas se originó en Japón, el Reino Unido y los Estados Unidos a finales de la década de 1960. Debido a sus ventajas técnicas, ha sido ampliamente promovido en todo el mundo. en 1986, la Asociación Internacional de Tecnología sin Zanjas (ISTT) se estableció en Londres. -Sociedad Internacional para la Tecnología sin Zanjas). Las técnicas de construcción sin zanja incluyen principalmente la construcción de perforación direccional horizontal y la construcción de martillo neumático, y los dos métodos de construcción tienden a combinarse. El método de construcción del martillo neumático se puede dividir en tecnologías como la perforación neumática con lanza., método de tubería de apisonado, y método de tubería rota.
La tecnología de construcción sin zanja es un método de construcción para la colocación, reemplazar y reparar tuberías subterráneas sin excavar la superficie. En comparación con los métodos de excavación tradicionales, no tiene ningún impacto en el tráfico, sin daños en las instalaciones de superficie, y período de construcción. Corto, costo de construcción bajo, operación conveniente, beneficios sociales significativos, etcetera., especialmente para situaciones que necesitan ser subterráneas profundas, hay obstáculos en la superficie, y los accesorios de tierra son difíciles de reparar. En la actualidad, es ampliamente utilizado en el cruce de carreteras, ferrocarriles, Edificios, ríos, y oleoductos para la administración municipal, abastecimiento de agua, gas, electricidad, telecomunicaciones, Aceite, gas natural, etcetera., se colocan, actualizado y reparado en áreas urbanas y sitios históricos.
Debido a la investigación anterior sobre la tecnología de construcción sin zanjas en el extranjero, se ha formado una variedad de productos. Los fabricantes representativos incluyen Vermeer, DitchWitch, y Mchlaughlin en Estados Unidos, MTM y POWERMOLE en el Reino Unido, y ESSIG en Alemania. Y la empresa TRACTO-TECHNIK y la empresa Terra de Suiza.
El desarrollo y la investigación de la tecnología y el equipo de construcción sin zanjas en China comenzaron relativamente tarde.. A finales de la década de 1980, debido al creciente número de proyectos que no permitieron la excavación y tendido de tuberías subterráneas, y el desarrollo de las principales ciudades’ proyectos de reconstrucción y ampliación, comenzaron Introdujeron varios tipos de equipos de construcción sin zanja, promovió el desarrollo y la investigación de la tecnología y el equipo de construcción sin zanjas de China, y estableció la Asociación de Tecnología sin Zanjas de China. El desarrollo de la tecnología sin zanjas en China es muy rápido. en 2004, el valor de salida de la ingeniería sin zanjas y la entrada de equipos alcanzó una tasa de crecimiento de 40-50%. La tasa nacional de equipos ha aumentado significativamente, y la tasa de localización de algunos equipos ha alcanzado 90%, el valor de la producción anual supera 3 mil millones de yuanes.

Me. Método de construcción de la plataforma de perforación direccional horizontal

El método de construcción de la colocación de tuberías de perforación direccional horizontal es el siguiente: utilizando un taladradora direccional horizontal, primero perfore un agujero piloto más pequeño, A continuación, quite el bit piloto, Reemplace la broca de escido para escerido inverso, y al mismo tiempo tirar de la tubería que se colocará en el taladro Dependiendo de la capacidad de la plataforma de perforación y el diámetro de la tubería que se colocará en el orificio., A veces es necesario volver a esconar el orificio dos o más antes de colocar la tubería. El método de construcción es como se muestra en la siguiente figura.
Método de construcción de la plataforma de perforación direccional horizontal
El lado izquierdo de la figura es un diagrama esquemático de perforación direccional horizontal para perforación de agujeros piloto, y el lado derecho de la figura es un diagrama esquemático de escido y tendido de tuberías. La perforación direccional horizontal tiene un sistema de perforación controlable que puede realizar perforación direccional. A través de la rotación del varilla de perforación y una broca de cuña especialmente diseñada, El proceso de perforación direccional se puede controlar en tres dimensiones. El principio es: cuando el proceso de perforación necesita cambiar la dirección, el varilla de perforación deja de girar, y la superficie de cuña de la broca de cuña se fija a la correspondiente La dirección de perforación se puede cambiar empujando el varilla de perforación adelante. Datos importantes como la posición de la broca, la inclinación de la broca y el suelo, y el ángulo de la superficie de la cuña se transmite al instrumento receptor en el suelo a través de un detector electromagnético. La broca en forma de cuña que alcanza el punto objetivo se reemplazará con un escariador cónico. Cuando el varilla de perforación se retira, el orificio se ampliará al diámetro requerido y se traerá la tubería. El bit escariador se muestra en la siguiente figura, que puede lograr la calidad de la roca y el suelo. Esconando la formación.
Las plataformas de perforación direccional se clasifican en 6.5t, 10t, 12t, 20t, 20t, 150t según diferentes fuerzas de empuje y tracción. Se pueden utilizar para tuberías con un diámetro de 600 mm y una longitud de colocación de tuberías de 350 mm o varios kilómetros.. Para cumplir con los requisitos de colocación de tuberías de diámetros de tubería más grandes y distancias más largas, algunas empresas están estudiando taladros direccionales de mayor tonelaje.
El equipo de perforación direccional es adecuado para la construcción de capas homogéneas. Al perforar en formaciones de grava, es difícil para las plataformas de perforación generales construir. Con el fin de resolver los problemas de construcción mencionados anteriormente, la empresa alemana TRACTO-TECHNIK ha desarrollado un equipo de perforación con función de percusión, que puede aplastar la grava en la perforación, y volver a la cuando se encuentran guijarros grandes durante la expansión, el trozo de escido de roca a la derecha en la figura 2 se puede utilizar.
En la actualidad, Hay muchos métodos maduros para perforar en roca. Entre ellos, La plataforma de perforación direccional horizontal húmeda y seca KSD25 desarrollada por Zoomlion utiliza tecnología de perforación de martillo de percusión neumática para completar la perforación de agujeros piloto de roca dura. . Sin embargo, todavía no hay un nuevo método para escercer en la roca, y todavía se utilizan herramientas tradicionales de perforación de cono, que son de baja eficiencia, severamente desgastado, y alto costo.
Con la actualización de productos, Las plataformas de perforación direccional horizontal se están desarrollando en la dirección de la inteligencia, que puede realizar funciones como la corrección inteligente de perforación, diagnóstico inteligente de fallos, carga y descarga automática de tuberías de perforación, anclaje automático, limpieza automática de lodo y perforación automática.

2. Martillo de impacto neumático y método de construcción

La estructura del martillo de impacto neumático es muy simple. Consiste en un cilindro de pistón, un pistón moviéndose en el cilindro del pistón, y no más de 10 piezas auxiliares. Su principio de funcionamiento es: El pistón de impacto es accionado por aire comprimido y golpea el extremo delantero del cilindro del pistón. La fuerza de reacción del extremo delantero en el pistón hace que todo el martillo de impacto se mueva hacia adelante en la dirección del impacto en la capa de suelo.. Lanza neumática (Topo Cabeza de Martillo), martillo de embestida de tubería (Sistemas de apisonado de tuberías) y martillo de rotura de tuberías (Sistemas de rotura de tuberías) todos se llaman martillos de impacto neumáticos. Los métodos de construcción de los tres martillos de impacto neumáticos se analizarán a continuación..
1. Lanza neumática
El método de construcción de la lanza neumática es: bajo la acción del aire comprimido, el pistón de la lanza neumática realiza un movimiento alternativo, impactando continuamente la cabeza de la lanza, la punta de lanza aprieta el suelo circundante para formar un agujero, e impulsa el cuerpo de la lanza a avanzar en el suelo; A medida que avanza la lanza neumática, La lanza neumática arrastra la tubería con un diámetro pequeño hacia el orificio para completar la colocación de la tubería. Según diferentes condiciones geológicas, Se puede usar una lanza neumática para formar el agujero primero, y, a continuación, la tubería se puede arrastrar hasta el orificio, O bien, la tubería se puede arrastrar al orificio durante la perforación.
La lanza neumática es adecuada para colocar tubos de acero, PEI, PVC, cables y otras tuberías con un diámetro exterior de 30 ~ 150 mm y una longitud de 10 ~ 100 m en una capa homogénea sin agua, como arcilla y marga. La lanza neumática tiene las ventajas de una operación simple, montaje y desmontaje convenientes, fácil mantenimiento, costo de construcción bajo, velocidad de construcción rápida, etcetera., y tiene la función de dirección de movimiento hacia adelante y hacia atrás.
El diámetro de la lanza neumática es de 45 ~ 180 mm, y la fuerza de impacto es de 1.7 ~ 43 toneladas. Con la adición de accesorios, La lanza neumática también es adecuada para embestir en la dirección vertical, como pilotes de cimentación.. También se puede utilizar cuando está equipado con un cono de manga. Uso de manipulaciones.
Generalmente, Las lanzas neumáticas solo pueden lograr perforación lineal, pero la lanza neumática direccional desarrollada por TRACTO-TECHNIK en Alemania también puede lograr la perforación direccional. El método de construcción se muestra en la siguiente figura. La dirección de la lanza neumática direccional está guiada por una guía estándar. El sensor se coloca en la cámara frontal de la lanza neumática para proporcionar información de inclinación y rotación a la pantalla.. El dispositivo de posicionamiento manual en el suelo puede rastrear con precisión la posición de inclinación y profundidad de la lanza neumática. Según la diferente estructura del suelo, el radio de flexión mínimo de la lanza neumática direccional es 27-30 metros.
Método de construcción de lanza neumática
2. Apisonadora de tubos
El método de construcción de la apisonadora de tubería es usar una apisonadora de tubería para embestir directamente la tubería de acero que se colocará en el suelo a lo largo de la ruta diseñada.. Durante la construcción, La fuerza de impacto de la apisonadora actúa directamente sobre el extremo posterior del tubo de ariete, y se transmite al extremo frontal del tubo a través de la tubería de acero para el corte. La capa de suelo, y superar la fricción entre la tubería de acero y el suelo, hacer que la tubería de acero continúe en la capa de suelo, y realizar la colocación sin zanjas de tuberías.
El martillo apisonadora de tubería está conectado con la tubería de apisonamiento por un mandril protector de tubería, y la manga de acero cónico del mandril protector de tubería puede fijar eficazmente el martillo de apisonamiento en la tubería de embestida, de modo que no se necesita ningún marco de soporte. Con la función de retroceso de la apisonadora de tuberías, La apisonadora de tubería se puede sacar fácilmente del mandril de protección de tubería. El método de construcción de la apisonadora se muestra en la siguiente figura..
Método de construcción de apisonadora de tubos
El lado izquierdo de la figura de arriba muestra la apisonadora de tubería firmemente conectada al tubo de ariete con la abrazadera de protección de tubería y colocada en la plataforma de soporte de tubo de ariete. La carga de impacto del martillo del tubo de ariete golpeó el tubo contra el suelo.. El lado derecho de la imagen de arriba muestra la situación en la que se utiliza aire comprimido o agua a alta presión para empujar la placa de presión para empujar el suelo y la roca fuera de la tubería.. La barrena también se puede usar para desenterrar el suelo y la roca en la tubería..
El martillo apisonante tiene un diámetro de 95-600 mm y una fuerza de apisonamiento de 23-2000 Toneladas. Es adecuado para colocar tubos de acero con un diámetro exterior de 50-3500 mm y una longitud de 10-80 m en varias capas de suelo sin grava grande. El método de construcción de apisonadoras de tuberías tiene las ventajas de no necesitar costosos soportes de resistencia., corto tiempo de instalación y ajuste, tecnología simple, pequeña profundidad de construcción, costo de construcción bajo, y velocidad de construcción rápida, y también tiene la función de retiro.
La apisonadora de tubería utiliza energía de impacto dinámico para clavar tuberías de acero en el suelo. La apisonadora de tubería tiende a desviarse de la dirección cuando el estrato cambia o encuentra obstáculos. La dirección de perforación es incontrolable, y la precisión de la pista es baja. No es adecuado para formaciones de grava a gran escala. uso.
3. Interruptor de tubería
El método de construcción del martillo de rotura de tubería neumático es reventar la tubería antigua original con un martillo de rotura de tubería y volver a poner la nueva tubería.. La tubería recién colocada puede ser igual o mayor que la tubería antigua original. El diagrama del principio de construcción es el siguiente.
Método de construcción de martillo de rotura de tubería neumático
Cuando la tubería tiene grietas longitudinales, filtración, deposición de productos, obstrucción, etcetera., El método de tubería rota se puede utilizar para volver a poner la tubería, que es un método de construcción rápido y económico. Las tuberías rotas se actualizan con tuberías viejas hechas de cerámica, hormigón no reforzado, fibrocemento, plástico o hierro fundido.
El interruptor de tubería neumático tiene un diámetro de 130 ~ 600 mm, que es adecuado para el reemplazo de tuberías de aguas residuales, tuberías de drenaje y tuberías viejas como aire y agua. Se puede reemplazar con PVC-u (cloruro de polivinilo insaturado) del mismo diámetro de tubería o diámetro de tubería mayor. , PS-HD (polietileno de alta densidad), Pp (polipropileno) nueva tubería, el diámetro exterior de la tubería es de 150 ~ 1200 mm, y la longitud es de 10 ~ 100m. La construcción de la trituradora de tuberías tiene las ventajas de un equipo simple, baja inversión, costo de construcción bajo, fácil instalación y mantenimiento, y velocidad de construcción rápida, y también tiene la función de retiro.

3. Construcción combinada de taladro direccional horizontal y martillo de percusión neumático

Cuando el taladro direccional horizontal se utiliza para la construcción independiente, a veces es difícil comenzar a perforar, y la tubería de perforación y la tubería se atascan o se atascan por el barro cuando se retiran. El método de construcción combinado de taladro direccional horizontal y el martillo de percusión neumático se usa a menudo para resolver el problema. Los problemas mencionados anteriormente. Colocación de tuberías en rocas, Los guijarros y el suelo de relleno son un problema técnico que enfrenta la construcción sin zanjas. La construcción combinada de taladros direccionales horizontales y martillos de percusión neumáticos es un método efectivo para resolver los problemas de construcción anteriores..
1) Construcción combinada de taladrado direccional horizontal y martillo apisonante
La construcción combinada de la taladro direccional horizontal y el martillo de apisonamiento se puede utilizar para embestir la tubería de arranque antes de que se construya la plataforma de perforación direccional horizontal, ayudar a la taladro direccional horizontal para establecer la tubería, y recuperar las herramientas de perforación y las tuberías de perforación.
1. Embestida en la tubería de arranque para la construcción de la perforación de la plataforma de perforación direccional horizontal
El martillo apisonante puede ayudar a la taladro direccional horizontal para clavar una sección de la tubería en una formación dura, preparar un canal para la circulación del fluido de perforación, y también preparar una sección sin fricción cuando se tira de la tubería hacia atrás.
2. Ayudar a la perforación direccional horizontal para la colocación de tuberías
Conecte la apisonadora de tubería al extremo posterior de la tubería de colocación para aplicar impacto al extremo posterior de la tubería para evitar el taladro direccional horizontal de quedar atrapado por el barro durante el proceso de tendido de tuberías de larga distancia.
3. Recuperar la herramienta de taladrado direccional horizontal
Cuando la perforación direccional horizontal no puede establecer la tubería, Instale la tubería de apisonamiento en la tubería. Cuando se aplica la fuerza de impacto del martillo apisonante a la tubería, Puede ayudar a la perforación direccional horizontal a recuperar la tubería o la herramienta de perforación atascada por el lodo.
4. Ayudar a la perforación direccional horizontal a recuperar la tubería de perforación
Se utiliza un mecanismo de conexión especial para conectar la apisonadora de tubería con la tubería de perforación. La fuerza de impacto de la apisonadora de tubería se aplica a la tubería de perforación, lo que puede ayudar a la perforación direccional horizontal para recuperar la tubería de perforación atascada por el lodo.
5. Construcción combinada de perforación direccional horizontal y martillo neumático de retrocomuesión
Colocación de tuberías en rocas, Los guijarros y el suelo relleno son una dificultad técnica a la que se enfrentan la perforación direccional horizontal y los martillos de percusión neumática, y hay muchos proyectos de este tipo. Ahora, cada vez que se encuentran con tales proyectos, la mayoría de las unidades de construcción optan decididamente por darse por vencidos. Después de unas pocas unidades de construcción equipadas con ciertos equipos de construcción, emprenden tales proyectos., a menudo tienen grandes problemas y es posible que no puedan completarlos sin problemas.. por lo tanto, Investigación y desarrollo lo antes posible Se necesitan urgentemente en el mercado equipos de apoyo que cumplan con los requisitos de construcción de este tipo de proyectos..
El impactador de fondo utilizado en las plataformas de perforación de mina hacia abajo del agujero también es una especie de martillo de impacto neumático. Su tecnología para la perforación en rocas es muy madura y es ampliamente utilizada en operaciones de voladura de minas. De acuerdo con el principio de funcionamiento del taladro hasta el pozo, Se desarrolla un martillo de recirculación neumático para soportar la construcción con un equipo de perforación direccional horizontal. el taladro direccional horizontal proporciona movimiento giratorio, y el martillo de recirculación neumática proporciona energía de impacto. La teoría puede realizar perforaciones en rocas y grava. Y requisitos de construcción de escidos. En la actualidad, empresas como Vermeer en los Estados Unidos y Zoomlion en China están llevando a cabo investigaciones sobre la tecnología mencionada anteriormente.. Este nuevo tipo de martillo neumático de retro-expansión pronto se pondrá en el mercado sin zanjas para cumplir con los requisitos de construcción de los usuarios.. El diagrama del principio de construcción es el siguiente.
El potencial de mercado de la tecnología sin zanjas es enorme, y su tecnología se está desarrollando muy rápidamente. La combinación de la tecnología de perforación direccional horizontal y la tecnología de martillo de percusión neumática puede satisfacer las necesidades de la colocación de tuberías en formaciones complejas como grava y rocas.. Será la dirección de desarrollo de la tecnología sin zanjas. . Además, la combinación de la tecnología de perforación direccional horizontal y la tecnología de control automático aumentará el grado de automatización y hará que el trabajo sea más seguro y confiable.. Esta será la dirección de desarrollo de la tecnología de perforación direccional horizontal.

4. Conclusión

Aunque la tecnología de construcción sin zanjas tiene una historia de no más de 30 años en China, los métodos de construcción sin zanja representados por la perforación direccional horizontal y los martillos de percusión neumáticos se han desarrollado rápidamente y se utilizan ampliamente en el tendido de nuevas tuberías urbanas y el reemplazo de tuberías antiguas.. Su potencial de mercado es inconmensurable, y sus principales tendencias de desarrollo son las siguientes::
1. El equipo se desarrolla hacia la gran escala, para satisfacer las necesidades de gran diámetro de tubería y tendido de tuberías de larga distancia.
2. La construcción combinada de la plataforma de perforación direccional horizontal y el equipo de martillo de percusión neumático es adecuada para colocar tuberías en formaciones complejas como grava y rocas..
3. El desarrollo de equipos especiales, como el sistema de purificación y recuperación de lodo sin zanja, cumple con los requisitos de la construcción especial sin zanja; se combina con la tecnología de control automático para desarrollarse en la dirección de la inteligencia.

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