水平定向鉆技術在天然氣管道穿越工程的應用

摘 要

摘要：介紹了水平定向鉆技術及在天然氣管道穿越沈大高速公路工程中的應用，探討了施工技術要求、施工前期準備、施工方法及工程質(zhì)量保證措施。關鍵詞：水平定向鉆；穿越工程；沈大高速
摘要：介紹了水平定向鉆技術及在天然氣管道穿越沈大高速公路工程中的應用，探討了施工技術要求、施工前期準備、施工方法及工程質(zhì)量保證措施。
關鍵詞：水平定向鉆；穿越工程；沈大高速
Application of Horizontal Directional Drilling Technology to Crossing Project of Natural Gas Pipeline
YIN Dong-li，LIU Li-yan
Abstract：The horizontal directional drilling technology and its application to the project of natural gas pipeline crossing Shenyang-Dalian highway are introduced，and the technical requirement for construction，preliminary preparation before construction，construction methods and project quality assurance measures are discussed.
Key words：horizontal directional drilling；crossing project；Shenyang-Dalian highway
   隨著城市建設飛速發(fā)展，各種市政管道在地下縱橫交錯，開挖施工使道路質(zhì)量變差，破壞環(huán)境，給人們的生活、工作帶來諸多不便，且施工成本越來越高。非開挖技術的應用使上述難題迎刃而解，水平定向鉆技術在非開挖技術領域中占主導地位并且發(fā)展最快[1]。
1 水平定向鉆技術簡介
   ① 定向鉆進施工原理
   定向鉆進施工是根據(jù)預先設計的敷管道路，由鉆機驅(qū)動帶著楔形鉆頭的鉆桿，地表接收機根據(jù)放在鉆頭的探頭發(fā)出的信號跟蹤測出探頭位置、深度、傾角、楔面面向角等參數(shù)。由導向員將導向指令傳遞給鉆機操作員，鉆機操作員根據(jù)同步顯示器的指示操控鉆桿，調(diào)整楔面面向角進行旋轉(zhuǎn)或頂進操作，按指定方向沿設計軌道，繞過地下障礙，直至達到目的地。導向孔的施工完成后，再利用反拉擴孔的施工方法將導向孔逐級擴大，直到達到敷管所需的管徑。隨后將所需敷設的管道牽引拖回已完成擴孔的設計敷設位置。
    ② 定向鉆進技術主要施工步驟
    定向鉆施工工藝一般分為2個階段：第一階段是按照設計曲線盡可能準確地鉆一個導向孔；第二階段是將導向孔進行擴孔，并將管道回拖到擴孔中，完成管道穿越工作。具體施工步驟為：現(xiàn)場勘察；開挖工作坑；設計軌跡線；導向孔施工；各級預擴孔；清孔；回拖管道；在牽引管施工完畢后，砌筑檢查井。
    ③ 定向鉆施工的技術特點
    定向鉆施工具有先進的導向系統(tǒng)，中靶準確，機械回轉(zhuǎn)擴孔速度快、噪聲低，機械占用場地小，不阻斷交通，不影響環(huán)境等。
    ④ 定向鉆施工技術的應用范圍
該技術廣泛應用于穿越公路、鐵路、河流以及在鬧市區(qū)、古跡保護區(qū)、農(nóng)作物和植被保護區(qū)等不允許或不能開挖的條件下敷設、修復、更換管道。適用于天然氣、熱力、電力、電信、石油、排水等領域。
2 定向鉆技術在沈大高速穿越工程的應用
2.1 沈大高速穿越工程概況
本工程為沈陽市蘇家屯區(qū)燃氣有限公司向大淑堡地區(qū)輸送天然氣。沈大高速公路及以西不具備開挖條件，故采用定向鉆方法施工。穿越段水平長度約為210m，其中高速公路段為47m，八一灌渠段為40m，煤廠段為40m。
本工程燃氣管道采用燃氣用埋地聚乙烯管SDR11系列PE100管材，公稱直徑為250mm，采用熱熔連接。按照省交通廳高速公路建設專家組論證會關于穿越高速公路及八一灌渠的管道要加外套管的要求，套管采用螺旋縫焊接鋼管焊接連接，規(guī)格為D325×7，材質(zhì)為Q235-B。套管長108m，采用加強級防腐，套管與PE管之間用泥漿填實。
本工程施工工期為10d，費用為(30～40)×104元。
2.2 施工及技術要求
依據(jù)遼寧省交通勘察設計院的要求，穿越地段位于沈大高速公路5km+460m處，管道沿東西向穿越進行敷設。施工中應保證高速公路刺線處管頂埋深不小于3m，中間隔離帶管頂埋深不小于8m，穿越八一灌渠處燃氣管頂應距灌渠底部2m。
① 施工技術要求
a. 定向鉆穿越施工的管道，應嚴格按設計圖樣要求制作，經(jīng)驗收合格后方可施工。
b. 管道組裝焊接長度應在穿越面曲線設計長度基礎上增加20m，設計長度應與導向孔記錄長度相符合。
c. 嚴禁在穿越管段上開孔焊接接管、管嘴及其他附件，試壓時只許在管道兩端加長段上開孔焊接放空閥和安裝壓力表?；赝线B接時，開孔的加長段應割除。
d. 在穿越長度和工藝條件許可的條件下，穿越管道曲率半徑應盡量取大一些，以管道外徑的1500倍為宜，但最小曲率半徑不應小于300m。穿越管道在入土點之后20m內(nèi)應為直管段。
e. 穿越管道曲線縱截面的入土角和出土角應根據(jù)穿越長度、管段埋深和彈性敷設條件來確定，入土角宜控制在8°～18°，出土角宜控制在4°～12°。
f. 穿越燃氣管道回拖前應進行強度和嚴密性試驗，回拖完成后，應再進行嚴密性試驗。
② 前期準備
a. 進行地質(zhì)勘測及地下管道的排查[2]：收集現(xiàn)場交通、水源、電源、施工運輸?shù)缆?、施工場地等資料；與其他部門(通信、電力、給排水等)核對地下管道，并用探測儀確定定向鉆施工路線位置的其他管道的種類、結(jié)構(gòu)、位置走向及埋深；用地質(zhì)勘探鉆取樣或用局部開挖的方法，取得定向鉆施工路線位置的地下土層分布、地下水位、土壤和水分的酸堿度等資料。
本工程中，勘測結(jié)果表明現(xiàn)場土質(zhì)較好，為原土層亞粘土，未見砂層。
b. 施工的主要機械設備有：DL-280定向鉆機1臺、美國月食導向系統(tǒng)1套、90kW電機組(單相、三相)1臺、經(jīng)緯儀1臺、成套鉆具、泥漿系統(tǒng)及其他輔助設備等，工程及保障車3輛。
c. 對所敷設管道位置地形進行測量，根據(jù)設計的敷設管道深度初步確定施工段的傾斜段長度、入射點位置、敷管長度、下管位置，復核建設單位提供的各點標高，為鉆機施工創(chuàng)造條件。導向孔軌跡線設計是在管道剖面圖基礎上，設計出鉆孔的最佳曲線。鉆機按設計軌跡線校正和固定安放。
d. 開挖工作坑2個，入口工作坑尺寸為6m×4m×5.6m，出口工作坑尺寸為70m×2m×5m。
e. 進行管道連接及打壓試驗。鋼套管采用焊接連接，并做加強級防腐；PE管材采用熱熔連接，并按有關規(guī)范要求吹掃合格后進行管道強度試驗。
③ 定向鉆施工及管道敷設
a. 設備安裝。調(diào)整水平鉆機與導向孔位于同一條直線，并將鉆機傾角和入射深度調(diào)整至符合設計導向軌跡要求。
b. 導向孔施工。將鉆桿、探頭及造斜鉆頭安裝好，采用精度為0.1°的月食導向系統(tǒng)跟蹤定向鉆進，定向鉆在鉆進過程中不斷改變傾角，使導向軌跡與設計軌跡相符。沿導向軌跡方向每3m定一個點，測出垂直深度、傾角、轉(zhuǎn)角，并做好記錄。在導向過程中以傾角變化為主，深度和轉(zhuǎn)角作為參考，深度相對誤差在5%左右。
c. 分級回擴。在復核導向孔符合質(zhì)量要求后，方可進行回拉擴孔。本工程采用逐級擴孔的方法進行回擴，分別采用Ø300、Ø400、Ø500的鉆頭進行回擴，同時采用膨潤土泥漿護壁。
d. 清孔。擴孔結(jié)束后，用清孔器清孔。清孔時注意泥漿密度，保證泥漿質(zhì)量。根據(jù)儀表記錄的數(shù)據(jù)，分析清孔的效果如何，決定能否敷設管道。
    e. 回拖管材?；赝锨皯獜筒楣懿馁|(zhì)量是否符合規(guī)定要求，如符合要求方能敷設。操作人員控制鉆機的拉力和速度，確保所敷設管材不受損害。
    f. 套管與燃氣管道及導向孔間隙的充填。滿足拖管的鉆孔形成后，套管和燃氣管道同時拖拽，利用套管(及燃氣管道)入土的擠壓力，使套管與燃氣管道及導向孔之間的間隙充滿泥漿，隨后達到一定的強度。
    g. 做好管頭保護，清理并撤出施工場地。
    ④ 工程質(zhì)量保證措施
    a. 根據(jù)施工要求，現(xiàn)場施工車輛應合理停放?，F(xiàn)場施工車輛包括吊車、運土車、發(fā)電機車。
    b. 分級擴孔時采用膨潤土泥漿做護壁，保證鉆孔不塌落，順利拖管。
    c. 各工種、各崗位人員嚴格執(zhí)行相應的操作規(guī)程。
    d. 確立三級檢查驗收制度，每道工序完工后，經(jīng)技術人員檢查合格后，方可進入下道工序施工。對檢查不合格的工序要采取有效的措施進行整改。
參考文獻：
[1] 趙嵐.水平定向鉆在鋼質(zhì)燃氣管道施工的應用[J].煤氣與熱力，2005，25(5)：49-51.
[2] CJJ 33—2005，城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范[S].
 
(本文作者：尹東莉 劉麗妍 吉林市大地技術咨詢有限公司吉林省吉林市 132011)