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燃氣管道水平定向鉆施工工藝及管理
摘要：本文介紹了水平定向鉆進技術(shù)的施工工藝、質(zhì)量控制及安全管理、現(xiàn)場應(yīng)用.
關(guān)鍵詞：定向鉆進,鉆孔,穿越
燃氣管道施工中，不可避免地會遇到道路、涵洞、鐵路、橋梁、溝渠、河流等障礙，無法正常開挖施工，需采取特殊的施工工藝進行穿(跨)越施工，常見的情況有：頂管施工、定向鉆施工、跨越施工及水下穿越等。其中定向鉆施工技術(shù)近年在我國有了廣泛的應(yīng)用，它解決了管道穿越特殊地段的施工問題，與傳統(tǒng)的施工方式相比，具有費用低、工期短、協(xié)調(diào)工作少等特點。
定向鉆施工又稱非開挖定向鉆進法或非開挖回拖管施工法，俗稱拉管法。其工作原理為：先根據(jù)所了解的地下資料情況，結(jié)合使用探測儀探測情況，確定穿越埋深，然后用鉆機在預(yù)穿越路的一側(cè)將鉆頭斜向推進到預(yù)定深度，在無線電定位儀器的控制下，水平鉆進，鉆進到位后，安裝錐體擴孔頭，回拖擴孔，至要求直徑后，在選定穿越管材上焊接一個牽引頭，與鉆頭連接，然后由設(shè)備回牽鉆頭，把焊接好的管材拉至設(shè)備所在一側(cè)，穿越管的兩管端與原施工管線連接。
一、水平定向鉆穿越施工工藝
使用水平定向鉆機進行管線穿越施工，一般分為二個階段：第一階段是按照設(shè)計曲線盡可能準確的鉆一個導(dǎo)向孔;第二階段是將導(dǎo)向孔進行擴孔，并將產(chǎn)品管線沿著擴大了的導(dǎo)向孔回拖到導(dǎo)向孔中，完成管線穿越工作。
1、鉆導(dǎo)向孔
要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達，開動泥漿泵對準入土點進行鉆進，鉆頭在鉆機的推力作用下由鉆機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)(或使用泥漿馬達帶動鉆頭旋轉(zhuǎn))切削地層，不斷前進，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。
鉆機被安裝在入土點一側(cè)，從入土點開始，沿著設(shè)計好的線路，鉆一條從入土點到出土點的曲線，作為預(yù)擴孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。
2、預(yù)擴孔和回拖產(chǎn)品管線：
一般情況下，使用小型鉆機時，直經(jīng)大于200毫米時，就要進行予擴孔，使用大型鉆機時，當(dāng)產(chǎn)品管線直徑大于Dn350mm時，就需進行預(yù)擴孔，預(yù)擴孔的直徑和次數(shù)，視具體的鉆機型號和地質(zhì)情況而定。
回拖產(chǎn)品管線時，先將擴孔工具和管線連接好，然后，開始回拖作業(yè)，并由鉆機轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，進行擴孔回拖，產(chǎn)品管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的，由于擴好的孔中充滿泥漿，所以產(chǎn)品管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣即減少了回拖阻力，又保護了管線防腐層，經(jīng)過鉆機多次預(yù)擴孔，最終成孔直徑一般比管子直徑大200mm，所以不會損傷防腐層。
在鉆導(dǎo)向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑，為了使鉆出的孔徑達到回拖管線直徑的1.3～1.5倍，需要用擴孔器從出土點開始向入土點將導(dǎo)向孔擴大至要求的直徑。
地下孔經(jīng)過預(yù)擴孔，達到了回拖要求之后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，從出土點開始，一邊擴孔一邊將管線回拖至入土點為止。
二、工程質(zhì)量的控制
由于非開挖技術(shù)實現(xiàn)了完全的非開挖施工，而且鋪設(shè)的管線有較深的覆土，管道在地下的質(zhì)量難以用常規(guī)的方法進行檢查確認，故采用定向鉆孔法鋪設(shè)管道工程的質(zhì)量控制有其特殊的一面。相對于定向(導(dǎo)向)法鋪設(shè)穿越段管線的主要施工工藝，工程質(zhì)量控制包括兩部分：鉆孔軌跡的質(zhì)量與穿越段管線回拖質(zhì)量控制。在地質(zhì)條件和鉆進工藝參數(shù)一定的前提下，鉆孔質(zhì)量直接影響到穿越工程的成敗，后者則關(guān)系到管道的安全運行。
1、鉆導(dǎo)向孔的質(zhì)量控制
鉆孔的質(zhì)量主要是指鉆孔曲線的實際軌跡是否與鉆孔的設(shè)計軌跡相符合。一般而言，實際鉆孔軌跡越接近設(shè)計軌跡，則表明鉆孔質(zhì)量越好。因此，鉆進前，施工單位要按照建設(shè)單位提供的地質(zhì)資料和設(shè)計的鉆孔軌跡圖，在現(xiàn)場觀測的基礎(chǔ)上繪出鉆孔曲線，標出鉆孔曲線的入土點、出土點、相應(yīng)的角度、曲線長度、最大埋深及管線的曲率半徑等參數(shù)。鉆進時質(zhì)量控制主要是導(dǎo)向孔的空間坐標(管道的埋深)和鉆孔曲線的曲率半徑(根據(jù)穿越管道的管徑計算)，因為這兩個參數(shù)將直接影響穿越管道的安全運行，管道的埋深一般由定向鉆機的控向系統(tǒng)(計算機和地下儀表單元 組成)直接運行程序，處理儀表參數(shù)顯示出的鉆進結(jié)果，操作人員只須與設(shè)計圖紙上的設(shè)計坐標相對照，保證達到設(shè)計要求的埋深即可。鉆孔軌跡的曲率半徑要由控向系統(tǒng)操作人員預(yù)先根據(jù)設(shè)計提供的資料計算出結(jié)果，鉆進時通過調(diào)節(jié)每根鉆桿的角度而實現(xiàn)對鉆孔曲率半徑的控制。對于給定了的直徑的定向鉆孔穿越管道，鉆孔的曲率半徑 R 由下面公式求得：R=1200Dn 其中：R—每根鉆桿允許變化的角度;Dn—穿越軌道外徑對于一定曲率半徑的設(shè)計鉆孔曲線，鉆進中每根鉆桿允許調(diào)整變化的角度為：α=L*360/2Rπ式中：α—每根鉆桿允許變化的角度，L—每根鉆桿長度，R—鉆孔曲線軌跡的曲率半徑導(dǎo)向孔的實際出土點與設(shè)計出土點的偏差(縱橫偏移)一般按照合同要求進行控制，控制值為穿越段總長度的 1-2%且不大于 2M。通過控制每根鉆桿的角度變化，可以實現(xiàn)鉆孔曲率符合規(guī)范要求的控制值，平面的左右偏差可通過控向設(shè)備進行監(jiān)測(根據(jù)方位角計算)，用調(diào)整方位角的數(shù)值進行調(diào)整。鉆進水力設(shè)計與鉆孔質(zhì)量有關(guān)，鉆導(dǎo)向孔時有泥漿回流現(xiàn)象，要結(jié)合環(huán)保部門的具體要求和穿越地層的地質(zhì)特點，綜合鉆進中的扭矩、泥漿壓力等進行對比分析，進而采取相應(yīng)措施提高鉆進質(zhì)量。
2、管線回拖質(zhì)量(鋪設(shè)質(zhì)量)的控制
穿越管道的回拖完成即標志著管道鋪設(shè)的完畢，其質(zhì)量包括管道的焊接強度、外保護層的完整及管道的彎曲應(yīng)力符合設(shè)計要求。
2.1 鋪管前管道的焊接
根據(jù)設(shè)計眼球的級別來檢查焊縫。對于要求不高的管道可以進行一些簡單的壓力、沖擊等試驗，對于要求較高的管道則要進行100%的X射線照相，并進行嚴格的壓力試驗，拖管后，按照要求還應(yīng)進壓力試驗，以驗證拖管時管道是否受損，能否投入使用。
2.2 管道外防腐層的檢驗
對于要求較高的管道，在穿越管道回拖前，用電火花檢漏儀對防腐層進行檢驗，做好記錄。外保護層主要是使管道具有光滑抗磨的外表，在管道拖出后， 還應(yīng)對孔內(nèi)運行最長的第一段管道進行檢查，以確保孔內(nèi)其它管道的完整性。
2.3 管道彎曲應(yīng)力核算
管道彎曲應(yīng)力可對照鉆導(dǎo)向孔記錄與設(shè)計的鉆孔曲率半徑進行核算，確定孔內(nèi)鋪設(shè)的管道彎曲度不超過允許應(yīng)力，如超過許用應(yīng)力，則需修改設(shè)計方案或改選管道材料。
定向鉆施工穿越鐵路等重要設(shè)施時，須征求相關(guān)主管部門的意見。當(dāng)與其他地下設(shè)施的凈距不能滿足設(shè)計規(guī)范要求時，應(yīng)報設(shè)計單位，采取防護措施，并應(yīng)取得相關(guān)單位的同意。定向鉆施工的其他技術(shù)要求應(yīng)按國家現(xiàn)行標準《石油天然氣管道穿越工程施工及驗收規(guī)范》(SY/T 4079)執(zhí)行。
定向鉆施工時，應(yīng)重點控制燃氣管道安裝的質(zhì)量，燃氣管道安裝時應(yīng)符合下列要求。
① 燃氣鋼管的焊縫應(yīng)進行100%的射線探傷檢查。
�、� 在目標井工作坑應(yīng)按要求放置燃氣鋼管，用導(dǎo)向鉆回拖敷設(shè)，回拖過程中應(yīng)根據(jù)需要不停地注入配制的泥漿。
�、� 燃氣鋼管的防腐應(yīng)為特加強級。
�、� 燃氣鋼管敷設(shè)的曲率半徑應(yīng)滿足管道強度要求，且不得小于鋼管外徑的1500倍。
三、安全管理
1、燃氣管道與地上地下建(構(gòu))筑物和其他管道之間的水平與垂直凈距，應(yīng)按設(shè)計規(guī)定保持安全距離;任何情況下，不得將燃氣管道與動力或照明電纜同溝鋪設(shè)。
2、管道穿越施工時，應(yīng)符合下列要求：
2.1、施工前，應(yīng)向河道管理部門中辦施工手續(xù)，并經(jīng)批準。
2.2、作業(yè)區(qū)臨水邊應(yīng)設(shè)護欄和安全標志，陰暗和夜間時應(yīng)加設(shè)警示燈。
2.3、進入水深超過1.2m的水域作業(yè)時，應(yīng)選派熟悉水性的人員，并應(yīng)采取防止溺水的安全措施。
2.4、穿越河道施工前，應(yīng)對河道和現(xiàn)場環(huán)境進行調(diào)查，掌握現(xiàn)場的工程地質(zhì)、地下水狀況和河道寬度、水深、流速、最高洪水位、上下游閘堤、施工范圍內(nèi)的地上與地下設(shè)施等現(xiàn)況，編制過河管道施工方案，制定相應(yīng)的安全技術(shù)措施。
2.5、管道驗收合格后應(yīng)及時回填溝槽;回填應(yīng)符合回填安全技術(shù)交底具體要求。
2.6、施工中所使用的專用機具，應(yīng)遵守原產(chǎn)品使用說明書的規(guī)定，并遵守相應(yīng)的安全操作規(guī)程。
2.7、作業(yè)中所需機具、設(shè)備應(yīng)完好，安全裝置應(yīng)齊全有效，安裝應(yīng)穩(wěn)固.使用前應(yīng)檢查、試運轉(zhuǎn)，確認合格。
2.8、施工工藝需采用泥漿時，應(yīng)設(shè)泥漿沉淀池，池體結(jié)構(gòu)應(yīng)堅固，其周圍應(yīng)設(shè) 防護欄桿;泥水不得隨地漫流，污泥應(yīng)妥善處理。
四、現(xiàn)場實際應(yīng)用
我單位2010年在寶坻-靜海-大港高壓輸氣管網(wǎng)項目管理工作過程中，工程一期全長26公里，僅在爾王莊標段施工過程中，復(fù)雜的現(xiàn)場情況，如若干個養(yǎng)魚池、墳地、排干渠等難點段就占此標段五分之一。若采用一般的征地明開挖施工下管，若干個難點段大大的增加了現(xiàn)場協(xié)調(diào)費，而且增加了工程施工窩工時間，從而影響施工進度，不能有效保證施工按時完工,為了保證工期，我們采取了此向施工方法，一次穿越長度1.6KM，壓力0.4MP,管徑DN800。
通過采用定向鉆穿越能有效地降低工程協(xié)調(diào)費用，更有效的保證施工質(zhì)量和施工進度。
結(jié)束語
隨著水平定向鉆進管道敷設(shè)施工技術(shù)的不斷發(fā)展，各行業(yè)對水平定向鉆進管道敷設(shè)施工技術(shù)的利用也越來越廣泛，該技術(shù)不僅對環(huán)境和城市交通的影響小，且修復(fù)費用少，工期短。
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