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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的施工工藝、質量控制及安全管理、現(xiàn)場應用.
關鍵詞：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近年在我國有了廣泛的應用，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：先根據所了解的地下資料情況，結合使用探測儀探測情況，確定穿越埋深，然后用鉆機在預穿越路的一側將鉆頭斜向推進到預定深度，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，然后由設備回牽鉆頭，把焊接好的管材拉至設備所在一側，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：第一階段是按照設計曲線盡可能準確的鉆一個導向孔;第二階段是將導向孔進行擴孔，并將產品管線沿著擴大了的導向孔回拖到導向孔中，完成管線穿越工作。
1、鉆導向孔
要根據穿越的地質情況，選擇合適的鉆頭和導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動旋轉(或使用泥漿馬達帶動鉆頭旋轉)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，以便及時調整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導向孔曲線符合設計要求，如此反復，直到鉆頭在預定位置出土，完成整個導向孔的鉆孔作業(yè)。
鉆機被安裝在入土點一側，從入土點開始，沿著設計好的線路，鉆一條從入土點到出土點的曲線，作為預擴孔和回拖管線的引導曲線。
2、預擴孔和回拖產品管線：
一般情況下，使用小型鉆機時，直經大于200毫米時，就要進行予擴孔，使用大型鉆機時，當產品管線直徑大于Dn350mm時，就需進行預擴孔，預擴孔的直徑和次數(shù)，視具體的鉆機型號和地質情況而定。
回拖產品管線時，先將擴孔工具和管線連接好，然后，開始回拖作業(yè)，并由鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉后退，進行擴孔回拖，產品管線在回拖過程中是不旋轉的，由于擴好的孔中充滿泥漿，所以產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，經過鉆機多次預擴孔，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向孔擴大至要求的直徑。
地下孔經過預擴孔，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、工程質量的控制
由于非開挖技術實現(xiàn)了完全的非開挖施工，而且鋪設的管線有較深的覆土，管道在地下的質量難以用常規(guī)的方法進行檢查確認，故采用定向鉆孔法鋪設管道工程的質量控制有其特殊的一面。相對于定向(導向)法鋪設穿越段管線的主要施工工藝，工程質量控制包括兩部分：鉆孔軌跡的質量與穿越段管線回拖質量控制。在地質條件和鉆進工藝參數(shù)一定的前提下，鉆孔質量直接影響到穿越工程的成敗，后者則關系到管道的安全運行。
1、鉆導向孔的質量控制
鉆孔的質量主要是指鉆孔曲線的實際軌跡是否與鉆孔的設計軌跡相符合。一般而言，實際鉆孔軌跡越接近設計軌跡，則表明鉆孔質量越好。因此，鉆進前，施工單位要按照建設單位提供的地質資料和設計的鉆孔軌跡圖，在現(xiàn)場觀測的基礎上繪出鉆孔曲線，標出鉆孔曲線的入土點、出土點、相應的角度、曲線長度、最大埋深及管線的曲率半徑等參數(shù)。鉆進時質量控制主要是導向孔的空間坐標(管道的埋深)和鉆孔曲線的曲率半徑(根據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)顯示出的鉆進結果，操作人員只須與設計圖紙上的設計坐標相對照，保證達到設計要求的埋深即可。鉆孔軌跡的曲率半徑要由控向系統(tǒng)操作人員預先根據設計提供的資料計算出結果，鉆進時通過調節(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計鉆孔曲線，鉆進中每根鉆桿允許調整變化的角度為：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向孔的實際出土點與設計出土點的偏差(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備進行監(jiān)測(根據方位角計算)，用調整方位角的數(shù)值進行調整。鉆進水力設計與鉆孔質量有關，鉆導向孔時有泥漿回流現(xiàn)象，要結合環(huán)保部門的具體要求和穿越地層的地質特點，綜合鉆進中的扭矩、泥漿壓力等進行對比分析，進而采取相應措施提高鉆進質量。
2、管線回拖質量(鋪設質量)的控制
穿越管道的回拖完成即標志著管道鋪設的完畢，其質量包括管道的焊接強度、外保護層的完整及管道的彎曲應力符合設計要求。
2.1 鋪管前管道的焊接
根據設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， 還應對孔內運行最長的第一段管道進行檢查，以確�？變绕渌艿赖耐暾�。
2.3 管道彎曲應力核算
管道彎曲應力可對照鉆導向孔記錄與設計的鉆孔曲率半徑進行核算，確定孔內鋪設的管道彎曲度不超過允許應力，如超過許用應力，則需修改設計方案或改選管道材料。
定向鉆施工穿越鐵路等重要設施時，須征求相關主管部門的意見。當與其他地下設施的凈距不能滿足設計規(guī)范要求時，應報設計單位，采取防護措施，并應取得相關單位的同意。定向鉆施工的其他技術要求應按國家現(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，應重點控制燃氣管道安裝的質量，燃氣管道安裝時應符合下列要求。
�、� 燃氣鋼管的焊縫應進行100%的射線探傷檢查。
�、� 在目標井工作坑應按要求放置燃氣鋼管，用導向鉆回拖敷設，回拖過程中應根據需要不停地注入配制的泥漿。
�、� 燃氣鋼管的防腐應為特加強級。
�、� 燃氣鋼管敷設的曲率半徑應滿足管道強度要求，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)筑物和其他管道之間的水平與垂直凈距，應按設計規(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。
2、管道穿越施工時，應符合下列要求：
2.1、施工前，應向河道管理部門中辦施工手續(xù)，并經批準。
2.2、作業(yè)區(qū)臨水邊應設護欄和安全標志，陰暗和夜間時應加設警示燈。
2.3、進入水深超過1.2m的水域作業(yè)時，應選派熟悉水性的人員，并應采取防止溺水的安全措施。
2.4、穿越河道施工前，應對河道和現(xiàn)場環(huán)境進行調查，掌握現(xiàn)場的工程地質、地下水狀況和河道寬度、水深、流速、最高洪水位、上下游閘堤、施工范圍內的地上與地下設施等現(xiàn)況，編制過河管道施工方案，制定相應的安全技術措施。
2.5、管道驗收合格后應及時回填溝槽;回填應符合回填安全技術交底具體要求。
2.6、施工中所使用的專用機具，應遵守原產品使用說明書的規(guī)定，并遵守相應的安全操作規(guī)程。
2.7、作業(yè)中所需機具、設備應完好，安全裝置應齊全有效，安裝應穩(wěn)固.使用前應檢查、試運轉，確認合格。
2.8、施工工藝需采用泥漿時，應設泥漿沉淀池，池體結構應堅固，其周圍應設 防護欄桿;泥水不得隨地漫流，污泥應妥善處理。
四、現(xiàn)場實際應用
我單位2010年在寶坻-靜海-大港高壓輸氣管網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)調費用，更有效的保證施工質量和施工進度。
結束語
隨著水平定向鉆進管道敷設施工技術的不斷發(fā)展，各行業(yè)對水平定向鉆進管道敷設施工技術的利用也越來越廣泛，該技術不僅對環(huán)境和城市交通的影響小，且修復費用少，工期短。
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