广东韶钢工程技术有限公司 广东韶关 512123
摘要：在工矿企业厂区内管线改造施工频繁，普遍使用开挖施工，开挖施工对交通及生产有较大影响且影响公路耐久性，通过本工程实践，建议在摸清地下管线情况且地质状况满足的条件下，可以推广使用定向钻进行穿越施工。
关键词：非开挖定向钻 管道 施工
一、工程概况
某钢厂水处理中心收集管网优化改造工程的D400波纹管及其D700钢套管需横穿2条铁路线，管道埋深3.5m，长度约23m，2条铁路之间有电缆沟、排水沟、信号机等设施存在，且2条铁路相距只有约3米，采用放坡开挖方法需2条铁路同时封闭方可施工，会给生产运行造成严重影响；同时该工程另一处有D219钢管及D325钢套管需横穿公路，管道埋深1.5m，长度约16.7m，该路段为公司的重要生产运输道路，采用半封路施工时，因路宽狭窄，又昰转弯，且为下坡段，存在较大安全隐患，若采用全封路施工，则对公司多个分厂的正常生产影响很大。
二、方案选择及实施
根据设计及施工现场实际情况，充分考虑对生产影响程度及各种可行做法，在施工前进行了研究比较，选择安全可靠的施工方法，确保工程顺利开展。
2.1 D400波纹管及其D700钢套管穿越铁路，管道埋深3.5m，地面下主要是铁路道渣、大量钢筋混凝土碎块、黏土，经研究对以下施工方法进行比较选择：
2.1.1 采用常规放坡开挖施工，需要封闭两条铁路，经与生产厂沟通，铁路封闭时间不能超过2天，考虑拆装铁路及开挖、敷设管道、回填压实的施工周期，无法满足。
2.1.2 采用非开挖定向钻施工，该管道为排水管，不能改变埋深及坡度，D700钢套管，要扩孔至D900才能拖管，过程中需反复扩孔多次，预计工期要7天。因铁路不能封闭，若运钢坯火车（重200多t）通过时，荷载太大存在振动，且管道埋深不大粘性土层较薄，可能在扩孔期间会引起铁路地基下陷或塌方，存在安全隐患，将对生产造成很大影响，就算套管拖管成功，管壁与土层之间间隙较大，也会对铁路地基稳定产生影响。
2.1.3 修改设计，取消D700钢套管，并将D400波纹管改为三条D250加强型PE管，在铁路两侧增设一个沉淀井、一个汇流井；同时采用非开挖定向钻施工，预计工期需要3天。鉴于该方案不影响铁路及生产，施工简便，最终确定采用该方案进行实施。
2.2 D219钢管及D325钢套管需横穿公路，该管埋深1.5m，公路下为原钢渣堆放场地，可能存在钢渣层。
2.2.1 采用全封闭施工，需封闭2天，所有汽车需绕行另一坡度很大的公路，对液态渣运输有一定的安全隐患。
2.2.2 采用非开挖定向钻施工，经确认无地下管线，可以施工且不影响道路通行，最终确定采用该方案进行实施。
三、定向钻施工工艺及措施
3.1施工注意事项
定向钻穿越的关键在于钻导向孔、管线安装及扩孔、回拖管道，测量人员必须认真测量，准确定入土点与出土点间距离；控向人员必须准确测出方位，认真按照设计曲线进行控制；司钻工必须思想集中，若有突变，立即汇报；回拖管线时必须准备好挖掘机和吊管机等设备，保证管线顺利回拖。钻进时要认真把握地质可能不规律变化，会增加钻进难度，切不可掉以轻心。为使工程能够圆满成功，施工中要严格执行设计要求和施工规范规定，各工种、各岗位认真负责，密切配合，做好充分准备，制订相应的处理措施，泥浆岗位要全面掌握地质情况，按不同地层调配泥浆，保证钻孔需要和成孔良好。
同时定向钻施工前，需要摸清施工场地状况。首先要对穿越范围地质情况有详细了解，不能有大型障碍物；其次要摸清地下管线情况，穿越区域尽可能避开现有管线；还有对不同管线穿越需制定措施，保证穿越标高、坡度等。
3.2施工前准备
3.2.1 钻机及配套设备就位
本工程采用Wmd110钻机（主要性能详见下表），按施工布置图将钻机及附属配套设备安放在预定位置，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作，地锚要按要求进行施工，保证在进行管线回拖作业时地锚稳固。
3.2.2 测量控向参数
按操作规程测定控向参数即方位角的数值，要求细心并尽可能多测取参数比较，以确定最佳方位角数值，在管中心线的三个不同位置测取，且每个位置至少测四次，并做好记录。根据测定的数据标定方位角，方位角的误差要小于0.2º。
3.2.3机械开挖管线飘浮沟
管线飘浮沟需挖深1.5m，上口宽1m,下口宽0.8m；飘浮沟内不得有石块、树根和硬物等，沟内宜注水，保证将管线浮起，以避免管线底部与地层磨擦，划伤防腐层，并降低钻机回拖拉力。
3.2.4 钻机试钻
各系统运转正常后试转，钻进1-2根钻杆后检测各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。
3.2.5 穿越管道准备
按穿越长度需要，提前制作好PE管、钢套管线。PE管采用热熔焊接，管头采用木桩加螺栓固定，采用50mm钢钉加固，管道后端采用模板加钢钉固定，防止泥浆进入管内。钢套管采用两头焊接堵板，前段加焊吊环以便挂拖绳。
3.3施工工艺
3.3.1 泥浆控制
泥浆是定向穿越中的关键因素，针对不同的地层采用不同的泥浆，采取以下措施：
（1）水源的水经过沉淀存入水罐，在水中加入纯碱，使水软化，改善水质，同时提高水的PH值。
（2）按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。
（3）使用的泥浆添加剂有：降失水剂、提粘剂和防塌润滑剂等。所加添加剂采用自美国进口的添加剂，符合环保要求。
（4）回流泥浆的处理：钻机场地及出土点场地各有一个返浆收集池，泥浆通过排浆池收集，经沉淀之后处理。
3.3.2 钻导向孔
导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，本工程采用先进的wmd110水平定向钻机进行整个穿越工程的施工。其钻导向孔的钻具组合是：80MM铣齿钻头无磁钻铤89mm钻杆。
控向设备采用英国DCI公司生产的雷迪定向系统,DCI系统进行准确跟踪定位,确保出土位置准确无误。在导向孔施工过程中，要严格按照设计要求进行钻进，使导向孔曲线尽量平滑，以利预扩孔施工和管线回拖。穿越轨迹示意详见下图：
3.3.3 预扩孔
第一级采用280mm刮刀式扩孔器进行第一次预扩孔；第二级用380mm刮刀式扩孔器进行进行扩孔，其中D250 PE管只进行第一级扩孔。扩孔时扭矩、拉力过大，应及时加入润滑剂，同时加大泥浆排量。
3.3.4 管线回拖
由于受场地限制，回拖是定向穿越的最后一步，也是最为关键的一步，在回拖时采用的方式是：280/380扩孔器+50T回拖万向节+D250/325穿越管线。在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大。回拖过程中，扭矩、拉力增大，可采用单斗助力。
检查管线、回拖管头，保证拖管头焊接牢固（最大抗拖力在50t以上），然后将回拖管段放进回拖管沟中准备回拖，管线入沟时注意保护好防腐层，避免划伤。
3.3.5 定向钻施工结果
（1）穿越公路区域，因钢渣硬度大，导向孔铣齿钻头磨损严重，且因钢渣容易坍塌导致扩孔器无法顺利扩孔，最终放弃该处定向钻施工方法。
（2）穿越铁路区域，采用定向钻顺利穿越完成，但扩孔时受钢筋砼块影响，增加了扩孔难度，且孔内泥浆容易流失。
四、定向钻施工优势
根据本工程定向钻施工过程情况，我们前期做了大量工作，摸清施工区域管线情况、地质情况，并充分与设计及生产方沟通，确保了铁路区域定向钻顺利完成，但公路区域因钢渣易坍塌最终改为全封闭施工。结合厂区状况，采用定向钻施工有以下好处：不破坏原有设施，不影响原有交通或生产运行秩序，施工简便快速，对埋深越大的管线经济效益越好。
五、结论
目前定向钻施工在市政、电力工程应用广泛，技术成熟。本工程定向钻穿越施工在我厂内还是第一次采用，鉴于施工过程情况，认为类似的工矿企业，在摸清地下管线情况且地质状况满足的条件下，可以推广使用。
参考文献
[1]赵岚；水平定向钻在钢制燃气管道施工的应用;2005.25（5）：49—51
[2]叶文建；水平定向钻穿越施工中的定向控制技术；[j]；非开挖技术.2007,24（2）
论文作者:杨谷清
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/26
标签：管线论文; 泥浆论文; 铁路论文; 套管论文; 钻机论文; 管道论文; 钢渣论文; 《基层建设》2017年第10期论文;