摘要：长输管道施工中，经常会穿越大型黄土冲沟，冲沟深度一般在40～70m不等，这些黄土冲沟地形复杂，地势陡峻，以往多采用大开挖或人工开挖斜井穿越施工，人工开挖斜井施工效率低，安全性差，大开挖施工不利于生态环境的保护。定向钻作为长输管线大型穿越的首选方法，施工技术成熟，而且利于生态环境的保护，安全系数非常高。定向钻斜井穿越施工方法已经在兰郑长成品油管线上成功应用，取得了良好的效果。
关键词：定向钻；斜井；应用；施工
一、长输管道工程的发展
长输管道是一种重要的物质输送方式，常用于能源运输。目前经济的发展，长输管道工程应用范围更广，已经广泛应用于工业废水与城市污水排放上。可见，长输管道工程得到巨大的发展，加快了城市化进程。然而，长输管道工程中，致力于减少环境破坏、防止水土流失，才符合国家战略发展要求，有利于长输管道工程良性循环，促进长输管道工程的发展。
二、定向钻斜井穿越施工方法在长输管道工程的应用
长输管道的设计施工需根据国家政治、经济、能源战略、环境等方面考虑，这就要求对于穿越方式的选择、线路的走向进行全局性的考虑，并结合线路途径地区的自然条件、资源分布、工业发展等情况。根据不同的地质特点，采取不同的施工方法，尽量减少对于线路原貌的破坏。
规划线路走向经过地形起伏大、地质条件复杂、地质灾害频发的山区更应注重管道工程地质问题的研究；只有充分认识管道沿工程地质条件，认真做好多方案的比选，才能建设一条经济合理、方案科学、高质量的现代化管道。
以往长输管线的冲沟、陡坎多采取开挖或者人工开挖斜井的方式通过，开挖往往会给这些特殊地貌造成严重后果，破坏整体环境，而且容易造成水土流失；人工开挖斜井效率低，而且不安全因素较多，斜井质量较难控制。综合长输管线施工的成功案例，定向钻技术在于冲沟穿越、陡坎穿越方面有着较大的优势，安全可靠、施工速度快、有利于周边自然生态环境的保护等优点，符合国家战略发展要求。
三、定向钻穿越难点-定向控制
（一）定向控制系统概述
目前在长距离定向钻穿越施工时，为了保证导向孔曲线复合设计要求，在进行导向孔钻进时需要严格控制曲线的走向，控制导向孔曲线一般采用美国Shallwell公司的有线地磁控制系统进行参数控制，使控制人员能够随时掌握导向孔轨迹情况，并实时发出指令指导司钻操作人员进行导向孔钻进。该控制系统的监测深度可达到上千米，水平距离可达到几千米，只要传感探头(probe)能够获得足够的电能，事实上采用线控制系统就能解决探头的供电问题。
（二）定向控制系统工作原理
孔底探头是由探头内部的定向模块(磁力传感和重力传感)、数字化电路、调制电路和控制电路等组成，在通电的情况下，定向模块热模型数据通过连接电缆将探头所处的空间状态传输到地面信号接收处理器单元，信号通过接收处理器单元调制处理以后再传到数据处理计算机，通过计算机可以计算定向数据，并将计算数据通过接收处理器单元输送到司钻显示器上。控向操作人员可以根据显示的数据来分析判断探棒实际位置与设计位置的偏差，确定下一个应该钻进到的位置，并告知司钻操作手下一步该如何钻进，同时司钻手可以通过司钻显示器显示的探头工具面的位置来判断钻头的方向和该如何来改变钻头的钻进方向。
（三）控向参数的设置
控向参数是定向钻穿越工程成功的关键工序，是定向钻穿越必不可少的步骤。定向钻穿越施工前，需要对控向参数进行测定和计算，然后将现场测定的参数作为基准来指导施工。在施工前，首先根据穿越管道的设计位置(包括入土点和出土点、入土角和出土角)来测定管道穿越的中心线，并在入土侧和出土侧分别标示出中心桩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用探头在该中心线上测定穿越施工中需要的各种初设参数，为穿越施工提供基准。
四、定向钻斜井穿越发展趋势
（一）定向钻斜井穿越的优势
传统的定向钻曲线一般为U形，包括入土段、水平段和出土段，针对大型黄土冲沟进行的单边定向钻，只进行入土段或出土段单侧的钻孔，通过两次钻孔来完成一个冲沟的穿越。
单边定向钻充分利用了小型定向钻机体积小、钻杆短、操作灵活、便于控向的特点，同时小型定向钻机转场方便、费用低，便于短距离内实施多次施工。单边定向钻斜井穿越只利用小型定向钻机（通常为50t以下的钻机）的部分功能，只进行钻导向孔和扩孔作业，不进行管道回拖作业，在管道穿越导向孔完成以后，在孔洞底部开挖作业坑，连接扩孔器，进行扩孔作业，穿越孔洞完成以后，在冲沟顶部将管道发送进入斜井内，两侧进行连头作业。
单边定向钻斜井穿越施工，斜井坡度范围大，坡度控制难度小，穿越施工的泥浆量小，对环境影响小，施工安全性好，适合于单次较长距离的斜井穿越。目前，非开挖技术己经被国际建筑行业公认为一个很有发展前景的分支。作为非开挖技术的定向钻穿越，发展前景更是巨大。
（二）人工开挖斜井河定向钻穿越斜井对比
1、施工效率
单边定向钻斜井穿越，采用机械化施工，斜井直径较小，施工效率明显高于人工开挖。人工开挖方式大概每天开挖量为3米左右，要是遇到复杂土质结构，预计每天完成2米左右。而单边定向钻斜井穿越，由于是机械施工，施工进度可控性强，基本上每天开挖量为15米左右，而且孔洞成型质量高，施工效率明显提高。
2、应用范围
人工开挖斜井单次穿越的长度不超过60米；而单边定向钻斜井穿越单次穿越的长度可达40-200m,适用范围较广。
3、安全措施
人工开挖斜井需采取大量临时性安全保证措施以及通风、照明、通讯等手段，安全可靠性差，而且施工质量没有保证，极易造成斜井偏移，给穿管造成极大困难。而单边定向钻斜井穿越无需人员进入斜井中施工，可省去大量的安全性辅助措施，成本方面大大节省，而且斜井质量非常好，穿管也相对容易。
4、坡度控制
人工开挖斜井对于斜井水平方向控制和纵向坡度的控制较为困难，极易造成偏移。成功率低。而单边定向钻斜井穿越，只需预先计算并设定好穿越的坡度即可施工，坡度控制方便准确，成功率非常高。
5、经济效益
由于人工费的不断上涨，人工开挖斜井的单价也是不断上升，按照目前市场行情考虑，按照60米的DN600的管径计算，人工开挖斜井的单价为1500元•每米，总价格为9万元。而单边定向钻斜井穿越，由于技术比较成熟，施工价格比较透明，定向钻斜井穿越单价为1200元•每米，总价格为7.2万元。经济效益还是很明显的。
五、结束语
综合考虑定向钻施工安全方面、经济方面、进度方面、施工效率方面、应用范围方面，定向钻施工在长输管线施工领域有很大的发展空间，符合国家整体战略思路。根据施工环境、地质条件，合理选择定向钻施工技术是长输管线未来的发展南方向。
参考文献：
[1]尹东莉，刘丽妍：水平定向钻技术在天然气管道穿越工程中的应用【J】，煤气与热力，2009（12）
[2]李献嘉，燃气输配系统的设计与实践【M】，北京：中国建筑工程出版社，2007：462
论文作者:王晓琦
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/22
标签：斜井论文; 管道论文; 坡度论文; 作业论文; 导向论文; 管道工程论文; 管线论文; 《基层建设》2017年第36期论文;