中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司 河北沧州 062550
摘要：黄土地区冲沟发育密度大，且冲沟坡度陡、距离长、冲沟上口宽、深度大，油气管道通过一般难以避绕，冲沟沟底下切、侧向扩展、溯源侵蚀迅速，且常有不良地质现象，是管道建设的主要难点之一。本文根据黄土地区冲沟的特点，结合以往工程实践经验，浅谈了定向钻法穿越管道穿越黄土冲沟的方式，也有助于定向钻技术的在管道建设项目中的应用。
关键词：冲沟；管道穿越；单边定向钻
1 黄土冲沟的特点
1.1 黄土的主要特征
黄土的主要特性是由于其颗粒成分为粉粒和极细砂粒，但它并不具砂土的散体特性．而属于弱联结的粘性土，含水量低时具有较高的强度和立壁性，其水稳性极差．抗水力冲蚀性能低．水力侵蚀是黄土地区水土流失的主要形式。黄土分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土，午城黄土和离石黄土一般不具湿陷性，工程特性较为稳定；马兰黄土和新近堆积黄土具有湿陷性，对水敏感，与管道建设的关系最为密切，危害性大；而所有黄土都有一个共同点，水稳性差，抗冲蚀能力弱。
2 定向钻法穿越黄土冲沟
2.1 适用范围
对于边坡不稳、深度大于30m，坡度为较大的黄土冲沟，直埋穿越难以实现，破土作业消坡较大，破坏原地貌植被，施工后恢复地貌，及水工保护都比较难，如果土质适合定向钻，可采用定向钻法穿越冲沟。
2.2 定向钻穿越冲沟设计
2.2.1定向钻穿越方法的可行性
确定冲沟定向钻穿越是否可行，主要要进行地质勘查，确定土质是否适合定向钻穿越，确定坡体土质特征和稳定土层分布范围，分析确定单边定向钻的可行性。根据地形条件，初步确定定向钻入土点和出土点的位置，坡顶入土点满足钻机施工和预制管道的要求，为了保证施工作业安全钻机距离坡边的安全距离应在10m以上。
2.2.2穿越轨迹设计
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。
定向钻斜井穿越只利用小型定向钻机进行钻导向孔和扩孔作业。在管道穿越导向孔完成以后，在孔洞底部开挖操作业坑，连接扩孔器，进行扩孔作业。穿越孔洞完成以后，一台吊车、两台挖机配合起吊，在冲沟顶部将管道顺孔洞自然下滑，挖机固定管段上段，依次下滑就位，冲沟另一侧用同样的方法，两侧进行连头作业。完成冲沟穿越。对钻孔进行灌注稠泥浆，出入口处用灰土分层夯实，并做水工保护处理。
定向钻法穿越关键是合理的曲线设计，在初选的定向钻入土点和出土点间作直线，如果该直线位于坡体稳定土层以内，能够满足实施要求，应当首先考虑采用直线穿越轨迹。
如果直线线路位于不稳定土层内，或不能够满足实施要求，则应采用曲线轨迹穿越以增加线路埋深。曲线穿越轨迹确定方法如下：建立如图1所示的单边定向钻穿越示意图，图中虚线为冲沟或陡坎轮廓，曲线 ABCDE为穿越线路轨迹。
穿越段直线距离LAE为：
上式即为弧形穿越轨迹极限长度，其工程意义如下：当确定单边定向钻入土点 A、出土点E和入土角后，如果两点的距离 LAE ≥ Lmin 且线路埋深达到要求，则弧形线路轨迹设计可行；否则应重新选择入土角，并再次核算；如果入土角超过定向钻机最大额定参数，则应重新选取钻机入土点，并按上述方法重新进行线路轨迹设计。
当 S、R和R′选定后，即可根据上述方法确定单边定向钻弧形穿越轨迹。为了方便设计，可取 R= R′= 1200D。
3 结束语
油气管道穿跨黄土冲沟是勘察、设计、施工的难点，需要各个环节密切配合。黄土冲沟发育迅速，常伴有不良地质现象发生，危及管道安全。
对于坡度小，深度小的冲沟可采用开挖直埋方式穿越，对于坡度大，深度大的冲沟在地质条件允许的情况下建议采取单边定向钻穿越，单边定向钻穿越距离长、高差大、施工效率高、对坡体干扰小，对于黄土塬地区大型冲沟和陡坎穿越具有显著优势。
参考文献
[1]赵文明，候学瑞，周西顺，单边定向钻在大型黄土冲沟管道施工中的应用[J].石油工程建设，2008年
[2]王晓霖，李延金，孔令新，张建强，黄土塬单边定向钻穿越轨迹设计方法研究[J]. 石油工程建设，2011年
[3]邹勇，油气管道穿（跨）越黄土冲沟的岩土工程问题，天然气与石油，1997年
论文作者:周强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/22
标签：黄土论文; 管道论文; 轨迹论文; 作业论文; 钻机论文; 坡度论文; 距离论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;