摘 要：定向钻用于非开挖穿越公路、铁路、建筑物、机场、河流，湖泊、山体等铺设石油管道、通信电力管道、天然气管道、自来水管道等各类管线。采用定向钻穿越技术进行管线穿越施工是油田长输管道铺设中不破坏地貌状态和保护环境的最理想的施工方法。近几年定向钻穿越技术扎起油田输油管线改扩建项目及大型管道穿越江河工程项目上更显出了其独特的优势，采用本工法，减少了施工工序，也就减少人员、设备进场，避免顶管与定向钻的连头施工，节省工程投资，加快了工期，由于没有顶管与定向钻连头操作坑，降低了施工安全风险。
关键词：油田；长输管道铺设； 定向钻穿越技术；施工实践
顶管穿越是管道在穿越铁路、高速公路、河流、建筑物等障碍物，或在城市公路主要干道路面下铺设时，常采用的一种特殊施工方法，即不开槽施工，是一项新的管道施工技术。其工作过程是通过计算机控制进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把管线回拖到扩大的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。二者配套适用长输管道工程的大中型穿越工程，或类似需要穿越的工程（比如光缆或电缆工程不能跨越某个特殊的地方），不能单独一种施工工艺完成的穿越施工工程以及特殊的区域不能进行开挖施工的管道敷设工程。定向钻穿越与顶管穿越相结合施工工法是在长输管道工程在特殊环境下，定向钻和顶管穿越不能单独完成的穿越工程，将定向钻穿越和顶管技术相结合，从而完成整个穿越工程的施工工法。本文主要是通过结合工程施工实践，总结形成本工法。
1 该组合施工方法概述
1.1 特点
（1）本工艺能节省投资费用，减少了施工工序环节，加快施工进度。（2）本工艺与单独完成定向钻和顶管穿越施工相比，由于减少了连头工作能更好的保证施工质量，减少工程中的风险。（3）本工艺与单独的穿越工程相比，由于减少了顶管接收坑的开挖，没有在特殊的区域地面进行施工活动，具有很好的社会效益。
1.2工艺原理
在顶管顶进工作完成后，不进行接收坑的开挖，而在套管前段做必要的处理，然后把顶管操作坑改造为定向钻施工的接收坑，再进行定向钻的导向和扩孔施工。待定向钻扩孔完成后，在顶管穿越的顶管操作坑位置改造为定向钻的发送沟，进行回拖作业。确保主管穿越就位后，对相关的部位进行技术处理，从而保证穿越工程完成。
2 施工操作要点
（1）顶管操作坑的后背
常规顶管施工的液压缸后的支撑受力采用枕木或现浇混泥土，特别是现浇混凝土比较常用。而定向钻的回拖刚好要经过后背的位置。因此现浇混泥土做后背不易拆除，因此采用钢结构的后背。也可以采用成型的钢板箱做后背，钢板箱做后背需要加装垫片，加强垫片。
（2）顶管操作坑的处理
因为地下地质资料一般是间距20m 的钻孔取样分析，顶管的地质资料为地面一下3m 的范围。因此两种施工具有很高的风险，不可能同时进行，只有待顶管施工完全结束后，才可能进行定向钻的施工。由于顶管结束后需要等待定向钻的导向和扩孔施工，因此顶管结束等待时间长；另一方面顶管操作坑还是定向钻穿越的出土点位置。所以顶管操作坑在施工结束后要做特殊的处理。
（3）套管头的处理
套管头的处理也是确保施工安全的重要措施。具体做法是在套管端部浇筑强调较低的砂浆M10，厚度为0.3m。目的是在定向钻施工时保证套管端部的地层稳定，不造成泥土大量的垮塌，同时也不影响定向钻的导向和扩孔。
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3 质量控制
3.1 技术规范
（1）主管道施工组焊、防腐、无损检测必须符合技术要求，焊接每个工程都有不同的焊接工艺评定，因此管道焊接电流参数，焊后处理、返修及连头严格执行焊接工艺指导书的要求，还必须有不利条件比如雨雪低温等恶劣气候条件下的质量保证措施。（2） 防腐防腐层的结构每个工程差异较大，主要有液态环氧粉末、3PE 层等防腐结构等，主管道除了补伤外，还应做好补口及加强收缩套的施工，确保回拖时补口收缩套（带）不被损坏。（3）无损检测焊接的无损检测除满足石油天然气钢质管道无损检测（SY/T4109-2005）以外，还必须符合设计规范和业主的要求。
3.2 顶管施工
（1）地下障碍物处理好地下顶管前探明各种地下管线及构筑物，保证管壁外围50 ㎝以内的净空间距。（2）操作坑开挖开挖时，严格按照要求操作，顶进偏差走出要求及时汇报，由施工负责人、技术人员研究纠偏措施，严禁隐瞒蛮干。采用专门调控设备进行纠偏，确保顶管方向及质量。（3）降水根据现场地下水位的情况，操作坑需要设置引水井，必要时需要采取井点降水。确保施工顺利进行。纠偏调整顶进设备完好，保证昼夜不间断施工，防止顶进中停止而造成套管抱死现象的发生。顶进时随时测量，即时纠偏，防止偏差过大。
3.3 定向钻施工措施
（1）控向参数按操作规程标定控向参数，要求细心并尽可能多测取参数并做好记录，进行对比，选择最佳参数值。在钻机试钻时，先钻进1-2 根钻杆后检测各部位运行情况，以验证各种参数的准确性，正常后才按次序钻进。
（2）导向定向钻开钻后，应导向头准确进入预定的套管中心的一个范围。目前常用的有线导向和无线导向都可以采用。但采用这些方法的同时，由于地貌高低不平的问题，可能会影响导向参数的准确性，因此还需使用水准仪辅助确保导向调整的即时性。同时需考虑到在某点决定改变方向，实际的变化滞后的特点，应提前位置调整。
（3）管道回拖回拖的组配方式应进行设计，万向节与主管之间连接的加强板焊接形式应可靠。万向节转动灵活，防止多管回拖时相互的缠绕和挤压。
（4）钻井液的配制钻井液是定向钻穿越施工的关键因素，它的性能对于定向钻的成功起着至关重要的作用，钻井液的作用贯穿于定向钻的导向、扩孔、回拖的整个全过程。在地质条件较好，比如成体系的粘土层地质构造贯穿在整个穿越曲线，且穿越长度不超过200m（主管≤DN350），可以考虑使用清水作为钻井液，但必须慎重。但对于比较复杂的地质条件，必须要现场配制、使用环保型的钻井液。
4 安全措施及环保要求
采用本工法施工时，除应执行有关安全施工及环保措施规定外，尚应遵守注意下列事项：
（1）施工现场安全。施工作业人员必须了解和掌握本工艺的技术操作要领，持证上岗。施工现场使用圈围的形式，确保安全。主管道组对焊接施工时可以使用标志牌；顶管和定向钻施工由于吊装频繁，又有机械电器设备，且现场设备材料较多，因此施工现场必须增加设立警戒线，防止非施工人员进入现场。
（2）现场用电。施工现场用电设备较多，电缆的连接需要规范，开关箱不能露天设置，漏电保护设施齐全防止触电事故的发生，特别是雨天。
（3）废弃物的处理。管道焊接过程中产生的焊条头、防护玻璃片、碎橡胶片、补口的废弃物等不能遗留在工地；顶管的施工产生的废渣应倒运到指定的位置，不能散落在施工现场；定向钻施工的钻井液进行收集和过滤，与相关的单位和部门结合，进行填埋或运走，最终实现无害化处理。
参考文献
[1] 李郝胜. 由工程实例谈电缆排管穿越道路采用水平定向钻顶管施工的工艺方法[J]. 中国科技纵横, 2017(4):104-104.
[2] 贾春磊, 潘月宇, 袁勇,等. 水平定向钻顶管结合工法的可行性分析[J]. 地质科技情报, 2016(2):15-19.
论文作者:乔 奇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：顶管论文; 管道论文; 导向论文; 工程论文; 操作论文; 套管论文; 后背论文; 《工程管理前沿》2019年第11期论文;