摘要：在城市建设方面，为人们提供日常生活所排放城市污染的管道地下错综交杂。开挖这些地下管道使得城市道路质量变差，也会给人们的生活带来不便。本文对非开挖技术即水平定向钻施工技术的相关应用进行了研究。
关键词：水平定向钻；施工；管理
我国经济社会的持续发展和城市化进程的不断加快，在县级以上城市，各种市政管线在在地下纵横交错，层叠密布，地面上的市政建筑也越来越多。常规管道施工安装，给人们生产、生活带来了很多不方便，而且施工成本越来越高，施工难度越来越大。尤其是在非开挖技术中，水平定向钻施工一直是主要的增长领域。定向钻施工具有先进的导向系统，中靶精准，机械回转扩孔速度快、噪音低，机械占用场地小、不阻断交通、不影响环境等特点。
1、水平定向钻进施工原理和技术特点
在非开挖铺设管线或穿越河流、道路、建筑等障碍物时，定向钻进施工优势十分明显。主要特点是可以根据预先设计的铺管线路，由钻机驱动带来楔形钻头的钻杆按指定方向沿设计轨道进行钻进，绕过地下障碍，直至达到目的。导向孔的施工完成后，再利用反拉扩孔的施工方法将导向孔逐渐扩大，直到达到铺管所需管径。随后将所需铺设的管线牵引拖回已完成扩孔的设计铺设位置。
该技术的关键是沿着设计的导向轨迹进行导向钻进。是利用放置在钻头的探头发出信号，地表接收机根据探头发出的信号跟踪测出探头位置、深度、倾角、楔面向角等参数，由导向员将导向指令传递钻机操作员。钻机操作员根据同步显示器的指示操控钻杆调整楔面向角进行旋转或顶进行操作，绕避前进中的障碍，实现有目标的导向式钻进。
根据不同的地层与铺管需要，使用泥浆泵为钻进过程及时提供足够的钻进液。钻进液在钻进和反向扩孔过程中，起着制造泥浆，稳定钻道，冷却钻头等作用。制造的泥浆一方面使得钻屑排除钻道，为管道铺设提供足够的空间。另一方面，流动泥浆的悬浮力又可极大的减少了托管的阻力。
2、燃气管道穿越工程中水平定向钻进技术施工工艺
定向钻施工工艺一般分为两个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔。第二个阶段是将导向孔进行扩孔，并将管道沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。具体施工顺序为：现场勘查、开挖工法井、设计轨道线、导向孔施工，各级预扩孔、回拖管材。在牵引管施工完成以后，砌筑检查井。
2.1 导向孔施工
导向孔施孔是成孔的关键，根据已设计轨迹线确定导向孔的入土点和入射点轨迹线。认真测量和科学选取穿越轴线的方位角，使钻孔接近设计轨迹线。导向孔钻进过程中，注意井眼的返浆情况并做好记录，以准确判断钻进过程中地质情况，为预扩孔提供可靠数据，导向孔的施工是否符合设计要求，直接影响工程的质量。根据钻进过程中记录数据仔细分析所钻进的线路是否存在回填土，以便及时调整施工工艺应对措施。另外，在导向孔施工过程中，导向技术人员要确保曲线偏移不能超越规定设计范围，每根钻杆间的角度变化也要得到严格的控制，确保导向孔高质量的完成。
2.2 各级预扩孔
导向孔完成后，技术人员应该根据操作人员的原始记录并与原设计轨迹线相核对，再次复核导向孔的质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在导向孔符合质量要求的情况下，取下导向钻头，接上反扩钻头和分动器，然后可以进行回拉扩孔。增加扩孔级数，更能保证成孔的质量。扩孔时应视地层的不同选择不同类型的反扩钻头。同时还可以根据地层情况选择泥浆配方，一般情况下，地质粘质成分多，可用清水和刮刀钻头扩孔，自然造浆，保持孔壁稳定。如果所穿越地层中含沙量高，就必须选择优质泥浆，用膨润进行泥浆护壁处理。扩孔直径符合铺管要求时，扩孔就告知结束。
2.3 清孔
扩孔结束后，用清孔器清孔。清孔时要注意泥浆比重，保证泥浆质量。机械操作人员应该注意仪表的变化，以此判断孔内情况。并做好记录，技术人员根据记录的数据，分析清孔的效果如何，决定能否铺设管材。
2.4 回拖管材
当钻孔清孔达到铺管要求后，需要进行回拖前准备，复查管材质量以及搬运过程中有无损伤，管材焊接是否符合规定要求，检验完毕后，才能进行铺设。操作人员控制钻机的拉力和速度，确保所铺设管材不受损伤。回拖管材时，先将扩孔工具和管线连接好，然后开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，高密聚乙烯燃气管道在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，因此管线在括号的孔中处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样就减少了回拖阻力，又保护了管线的防腐层。
3、燃气管道穿越工程水平定向钻技术施工方法
3.1 前期准备
①地质及地下水管线的排查
第一，现场交通、水源、电源、施工运输道路、施工现场等资料的收集。
第二，与其它部门核对地下管线，并用探测仪确定定向钻施工路线所在位置其它管线的种类、结构、位置走向及埋深。
第三，用局部开挖法取得施工路线位置地下土层分析、地下水位及土壤、水分的酸碱度等资料。
②施工主要机械设备、车辆、定向钻机一台套、月食导向系统一台套、90kw电机组一台、经纬仪一套、成套钻具、泥浆系统及其他辅助设备、工程及保障车辆三台。
③对所敷设管线位置进行测量，根据设计的铺管深度初步确定施工段的倾斜长度 、入射点的位置、铺管长度、下管位置、复核甲方提供的各点标高，为钻机施工创造条件。导向孔轨迹设计是在管线剖面图基础上，设计出钻孔的最佳曲线。钻机按设计轨迹校正，固定安放。
3.2 技术要求
①定向钻穿越管道施工的管道，应严格按设计图样要求施工，并经过检查验收合格后才能施工。
②管道组装焊接长度应该为穿越面曲线设计长度加20米，设计长度应与实际钻成的导向孔记录长度核对。
③严禁在穿越管段上开孔焊接接管、管嘴及其他附件，试压时只许在管道两端加长段开孔焊接放空阀和安装压力。
④在穿越长度和工艺条件允许的条件下，穿越管道曲线半径应该尽量取大一些，在曲率半径以1500D才合适，但最小的曲率半径不应小于300m。穿越管道在入土点支护20米内应为直线段。
3.3 定向施工及管道铺设
①设备安装。调整水平钻机与导向孔位于同一条直线上，并将钻机倾角和入射角深度调整至符合设计导向轨迹要求中。
②分级回扩。导向孔成型后，采用由小到大逐级扩孔方法进行回扩，同时采用泥浆护壁。直至导向扩至满足铺管要求为止。
4、小结
以上所述，在未来长时间的发展中，我国能源消费结构将会有很大的改变，从我国天然气的储量、消费结构比重以及国家环保政策等方面进行分析，天然气产业存在很大的发展空间。在天然气管网建设中，水平定向钻作为一项先进的高效、安全可靠、社会效益和经济效益明显的施工技术，将会得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1] 钟运彪.水平定向钻技术在高压燃气管道施工中的应用[J].地球.2013
[2] 曾胜钟.水平定向钻施工技术在燃气管道穿越工程中的应用[J].城市建筑.2014
[3] 赵鹏.水平定向钻施工技术在燃气管道穿越工程中的应用[J].科技视界.2013
论文作者:吕磊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/6
标签：导向论文; 管道论文; 泥浆论文; 钻机论文; 管线论文; 水平论文; 钻头论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;