上海燃气工程设计研究院有限公司东莞分公司 广东东莞 523000
摘要：从设计实例计算分析着手，根据理论和实践运行经验综合分析研究影响定向穿越的出、入土角和穿越深度的因素，并针对性的提出一些建议和措施。
关键词：定向穿越；出土角；入土角；直线段；弧线段；回拖力
传统的燃气管道穿越道路、河流多采用开挖施工，施工中带来了交通阻塞、出行不便、城市绿化被毁等一系列问题。同时，城市基础设施的不断建设也使燃气等地下管线的施工将经常面临城区内河流、景观道路及其它地上构筑物的影响。非开挖技术把施工对环境的影响减少到最小，而且当管线要通过重要道路、河流、集市时，非开挖技术就显得尤为重要。作为一项新兴的管道敷设施工技术，水平定向穿越以其具有精确导向，有利环保，施工周期短、效率高等众多优势。
本文主要就从事燃气管水平定向钻穿越设计以及施工的实践中对入土角、出土角、穿越长度、穿越深度等参数的确定进行研究。
1定向钻穿越工艺简介
定向钻穿越施工时，首先钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线；作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。详见下图：
然后在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.5倍以上；需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。
最后地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节、被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
2管道穿越设计参数的确定
以东莞环线设计压力4.0MPa高压天然气管道为例。根据相关研究报告的实际情况，确定管道管材选用X60板材，管径为φ813毫米，其中穿越段采用直缝埋弧焊钢管。
2.2 穿越长度计算
根据有关规定：一般入土角控制在90～120、出土角控制在40～80为宜，曲率半径以1500D为宜，穿越管段在入土点之后20m内应为直线段。我选择了入土角为9.50，出土角为50。水平段长度为50米，可以通过调整敷设深度，将入土段直线段的长度控制在20m左右，计算得出穿越水平距离为559.77米，穿越管道长度561.82米。
3出、入土角的变化对穿越长度、深度的影响
根据有关规定：一般入土角控制在90～120、出土角控制在40～80为宜，现在许多钻机的生产商制造的钻机的钻杆的入土角最大可设定为180，最小为70左右。选择不同的出、入土角都会对穿越的长度和深度产生影响。当然影响穿越的长度和深度的因素还很多，后篇再叙。
从图－5中我们看到相同管径的钢管，弧线段的曲率半径为1500D，在穿越深度相同时，如果穿越的水平直线段距离相同，那么出、入土角越大，穿越的长度就越短，同时增加了施工难度。
从图－6中看到相同管径的钢管，弧线段的曲率半径为1500D，在保证入土点之后20m的直线段的情况下，那么入土角越大，穿越的长度就越长。
综上所述，我们在严格执行相关规范的前提下，选择一个合理的出入土角和穿越深度非常重要。
4影响出、入土角和穿越深度的因素
4.1 施工场地
由于在施工过程中，扩孔完成后，所以所有穿越用钢管都必须在事先全部焊接完工，并验收合格。这就要求有一个比穿越长度略长的布管场地，见图－7。因此在现场勘察时就必须考虑布管场地。如果增加出入土角，就相应增加了穿越深度和施工难度。
4.2 地质条件
定向穿越对地质条件有相当严格的要求，规范规定适宜于穿越的地质条件有：粘土层、亚粘土层、粉砂层、中砂层。上海是冲积平原，土质比较适合穿越，但优缺点各半，这类土中如果含水量少，在穿越过程中的固孔效果很好，但硬度增加，增加施工难度。反之，就会形成流沙层，固孔效果非常差。
4.3 障碍物
由于穿越工程为非开挖工程，在穿越河流、公路时，对地下障碍物必须进行详尽的探测。这些障碍物对穿越工程的安全实施，影响很大，设计管路时都必须考虑到。以“西气东输”上海城市输气管网一期工程Ⅸ标段吴淞蕴藻浜定向钻为例，按照正常的设计，最深处管顶的设计标高为－16.00米，结果物探资料显示，浜北正好有一排码头桩，桩底标高为－22.00米，设计时只能增加深度，最深处管顶的设计标高修改为－28.26米，以保证管路距码头桩底的净距达到3.00米的安全距离。为达到这个深度，只能将出入土角定在规范规定的上限，入土角为120，出土角为80，增加了施工风险。
4.4 钻机
由于目前国内的钻机大都依赖进口，而生产商的技术水平也不尽相同，有些钻机可以将入土角定为180。这类钻机适用于电力电缆，塑料管等软质材料。对于刚性较强的钢制管道不是很适用，所以在设计时，也必须对施工采用的钻机有一个全面的了解，以控制出入土角，以免超出钻机所能达到的最大入土角。
4.5 相关部门的要求
我们的穿越工程主要是穿越大型通航的河流；交通繁忙的公路、高速公路、互通式立交桥；铁路。这些河流、公路、铁路都有专门的管理部门来管理，而各部门对管道穿越其下的要求也各不相同，例如铁路部门要求：一般性的铁路为枕木下6米，重要一些的为枕木下16米，主干道他们要求自己施工。公路部门相对好些，只要能避让开地下管线就行。水务部门要求：小型河流一般不采用定向穿越。而对通航的、大型河流的规定很严格。首先规定穿越深度距现状河流最深处的净距必须大于3米；景观河道两侧各50米，与现状河流深度加3米所组成的矩形断面范围内，管道不得进入，这就大大增加了穿越长度和深度，如果施工场地无法满足的话，就只能调大出入土角了。
5 结语
在东莞，燃气管道的敷设过程中，难以避免地会碰到河流，铁路，公路等重要设施，定向穿越技术作为一项高精度、高效率、环保、安全的施工技术，已经开始得到广泛的应用。
论文作者:黄权
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/1
标签：深度论文; 钻机论文; 河流论文; 管道论文; 长度论文; 管线论文; 线段论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;