摘要：城市管道燃气属于城市基础设施，是城市公用事业的重要部分，对改善城市环境状况，减少大气污染，提升城镇居民的生活品质有着重要的作用。随着施工技术的发展，水平定向钻进施工技术很好的改善了传统的燃气管道施工技术不足，具有不破坏环境、不影响交通、施工周期短、综合效益高等优点。同时由于是一种非开挖敷设管道施工技术，因此，在城市燃气管道施工中得到了广泛的应用，但是水平定向钻进施工技术水平还有待提高。
关键词：燃气管道施工；水平定向钻进；施工
燃气管道是非常重要的基础设施，在城市公共事业中占有举足轻重的地位，它可以使城市环境得到改善，还能减少大气污染，因此燃气项目建设在城市建设中具有重要作用。常规管道施工安装，多采用开挖技术施工，往往导致道路等设施破损，影响环境和交通，给人们的生产、生活带来诸多不便，而且施工成本越来越高，施工难度越来越大。为了克服施工困难，降低施工成本，避免和减少管道工程施工对市政设施、自然环境等的破坏，诞生了一项新的施工技术———非开挖技术。该技术能在地表干扰极小的情况下，无须挖掘就可以铺设、修复、更换、探测地下管线，具有不破坏环境、无泥尘污染、不干扰交通、不破坏道路结构、铺管精度高、工期短、施工安全性好等优点。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，中靶精确，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。
一、水平定向钻进的优点
1、适应能力强。水平定向钻进技术可以在不同的环境、不同的地质条件、不同的场景下使用，不需要考虑是否会受到水流速度、潮水汛期的影响。
2、管道铺设精度高。水平定向钻管道铺设入土点的误差基本为零，并且出土点的误差也基本可以稳定在 5%以内，具有较高的铺管精度。
3、埋深范围大。在一些大型河流管道穿越过程中对于管道埋深具有很高的要求，水平定向钻进技术可以达到相关技术要求。
二、水平定向钻施工的技术特点
水平定向钻施工的技术特点有：定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地、植被，不会影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。③城市管网埋深一般达到3 m以下，穿越河流时，一般埋深在河床下9～18 m，所以采用水平定向钻机穿越，对周围环境没有影响，不破坏地貌和环境，适应环保的各项要求。采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短、人员少、成功率高、施工安全可靠等特点。与其他施工方法相比，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，且施工占地少、工程造价低、施工速度快。大型河流穿越时，由于管线埋在地层以下9～18 mm，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，所以起到自然防腐和保温的功用，可保证管线运行时间更长。
三、案例分析燃气管道定向钻施工
该工程为一PE315×28 的天然气中压管，穿越长度304m，最大深度为高速公路路面11m 以下。
1、机械性能和相关参数。7020 型钻机具有优越的钻进性能，加上特制的辅助助力装置，使回拖力达到45t，最大扭矩达到12000NM。主机配备有先进的液压系统，动力源采用康明斯发动机，优良的设备加上高素质的员工是顺利完成该工程的重要保证。
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2、泥浆配比。孔的成功与否关键在于如何防止塌方的问题，故此在钻导向孔时，按照地质构造的不同详细制定出合理的泥浆配比方案，在不同的地质情况下选用不同的泥浆配方，再考虑到穿越距离长为防止融土包裹钻具，所以在化学聚合物中，按比例配制专用的凯斯防糊钻液，可进一步降低孔道中的阻力。虽然表面地质为黏土，但昌樟高速，鱼塘下为沙下风化岩。为此现场还预备凯斯专用的高效膨润土以及配合使用的凯斯其它辅助添加剂为土质变化准备了应急措施。
3、定向钻施工方法。导向钻管法的施工工艺主要为：地质勘探—穿越曲线设计—测量磁方位角—钻机就位—钻导向孔—扩孔—回拖—环境保护—地貌恢复。水平导向钻机在施工时，按照设计的钻孔轨迹，采用可从地表钻进的钻机先钻一个近似水平的导向孔，然后在导向钻头后换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设工作管线，然后进行反向扩孔，同时将待铺管线回拉入钻孔内，当全部钻杆被拖回时，铺管工作同时也就完成了。在整个施工过程中应当注意以下几个地方：
设备就位、安装、调试。钻机就位前对钻机施工场地进行平整（20mm×30mm），保证设备通行及进出场。设备及材料存放场地需高出自然地面不小于15mm，推平、碾压，并设断面不小于0．3m×0．3m 的边沟。打好轴线后，根据如入土点、入土角度，并结合现场实际情况使钻机准确就位。钻机设备、固控设备安装完成后，对设备进行调试、检查、测试，确保设备安全运行。控向设备仪器安装完成后，对其进行调试，确保导向孔的深度。预置入土端泥浆储运坑（2m×4m×2m）及出土端泥浆储运坑（2m×3m×2m）。多余泥浆由吸污车集中清运。
钻导向孔。为保证预扩孔及回拖工作顺利进行，该公司采用7020 型导向钻机，钻导向孔时要求造斜段应严格按设计曲线钻进。经过对轴线及钻机就位情况进行校准，再做了充分准备和检查无误后开始导向钻进施工。
（1）预扩孔及磨孔。预扩孔采用7020 型向钻机进行预扩孔，边扩孔边打入泥浆，视旋压力及回拉压力逐渐加大扩孔级别。预扩孔采用导向钻机进行预扩孔。扩孔次数需视钻机回转压力及回拖压力而定。扩孔级别如下：使用φ380mm 螺旋扩孔钻头扩一遍；使用φ480mm 螺旋扩孔钻头扩一遍。扩孔前要做好泥浆循环系统的准备工作，7020 型导向钻机配套的专用泥浆搅拌系统工作性能，每小时的正常工作流量为15m3，则泥浆泵每一个工作日的正常循环流量为120m3。在入土点、出土点旁各开挖一个泥浆坑，并配合有清运泥浆的专用设备。保证施工现场的清洁，做到文明施工。
（2）拖管。包括：拖管采用专门的回拖器，同时采用边打泥浆边旋转回拖的方法。从而保证成品管不被破坏。旋转分动器采用特制的结构。扶正器与工作管的连接要牢固，并要求工作管与拉管器的连接要牢固、安全、密封，做到可靠。采用小比重高粘度的泥浆，加入适合地质结构的泥浆处理剂和管孔润滑剂等措施以减少回拖时的阻力，减小钻机工作负载。在φ315x28PE 管回拖前，验证扩孔后孔内是否有充足泥浆，以便回拖中起到护壁润滑作用。经确认煤气管焊接将气管拖人端与回拖器连接牢固，检查所有回拖系统是否处于最佳状态。
（3）采用非开挖工艺的控制要求。充分重视地勘的重要性，应该说每项非开挖工艺都具备一定的风险，但如能做好地勘，详细了解所穿越地段地质风险，认真研究地勘报告，采取相应措施，便能规避风险。物探方法按定位原理有：电磁法、直流电法、地震波法和红外辐射法等。通过采集所需数据，进行管道设计轨迹优化，提高管道轨迹的科学性。有效管理，严谨、规范操作是成功的保证。非开挖工艺具备一定的技术含量，同时也取决于施工人员的经验。精心安排工程施工的各个环节，从现场勘察、穿越曲线设计、优化钻机就位调试、磁方向角确定到钻孔、扩孔、回拖。严谨规范操作，把握细节，才有可能一次成功。
参考文献：
[1] 韩武忠，史美明.定向钻穿越管线三维竣工测量技术的探索与实践[J].建筑工业出版社，2012.
[2] 李猷嘉.燃气输配系统的设计与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2012：42.
论文作者:周家腾
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/29
标签：钻机论文; 泥浆论文; 管道论文; 导向论文; 水平论文; 管线论文; 燃气论文; 《基层建设》2019年第4期论文;