定向鉆技術在管道施工中一般用于長距離非開挖穿越。其優(yōu)點是施工速度快、鋪管精度高，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。但由于對設備、鉆具較強的依賴性和地下施工中的不可視性，使其具有更大的風險。本論文以油田某輸氣管線工程中的定向穿越為實例，針對在發(fā)生的管線回拖失敗問題進行論述分析。
一、工程概況
本文介紹的深穿段管線，規(guī)格為Φ219*6無縫鋼管，穿越水平長度1665m，小曲率半徑328.5m，穿越深度為8m。根據(jù)回拖力計算公式，計算的拉力F=24.91噸。該段選用回拖拉力280噸的鉆機，滿足工程需要。
二、管線回拖技術措施
1、確保導向孔平滑、順暢、滿足設計曲率半徑的要求，并避免出現(xiàn)S彎。
2、后一次擴孔前對鉆機等主要設備進行一次檢查和維護保養(yǎng)，拖管前再進行系統(tǒng)檢查，確?；赝线^程中設備不出現(xiàn)問題。
3、及早做好拖管的各項準備工作，盡量壓縮擴孔完成后和回拖前的停工時間，減少風險，若停工時間超過12小時，需要再進行一次通孔后再回拖。
4、調(diào)整好管道的入子L角度，與出土角保持一致，避免因管線彎曲造成應力過大而使回拖困難，根據(jù)施工實際情況，可將沿軸線方向前挖20—30米，以達到降低支撐高度，管道入洞容易的目的。
5、適當增加聚合物含量，提高泥漿的懸浮和固孔能力；加入泥漿流變劑，使泥漿在較高的粘度下保持良好的流動性，提高攜帶能力，降低粘滯力；加入潤滑劑減小摩阻；加入單項壓力封閉劑，即起到良好的堵漏效果，又在孔壁形成致密的保護膜，對上部砂層起到良好的封閉作用。
6、使用發(fā)送滾輪，要求滾輪高度300mm每15米設置一個滾輪，以減少倒拖拉力，使回拖順利進行。
7、在回拖時進行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成卡鉆?；赝锨白屑殭z查旋轉接頭、連接頭、擴孔器的連接，確定連接牢固方可回拖。
8、管道回拖時，盡量使用與后一次擴孔相同的鉆具結構，以利于沿原軌跡，回拖時應避免鉆具與管道硬連接，旋轉接頭和工作管之間加“U”型環(huán)，其抗拉強度應與鉆機的額定拉力相匹。
四、泥漿的流變性的問題
水向穿越的成孔依賴鉆具對周圍土壤的切削和擠壓。泥漿的重要作用之一就是懸浮和攜帶泥屑。確保泥漿的流變性，才能使其懸浮和攜帶泥屑的作用完全發(fā)揮。在一些重大項目的穿越施工，都是在板式擴孔器擴孔后，采用桶式擴孔器清孔，以達到確保預擴孔質(zhì)量的目的，這樣不僅使泥漿的流變性增強，還減少了管道回拖時的阻力。而在本工程的施工中并未對預擴孔進行清孔。從而大大增加了回拖阻力，也是造成回拖失敗的原因之一。
五、預擴孔直徑選擇上的問題
孔的穩(wěn)定性隨著穿越地層巖性的不同存在很大的差別。在粘土、亞粘土層，孔的穩(wěn)定性比較好；而在粉砂、流砂和礫石層，孔的穩(wěn)定性很差。在實際施工中，地下土層多為流砂，粉砂，這也導致了預擴孔的穩(wěn)定性較差?？讖皆酱螅椎目赡苄砸搽S之增加。實際施工時，為了增大環(huán)形空間減少回拖拉力，采用了擴孔直徑1.5Dn，而在一般情況下管道穿越的后一級擴孔直徑為1.2—1.3Dn或Dn+mm。較大的孔徑雖有利于管道的回拖，但在流砂和粉砂的地層采用擴孔直徑，加大了塌孔的風險；同時施工周期較長也是間接導致管道在回拖過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象的原因。

具體公式如下:F拉=πLf[D2γ泥/4-dδ1(D-δ1)]K粘πDL式中:F拉——計算的拉力，kN，L——穿越長度，f——摩擦系數(shù)。根據(jù)綜合設計和實際需要f=0.1～0.3。D——生產(chǎn)管直徑，γ泥——泥漿密度，kg/m3，δ1——生產(chǎn)管壁厚，K粘——粘滯系數(shù)，K粘=0.01～0.03。本項目采用國產(chǎn)DDW—350鋪管鉆機，馬克3導向儀。另配功率為45kW的不停鉆射流循環(huán)泥漿攪拌系統(tǒng)，可快速制備鉆進用泥漿，操縱臺全功能數(shù)字儀表顯示。具有獨立的液壓錨樁系統(tǒng)。鉆機的主要技術參數(shù):發(fā)動機功率為200kW，大的推力/拉力為380kN，大的回轉扭矩為，輸出軸轉速為0～110r/min，泥漿系統(tǒng)功率為45kW。
1、 水平定向鉆穿越施工工藝：

使用水平定向鉆機進行管線穿越施工，一般分為二個階段：階段是按照設計曲線盡可能準確的鉆一個導向孔；第二階段是將導向孔進行擴孔，并將產(chǎn)品管線（一般為PE管道，光纜套管，鋼管）沿著擴大了的導向孔回拖到導向孔中，完成管線穿越工作。

1.1 鉆導向孔:
要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導向板或地下泥漿馬達，開動泥漿泵對準入土點進行鉆進，鉆頭在鉆機的推力作用下由鉆機驅(qū)動旋轉（或使用泥漿馬達帶動鉆頭旋轉）切削地層，不斷前進，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進方向，所完成的導向孔曲線符合設計要求，如此反復，直到鉆頭在預定位置出土，完成整個導向孔的鉆孔作業(yè)。見示意圖一：鉆導向孔。
非開挖定向鉆技術的優(yōu)勢
（1）施工場地小，不干擾地面交通，社會影響小。采用開挖方式施工，管溝的平均寬度在0.8m以上，若加上一側返土和周邊設置的防護圍欄，平均寬度在2.0m左右。這對于本就狹窄的城市道路而言，無疑增加了巨大的交通壓力，也給附近居民的出行造成不便。而采用非開挖定向鉆技術施工不用開挖長距離管溝，施工場地較小。工作坑面積一般在3～6m2，為了保障施工質(zhì)量及便于后期的維護保養(yǎng)，工作坑間距一般在200m左右，也就是說每米管線的開挖面積不足0.03m2，土方量較少。而且由于施工速度較快，一般可隨施工隨回填，對周邊環(huán)境、交通安全、社會秩序、居民生活的不利影響也降到了限度。
（2）施工障礙少，避免干擾其他地下設施。科技路地處繁華的，原有地下管線多而且雜，由于原始資料缺失，部分地下管線甚至無法確定具置。在開挖施工過程中，采用機械挖掘很容易損壞到已埋管線，而人工開挖的人力和時間成本又都過高。如果選擇非開挖定向鉆方法施工，則能有效繞開障礙物，只需確定工作坑附近的地下管線位置，將打孔深度定位在一般管線平均埋地深度以下（即地下2～3m左右），避有埋地設施即可。
（3）受地表現(xiàn)狀影響小。在日常市政燃氣管線施工過程中，限制施工的往往是各類地表現(xiàn)狀，比如河流、池塘、公路、鐵路、樹林等等，甚至一些鋪裝良好的硬覆蓋地面也會成為管道開挖施工的難題。而非開挖定向鉆技術的優(yōu)點在于可以直接從地下穿越河流、公路、鐵路等且不破壞地表的原有地貌。采用非開挖定向鉆技術鋪設燃氣管道，埋深可以在地下5～10m，甚至更深。既沒有水上、水下作業(yè)而影響江河航道的問題，也不會破壞江河兩側堤岸及河床結構；既不會對公路路面產(chǎn)生破壞，也不會影響軌道交通，而且施工一般不受季節(jié)限制。因此，該方法特別適合于穿越江河、公路、鐵路等設施的施工。
（4）速度快，效率高。由于非開挖鋪管無須開挖管溝，省下了道路開挖和回填后維護保養(yǎng)這兩項工期長的工序。以該工程為例，東西兩段管線長度基本一致，西段非開挖施工只用了15d，而東段開挖鋪管則用了28d，兩者比較，非開挖鋪管技術在工期方面具有非常大的優(yōu)勢。這是因為，采用定向鉆機鋪設地下燃氣管線作業(yè)面比較小，操作簡單，一般只需機手1名，輔助人員4～5名即可完成施工作業(yè)。每班平均進度基本都在50m以上，既可連續(xù)作業(yè)，亦可多臺分段作業(yè)。因此，非開挖定向鉆方法具有用人少、速度快、效率高、方法簡單的優(yōu)點。特別是在工期比較緊張的工程中，非開挖定向鉆方法可以列為方式。
（5）工程造價較開挖施工略低。非開挖定向鉆法施工價格構成中的支出是設備購置費昂貴導致的折舊費，一般按每米單價計費，但因作業(yè)坑少，破路面積小，綜合造價反而會較低。以該工程為例，該市政部門收取的同類路面破路費為172元/m2，由于是當年新修道路，破道費用還要乘以3倍，開挖方式施工需破路面1499m2，共計77.3萬元，再加土方施工（開溝、回填）11.82元/m3，按平均溝深1.8m計，共2698m3，共計3.2萬元，兩項相加總共為80.5萬元；而非開挖方式施工作業(yè)坑破路面積72m2，費用3.7萬元，大約只相當開挖施工方式的5%，土方施工共0.3萬元，再加上管道施工費用48.8萬元，總共為52.8萬元。折算成單價相比較，在不計算人工費用差異的前提下，開挖鋪管平均造價為430元/m，非開挖鋪管的平均造價為270元/m。兩者比較，非開挖定向鉆法施工比傳統(tǒng)開挖施工節(jié)省費用近40%。
泥漿泵流量為320L/min，泥漿泵壓力為10Mpa，角度為8°～20°。3.管材的選用根據(jù)設計文件，管材選用HDPE管，該管具有如下特點:①高韌性，抗拉能力強，抗刮痕能力好，②采用熱熔對接一體化連接，密封可靠，連接強度高于本身強度，適于拖拉，③可撓性能好，管道走向容易按照施工軌道進行改變，④快速裂紋傳遞抵抗能力好。4.泥漿的配制采用聚合物加強性泥漿，由優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿加少量聚合物制成。該配方中膨潤土和聚合物添加量約占泥漿質(zhì)量的2%。擴孔拖拉中采用同樣比例的泥漿，造壁性能良好，潤滑和降低扭矩的效果明顯，未發(fā)生塌陷等情況。5.導向孔的施工根據(jù)測量的軸線，操作定向鉆機水平鉆進。路面上部采用控向儀等導航設備控制鉆頭的方向和深度。
以利排渣。擴孔分3～5次完成，后邊一次回擴需采用相應的擠擴式鉆頭，若回拖力和回擴扭矩較大。則需多回擴一次，以利孔壁成型和穩(wěn)定。針對廣東地區(qū)粉淤質(zhì)土質(zhì)的特點，實際操作時在泥漿混配系統(tǒng)中加入適量TEA等稀釋粉，該粉具有固化洞壁，潤滑鉆桿，塑管等作用并能起到防止管材變形等功能。在鉆進回擴過程中，應及時做好施工原始記錄，發(fā)現(xiàn)鉆進時間，軸線角度。扭矩，頂拉力等異常情況，應立即停止施工，待查明原因并采取相應措施后再施工。7.回拖管材HDPE管的管材連接要嚴格按電熱熔施工要求施焊，回拖前應檢查電熱熔焊接質(zhì)量，待焊接自然冷卻，檢查合格后方能進行拖管。在回拖管道過程中，密切注意孔況，鉆機操作手應密切注意鉆機回拖力。

勝越管道工程有限公司

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勝越管道穿越工程有限公司（非開挖），是一家在山西省非開挖行業(yè)中具有在各種復雜環(huán)境下施工經(jīng)驗的企業(yè)，是山西地區(qū)早從事非開挖頂管技術研究開發(fā)和施工服務的專業(yè)施工隊之一。是國際非開挖技術協(xié)會、非開挖技術協(xié)會單位會員。

管道穿越工程：運輸管道采用水下或地下敷設方式通過河流、湖泊以及鐵路、公路等地段的管道線路工程。
管道跨越：運輸管道采用架空敷設方式，通過河流或山谷等地段的管道線路工程。
管道穿越河流一般選擇在水流平緩、河床平直、地質(zhì)穩(wěn)定、兩岸有一定施工場地的地點。管道穿越河流時，如果管道裸敷在水下河床上，由于水流沖擊、河床沖刷、冰凌和河道變遷的影響而容易遭到破壞，在通航的河道還可能遭受船錨等機械損傷。如果管道在水下懸浮或局部懸空，水流不僅沖擊管道，還會因水流繞過管道而產(chǎn)生交變渦流，以一定周期的脈沖壓力作用在管道上，使管道在交變應力作用下產(chǎn)生振動和疲勞損壞。因此，管道通過河流必須防止水流引起的損害。

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