探讨城镇燃气管道非开挖定向穿越施工技术的应用

探讨城镇燃气管道非开挖定向穿越施工技术的应用

崔文豪 卢元鹏

青岛润昊天然气有限公司 山东省青岛市 266000

摘要：在城镇建设中，燃气管道属于至关重要的基础设施，能够有效的改善城镇大气环境，降低污染，为城镇居民日常生活提供了便利条件。但是在燃气管道的实际施工过程中，经常会与道路开挖施工发生矛盾。随着城镇规模、经济不断发展，道路开挖施工更加困难。基于此来类情况，我国相关研究人员针对燃气管道施工技术进行了改革创新，研发了非开挖定向穿越技术，极大的降低了施工难度与施工成本。

关键词：城镇；燃气管道；非开挖定向穿越；施工技术；应用

1非开挖定向穿越施工技术概述

非开挖定向穿越施工技术与定向钻施工法为基础,利用水平定向钻机可控钻进轨迹的方式在不同地层和深度钻进,通过定位仪导向抵达设计位置,并进行管线铺设。

主要工艺流程包括地质勘探、设计穿越轨迹、磁方位角测量、钻机定位、钻导向孔、扩孔、回拉铺管及清理恢复现场等。其中地质勘探主要方法包括电磁法、红外辐射法及地震波法等。钻导向孔、扩孔及回拉铺管共同构成了水平定向钻铺管工艺,具体来说,在起点位置,将水平导向钻机下钻进入地下,以设计的钻孔轨迹钻进,在到达终点位置后,钻机斜向钻出地表,形成两端翘起、中间接近水平的导向孔,之后进行反向扩孔,将管线回拉到钻孔内,最终完成管线铺设工作。

相较于水网及热网等基础设施来说,燃气网的发展滞后,燃气管道管径一般在1m以下,适合采用非开挖定向穿越施工技术,尤其对于PE材质的燃气管道铺设施工来说,开挖定向穿越施工技术是理想选择。

2水平定向钻施工的优、缺点及适用范围

2.1水平定向钻施工的优点

1、采用定向钻穿越施工时，地上功能能够正常使用。例如穿越公路、铁路、桥梁时，可不阻断交通，保证交通的连续性。穿越河流时，可保证河流畅通，不阻断通航、排洪。

2、由于采用了地下非开挖技术施工，减少了大量工程土方的开挖、运输和堆放，有利于环境保护，减少尘土飞扬，同时也相应的减少了基础埋设、开挖协调，技术交底，地上附属物青苗赔偿，地面恢复等的费用。

3、施工周期短、作业安全迅速、综合成本低，社会效益显著。在天然气管道施工无法进行或不允许开挖施工的场合，可用定向钻从其下方穿越，深度可控。在城市建设高速发展的今天，避免重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，具有较高的社会及经济效益。

2.2水平定向钻施工的缺点

1、由于水平定向钻施工是一项新的生产工艺技术，目前我国尚无统一的技术标准和施工收规范，造成对工程设计、施工质量的把控没有官方依据。一旦发生质量事故，对责任方的认定也造成一定难度。

2、由于采用定向扩孔拖拉，施工结束时，管材与回扩孔之间的空隙处理，不能像开槽敷设施工那样进行回填夯实。因此，对管材沉降要求比较高的工程在实际使用中存在着一定的风险。

3.定向转施工的管段一般由于进出土点的位置角度原因和市政建成管线密宗复杂等原因，导向深度一般远大于开挖，因此在后续一旦发生泄漏，对于维抢修工作带来极大麻烦。

2.3水平定向钻施工的适用范围

水平定向钻适用于城市道路、公路、铁路、河流及其他不宜在大开挖施工地段的管道穿越工程。可敷设天然气、热力等各类地下管线，管材主要可分为钢管、PE管等。

3非开挖穿越施工技术的相关分析

3.1燃气管道使用设备的性能以及参数的分析

例如在管道开挖过程中,沟神钻机是最常用的施工设备,主要是因为它的钻进性能较好,通过与助力装置有效结合起来,能够达到50吨回拖力,而且它的最大扭距能够达到15000NM。同时由于它自身拥有性能较好的液压系统和发动机,所以可以顺利的完成城镇燃气管道的开挖工作。

3.2保障泥浆合理配比，提高泥浆质量

在进行钻孔施工的时候，施工单位需要提前对施工地区的地质特征进行分析，合理的配比泥浆，确保泥浆能够符合实际施工的要求。另外在配比泥浆的过程中，还应当注意穿越距离的长短，防止泥土将钻机包裹。如果钻机被泥土包裹，不但会严重影响施工进度，更会极大的减少钻机的使用寿命。现阶段燃气管道开挖施工过程中，通常都会使用到防糊钻液，能够降低钻机孔的阻力，不仅能够有效的提高钻进效率，更能够保障燃气管道开挖工作正常进行。

3.3施工设备调试工作

对需要钻孔施工的区域进行平整,同时将钻孔机放置到适合位置,有利于设备能够顺利的进出施工场地,在施工材料以及施工设备放置的过程中需要注意,其高度应该高出地面二十毫米。接着设置一个长度和宽度均为四十五厘米的边沟,并在打好轴线之后,根据其位置角度,把钻机放在合适位置,设备安装完毕后,要对其进行调试,保障定向孔深度,从而确保定向穿越施工的顺利进行。

3.4合理开展钻导向孔作业

例如在使用沟神6028导向钻孔机，开展扩孔作业的时候，为了能够保障扩孔工作正常进行，在钻导向孔的时候，必须要按照特定的曲线来开展钻孔作业。在开展钻孔作业之前，需要对钻孔曲线以及钻机的位置进而二次检查，检查合格之后才能开始钻孔作业。

3.5扩孔施工

(1)在使用沟神6028钻孔机扩孔的过程中,同时进行泥浆灌注,并根据钻孔的旋压力逐渐提高扩孔级别。

(2)相关操作人员根据会拉压力来确定扩孔次数,扩孔之前需要积极做好泥浆循环的系统工作。其中沟神6028钻孔机泥浆搅拌机25立方米/每小时。泥浆泵每日正常的工作量为180立方米。施工人员需要在入土以及出土点各开挖深度合适的泥浆坑,在此过程中要采用专门的施工设备,不仅可以确保泥浆坑深度合适,还可以确保施工场地环境清洁。

3.6拖管作业分析

(1）施工人员使用回拖器材的时候，需要将打浆与旋转会回拖同时进行，防止成品遭到破坏。(2）采用指定结构来安装旋转分离器。(3）在连接扶正器与工作管的时候，必须要保障其连接的紧密型。另外，保障工作管与拉管连接足够牢固，具有较强的密封性，进而提高实际安全性能。(4）在筛选泥浆的时候，应当注意使用粘度较好的泥浆，并向泥浆中添加泥浆处理剂以及工作管润滑器，降低机械回拉的阻力。(5）在将设备回拖以前，施工人员需要提前对钻孔进行检查，如果孔中有泥浆，必须要第一时间进行清理，确保润滑剂能够发挥出实际效果。(6）在焊接燃气管道的时候，施工人员需要对回拖管与燃气管的连接部位进行检查，确保二者紧密连接，保障回拖系统稳定运行。(7）在回拖的过程中，需要均衡控制回拖速度，通常需要将速度控制在0.12m/s，同时需要对回拖压力进行监测，并做好记录工作，第一时间向管理人员汇报，待管理人员作出判断之后才能进行进一步的措施，保障回拖施工正常进行。(8）在实际进行回拖作业的过程中，许多施工材料能够实现二次循环利用。

4非开挖水平定向钻穿越施工关键点

水平定向钻机由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及辅助机具组成，其中泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。在大多数的实际非开挖过程中，某一现场中并非由单一土层构成，同时由多种地层同时存在，彼此之间交互作用和影响，提供的泥浆对非开挖水平定向穿越施工的效率等影响很大，若提供的泥浆不合适，将会具有塌方危险，所以施工进行前安全管理人员均会对泥浆进行检查，确保符合当地地质情况。因此，施工队伍在水平定向钻扩孔过程中需要借助专门配制的泥浆来维持孔洞的稳定。通常泥浆钻井液选用钠基膨润土和增粘剂、防塌剂、降失水剂、磺化酚醛树脂等复配，使得各成分能够充分发挥各自的特性及协同作用，使得钻井液具有较强的稳定性和携带性、良好的流变性能、抗盐侵入和低滤失性能，获得较高的综合性能，钻孔孔壁可及时获得钻井液的支撑，保证孔壁稳定，降低因塌孔导致的施工风险，在非开挖水平定向穿越施工中可以应付松散破碎等复杂地层，能大大降低施工风险、提高钻进效率、减小废浆处理难度并节约工程成本和保护环境。

结论

城市天然气管道穿越施工采用的非开挖水平定向钻穿越施工，所采用水平定向钻机利用高砂泥浆来顶进整个施工工程的方式，具备施工速度快、土质范围广、安全系数高、影响小等优势，相比较其他施工方式来说，还具备施工质量好、造价低、环保效果好等特点。通过采用水平定向钻穿越施工，青岛润昊下属济南胜利公司完成了孝里街道中压天然气管道施工过程中的穿越河流施工和穿越国省道施工，并在对工业用户的入厂施工中大量采用，节省了资金成本，降低了管道施工风险，有利于燃气管道安全运营。

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