1、分析城市燃气管道水平定向穿越设计摘要：本文从对水平定向穿越技术的介绍谈起，然后详细介绍了水平定向穿越设计施工中的关键技术，最后就水平定 向穿越设计施工中常见问题及解决方法进行了系统的分析和说明。 关键词：城市;燃气管道;水平定向穿越;设计 Abstract: In this paper, starting from the horizontal directional drilling technology is introduced, and then introduces the directional key technology in the design and constructi
2、on of horizontal directional crossing, the common problems in the design and construction and the solving methods are analyzed and explained the system. Key words: city; gas pipeline; directional; design 中图分类号：TH138.23 文献标识码 A 文章编号 1、定向钻穿越 定向钻穿越是采用水平定向钻机将穿越管段按照设计轨迹通过障碍物的一种非开挖管道安装施工方法。定向钻主要由钻机系统、泥浆系统
3、、控向系统和钻具等部分组成。管道定向钻穿越施工过程主要分三步：钻导向孔、预扩孔和管道回拖。影响定向钻穿越施工的因素主要有穿越长度、管道管径、场地以及工程地质状况等。 2、燃气管道定向钻穿越设计要求 2.1 穿越管段的位置应选择两侧场地宽敞、交通方便的地段，出、入土端外侧各预留保持不少于 10 米的直管段。 2.2 定向钻穿越设计应选择的地质条件为砂土、粉土、粘土、亚粘土。对穿越两岸有一定厚度的卵石层时，可采取加套管、固结、开挖等有效措施以实现管道定向穿越。 2.3 水平定向钻穿越一般采用弹性敷设，穿越管段曲率半径不宜小于管道外径的 1500 倍，且不应小于管道外径的 1200 倍。 2.4 水
4、平定向钻敷设穿越管段的入土角宜为 818，出土角宜为412，实际设计时应根据穿越长度、管段埋深和弹性敷设条件确定。2.5 在设计穿越管段的埋深时，除了应考虑地质条件与冲刷深度外，还应保证在施工过程中不出现泥浆外冒，最小埋深应大于设计洪水冲刷线以下 6 米。 2.6 燃气管道定向钻穿越水域时，穿越管段与桥梁墩台冲刷坑边缘的距离不应小于 10 米，并不应影响到桥梁墩台的安全。 2.7 燃气管道定向钻穿越河流堤坝时，应根据不同的地质条件采取措施控制堤坝和地面的沉陷，防止穿越管道处发生管涌，不得危及堤坝的安全。水平定向钻入土点距大坝坡脚宜大于 50 米。 3、水平定向穿越技术概述 3.1 水平定向穿越
5、系统的构成 城市燃气管道水平定向穿越系统是由钻机、电动机、钻头方向控制设备、泥浆以及钻机辅助设备组成的，其中各组成单元的详细说明如下：（1）钻机。钻机主要用来完成燃气管道穿越过程中的钻进以及回拖过程。为了能满足不同作业的作业需求，要求使用的钻机具有改变转盘转速和转向的功能。 （2）电动机。电动机主要是用来为钻机提供动力。 （3）钻头方向控制设备。钻头方向控制设备主要是用来正确引导钻机的钻头方向。 （4）泥浆。泥浆主要是为钻机的施工需要所准备的。 （5）钻机辅助设备。钻机辅助设备主要用于钻机的钻孔和扩孔的施工。 3.2 水平定向穿越技术的原理 燃气管道水平定向穿越技术是利用与地面呈一定角度的入射
6、角而钻入地层的钻孔设备形成先导孔后再根据施工的实际需要调整先导孔直径的大小来铺设燃气管道的一种技术。与传统的燃气管道穿越技术相比，水平定向穿越技术不需要进行管沟开挖的施作，利用具有钻掘以及排土功能的相关机械设备就可以对燃气管道的敷设施工进行有效的控制。 燃气管道水平定向穿越设计的施工原理如下：首先，导向孔的生成，利用具有导航功能的相关设备将钻头和钻杆按照正确的方向引入到地层，从而形成导向孔。其次，利用地面接收到的来自地下钻头处发出的电磁信号来对钻孔的轨迹进行有效的控制，然后结合实际的施工需求，从水射流式、切削式以及挤压式三种成孔方式中选择一种合适的方式进行成孔操作；最后，燃气管道的铺设，在管道
7、铺设施工之前，需要根据施工的实际需求在钻杆的顶端连接一个扩孔钻头，使用它来扩大导向孔的直径，然后选择使用比导向孔直径较小的铺设管线，并将其引入钻孔，完成燃气管道的铺设。 3.3 水平定向穿越技术的优势 与传统燃气管道的穿越技术相比，水平定向穿越技术的优势主要体现在如下几个方面：一是施工占地面积比较小，对人们的日常生活和城市的交通影响较小；二是施工过程中对周围的环境污染比较小，而且能够有效保护施工现场的绿地；三是施工精度准确；四是施工过程中所消耗的人力和财力资源比较少，经济效益比较显著。 4、水平定向穿越设计施工说明 4.1 水平定向穿越设计施工前的准备水平定向穿越设计施工前的准备工作主要有地下
8、已有燃气管道的检测以及燃气管道材料的选择这两个方面。 （1）地下已有燃气管道的检测。燃气管道施工之前需要做的一项最为重要的准备工作就是地下已有燃气管道的检测以及燃气管道线路位置的确定，并依据检测的最终结果来合理设计管道铺设施工的钻孔轨迹。（2）燃气管道材料的选择。燃气管道材料的选择是水平定向穿越设计施工前的一项非常重要的准备工作，由于燃气管道材料的物理性能的好坏在很大程度上决定燃气管道的最终施工质量。其中物理性能比较好的燃气管道材料多采用三层结构分别是外覆盖层、伞线涂层以及焊口采热缩套层，三层结构的采用可以有效保证管道的物理性能。 4.2 水平定向穿越设计施工中的施工装备 水平定向穿越设计施工
9、中的施工装备主要包括水平定向钻机的选择、施工设计参数的确定以及地质勘查三个方面的内容。 （1）水平定向钻机的选择。在水平定向钻机的选择中需要考虑的技术指标有钻机的最大扭矩、最大给进力、最大回拖力。另外机型的型号有大型、中型和小型机之分，机型的选择需要根据施工的实际需求来合理选择。 （2）施工设计参数的确定。待确定的施工设计参数主要有曲率半径、钻近角、覆盖层的厚度等。 （3）地质勘查。城市燃气管道铺设施工的地质勘查主要用来确定探孔的数量以及探孔钻探的深度。 4.3 水平定向穿越设计施工中的关键技术 （1）水平定向穿越轨迹的设计。水平定向穿越轨迹的设计是水平定向穿越设计施工中的核心环节，它对水平定
10、向穿越设计的施工具有重要的指导作用。 （2）导向孔的设计。在设计导向孔时需要考虑管道线路、管道材料、管道长度以及管道附近的地质状况等因素对导向孔的影响。 （3）回拖管道的施工。回拖管道施工完成的标志是成晶管道自钻机和扩孔器的一侧露出管道为止。另外回拖管道施工中还要考虑钻机的扭矩及其回拖力的变化等因素。 5、水平定向穿越设计施工中常见问题及解决方法 水平定向穿越设计施工中常见的问题及其解决方法主要体现在如下两个方面：第一、为了有效迎合施工的实际需求，当前水平定向钻机的设计日益大功率化，致使钻机的体积也日益增大给施工造成了不便。为了能有效解决这一问题，在施工时要充分考虑根据施工场地的条件以及施工的
11、要求来选择合适的钻机尺寸。第二、在水平定向穿越施工的过程中，由于施工场地的地质条件比较复杂，以至于在铺设管道时，容易出现管道表面划破的现象。为了能很好的解决这一问题，要适当的增大导向孔的直径，从而可以很好的避免孔壁对管道表面的破坏。 6、总结： 随着科技进步及经济实力的增强，非开挖定向钻穿越技术是非开挖技术领域中占主导地位并且发展最快的高新技术之一，与传统开挖施工相比，定向钻穿越施工不阻碍交通，不破 坏植被，减小了传统开挖施工对居民生活的干扰，以及对交通、周边建筑物的破坏和不良影响。更先进的穿越技术将不断应用，水平定向钻技术会越来约趋于完善，油气田和管道工程建设中将越来越多的应用这项技术，总结已建成的定向钻穿越工程的设计经验，吸取教训弥补不足，不断总结和提高，是这项技术将会得到推广，体现出它的优越性。 参考文献： 1 丁鹏,闫相祯,杨秀娟.水平定向钻管道穿越中力学参数研究J. 西南石油大学学报. 2007(05) 2 郭莹,李长春,任洪智.水平定向钻解决了 Pemex 油田管道安装过程中遇到的问题J. 国外油田工程. 2009(05) 3 张穹.管道水平定向钻穿越长江的技术分析J. 管道技术与设备. 2008(05) 4 陈明生.燃气管道中水平定向钻进技术应用研究J,他山之石,2011(06)._ 5 张成喜.水平定向钻穿越工程技术要点J，煤气与热力，2007(09).
