1、水平定向钻进管线铺设工程技 术 规 范（ 试 行 ）中 国 非 开 挖 技 术 协 会2001中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范中国非开挖技术协会“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委员会主任委员：李 山副主任委员：刘宝林 王 鹏委员：（以姓氏笔划为序）丁树滋 王 鹏 尹刚乾 乌效鸣 李 山 刘宝林 刘 强朱文鉴 陈铁励 林家辉 贾传岭编写：中国非开挖技术协会“水平定向钻进管线铺设工程技术规范” 编辑委员会执笔：中国地质科学院探矿工艺研究所 李 山中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范目 录总则. 1技术概述. 2工程投标指南. 6施工合同（示范文本）. 1
2、4施工场地探测技术指南. 33工程施工技术规范. 37安全操作规程. 53参考文献. 58中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范前 言近年来我国使用非开挖水平定向钻进技术铺设各类管线取得了巨大的进展，在电讯、自来水、污水、燃气、 电力和热 力等管线铺设中都得到了广泛的应用。为此，中国非开挖技术协会于 2001 年初专门成立了水平定向钻进管线铺设工程技术规范编辑委员会。编委会由十余名专家和具有丰富实践经验的工程技术人员组成。历经一年多的时间，在收集国内外相关技术资料的的基础上，起草、编辑、出版了这本水平定向钻进技术规范。规范的出版使水平定向钻进工作有了行规、有了标准。它使我国今后的
3、水平定向钻进工程有规可循并能更好地与国际接轨，将对保证施工质量、减少各类事故的发生起到积极作用。该版本规范为试用版，希望设计和施工人员在参考和使用本规范时，如发现有欠妥之处，请 将意见函寄中国非开挖技 术协会水平定向钻进技术委员会。本规范仅供行业内部使用，未经允许不得翻印。编 者2002 年 8 月“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委员会主任委员：李 山副主任委员：刘宝林 王 鹏委员：（以姓氏笔划为序）丁树滋 王 鹏 尹刚乾 乌效鸣 李 山 刘宝林 刘 强 朱文鉴 陈铁励 林家辉 贾传岭（执笔：中国地质科学院探矿工艺研究所 李 山 朱文鉴）中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术
4、规范1. 城市工程管线综合规划规范 中华人民共和国国家标准 GB 50289-982. 城市地下管线探测技术规程 中华人民共和国行业标准 CJJ 61-943. 建设工程施工合同（示范文本） 中华人民共和国建设部 4. 成功定向穿越工程投标文件指南 定向穿越承包商协会（DCCA），1995， 张燕译5. 成功定向穿越探测规范 定向穿越承包商协会（DCCA），1998，李翠先译6. 成功中型定向钻进施工指南 定向穿越承包商协会（DCCA），1997，李翠先译7. 定向钻进合同样本 定向穿越承包商协会（DCCA） 张燕译8. 水平定向钻进技术指南 钻井承包商协会， 1995，张 燕译9. 水平钻进
5、安全操作指南 定向穿越承包商协会（DCCA），2000，李翠先 译10. 定向钻进原理回顾 P. 海沃德 李翠先译管道穿越工程水平导向钻进施工规范 天津大力神非开挖工程有限公司企业标准中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范11总则1.0.1 采用水平定向钻进穿越地面及障碍物铺设管线技术正在我国蓬勃发展。为规范我国水平定向钻进穿越铺设工程施工市场，统一施工技术质量标准，中国非开挖技术协会特制定本规范。水平定向钻进穿越铺设管线工程无论大小，都必 须进行设计和施工的 质量控制。中国非开挖技 术协会希望通过应用本规范，提高我国水平定向 钻进穿越铺设管线技术 水平；提高工程承包商的施工质量
6、和效益。1.0.2 中国非开挖技术协会推荐本规范应用于水平定向穿越铺设管线工程中工程承包商与管线业主进行业务协商、工程承包商进 行施工管理及其质量、安全控制等。1.0.3 本规范适用于采用机械回转钻进设备进行水平定向钻进，使各种材质的管道或缆线在障碍物之下穿越铺设的工程施工。中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范22术语2.0.1 非开挖技术（Trenchless Technology）以最小的地表开挖量进行各种地下管线探查、铺设、更 换和修复的施工技 术。2.0.2 水平定向钻进（Horizontal Directional DrillingHDD）利用水平定向钻机以可控钻进轨
7、迹的方式，在不同地 层和深度 进行钻进并通过定位仪导向抵达设计位置而铺设地下管线施工的施工方法。施工 时，首先用 导向 钻具钻进小口径的导向孔；然后用回扩钻头将钻孔扩大至所需的口径；最后将生产管拉入孔内。 （注：包括 导向钻进）。2.0.3 顶进/起始工作坑（Drive/Entry Shaft/Pit）为布置水平定向钻进施工存储泥浆而开挖的工作坑。2.0.4 接受/出口工作坑（Reception/Exit Shaft/Pit）为回收水平定向钻进施工中排出的泥浆而开挖的工作坑，有称目标工作坑（Target Shaft/Pit）。2.0.5 穿越（Crossing）在地表下铺设跨越障碍物（河流、建
8、筑物、铁路、高速公路等）管线的非开挖施工。2.0.6 钻进液/泥浆（Drilling Fluid/Mud）通常指水和澎润土或聚合物的混合物。2.0.7 导向孔（Pilot Hole ）水平定向钻进施工时,首先利用导向仪测控钻孔方向钻进的小口径钻孔。2.0.8 入口/出口倾角（Entry/Exit Angle）在进行水平定向钻进时，钻杆柱 进入地层或从地层钻出的 倾角。2.0.9 回扩水平定向钻进时，钻完导向孔后，往往需要扩大钻孔直径，此时将回扩钻头接在钻杆柱的前端往回拉进行扩孔的施工工序。2.0.10 回扩钻头（Back Reamer）水平定向钻进施工时，钻完导 向孔后，用于 扩大导向孔、接在
9、钻杆柱前端的切削头。2.0.11 回拉（Pull-back）水平定向钻进施工时，经扩大的 钻孔将钻杆柱从出口坑向回拉到 发射坑，同 时铺设生产管的施工工序。2.0.12 生产管（Product Pipe）为不同目的而铺设的各种永久性地下管线。2.0.13 定位仪（Locator/Walkover System）一种用于确定从发射探头发射出来的电磁波信号位置和强度的电子仪器，也可用于探测地下管线的位置。2.0.14 随钻测量（Measurement While DrillingMWD）在钻进的同时连续不断地检测有关钻孔信息的测量技术。中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范33技术概
10、述3.1 发展与应用始于二十世纪七十年代的水平定向钻进穿越技术，综合了 传统的道路钻孔、地 质勘探和油气井定向钻进技术。这项技术已成 为一种完善的施工方法。它应 用于穿越河流和水渠、街道、高速公路、铁路、机场跑道、海滩、 岛屿、建筑物 拥挤的地方、管线通道和运河等的石油、天然气、自来水、 污水及其它流体的管线铺设和电力与电讯电缆的导管铺设等。3.2 优越性在非开挖技术行业中，水平定向 钻进是主要的增长领域之一。目前，在石油、天然气、自来水、电力和电信部门，水平定向钻进 已是一种得到广泛认可的铺 管施工技 术，由于水平定向 钻进施工精度的提高，也可用于污水管和其它重力管 线的铺设。水平定向钻进穿
11、越与其它施工方法相比， 对环境的影响最小，能提供障碍物下管线覆盖的深度大，对管线的保护作用大，维修费用小， 许多情况下费用更低。水平定向 钻进穿越还有一个可预测的短期施工计划。3.3 技术局限水平定向钻进穿越铺设管线技术正在全世界广泛推广。迄今为止，水平定向 钻进最长的穿越距离为 2308 米（铺设管径 273 毫米，中国）。水平定向 钻进用于均质土层的穿越能够取得满意效果，在杂填土、砂卵砾石层、冰 渍层和硬岩层中的穿越也越来越多。3.4 技术工艺水平定向钻进穿越铺设施工普遍采用：首先钻进导向孔，然后扩孔，最后回拉 铺管的施工技术工艺（图 3.4）。3.4.1 导向孔 导向孔钻进 一般采用小直
12、径全面钻头， 进行全孔底破碎钻进。在钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制 钻进方向的机构。在钻具内或在 紧 接其后部位，安装有测量探头。钻进过程中，探头连续或间隔地测 量钻孔位置参数，并通过无线 或有 线的方式实时地将测量数据发送到地表接收器。操作者根据这些数据及其 处理这些数据得到的 图 表，采取适当的技 术措施调整孔内控制钻进方向的机构，从而人工控制 钻孔的轨迹，达到设计要求。常用的孔内控制钻进方向的机构主要有两类：一类是钻头底唇面采用非平衡结构设计，如常钻中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范4头唇面是一个斜面，当钻头连续 回转时钻进直孔，保持 钻头 不回转加压时，则钻孔
13、钻进偏斜。这类方法因需要在不回转的条件下破碎岩层，所以在 软质的土层 大多数采用钻进液喷射辅助破碎方式钻进。另一类是钻具采用弯外管或弯接头，其弯曲方向即决定了钻头的钻进方向。 这类方法导向钻进钻杆是不回转的，钻头破碎岩石的扭矩，来自于钻头后部的孔底 动力机，如螺杆马达或涡轮马达。这类方法通常用于钻进岩石等硬地层。3.4.2 扩孔 导向孔完成后，必须将钻孔扩大至适合成品管铺设的直径。一般，在钻机对面的出口坑将扩孔器连接于钻杆上，再回拉进行回扩，在其后不断地加接钻杆。根据导向孔与适合成品管铺设孔的直径大小和地层情况， 扩孔可一次或多次进行。推荐最终扩孔直径按下式计算： K1式中：适合成品管 铺设的
14、钻孔直径成品管外径K1经验系数，一般 K1=1.21.5，当地层均质完整时，K 1取小值，当地层复杂时， K1取大值。3.4.3 拉管 扩孔完成后，即可拉入需 铺设的成品管。管子最好预先全部连接妥当，以利于一次拉入。当地层情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，可能 对分段拉管造成困难。拉管时，应将扩孔器接在钻杆上，然后通过单动 接头连接到管子的拉头上，单动 接头可防止管线与扩孔器一起回转，保证管线能够平滑地回拖成功。图 3.4 水平定向钻进铺设管线施工工艺过程中国非开挖技术协会 水平定向钻进管线铺设工程技术规范53.5 施工设备3.5.1 钻机 钻机根据工作位置分为两类：地表始钻式和坑内始钻式。地
15、表始钻式钻机具有行走机构，方便迁移。铺管施工时，可不需要起始坑和出口坑，但管线连接时需要开挖。如果要求在地下相同深度连接其它管线，可能会浪费几米新管。地表始钻式钻机有几种桩定方式锚固钻机，性能完善的 钻机桩定系统是液压驱动 的。一些地表始钻式钻机是整装式的，载有钻进液用搅拌池和泵，以及 动 力辅助装置、阀和控制系统，有的还配置有钻杆自动装卸系统，定长的钻杆装在一个“ 传送盘” 上，随 钻进或回扩的过程自动地从钻杆柱上加、减 钻杆；有的搅拌池和泵等设备是分离配置的。坑内始钻式钻机一般体积较小，施工 时在钻孔的两端都需要挖坑，可在操作空间受限的地方使用。坑内始钻钻机固定在发射坑中，利用坑的前、后壁
16、承受回拉力和 给进力。一些设计紧凑的钻机的起始坑，比接钻杆所需的坑稍大一点即可。钻杆单根长度受坑的尺寸限制，这对铺设速度和钻杆成本造成影响。3.5.2 钻杆 钻杆要求有很高的物理机械性能，必须有足够的轴向强度承受钻机给进力和回拖力；足够的抗扭强度承受钻机施加的扭矩；足够的柔韧性以适应钻进时的方向改变；还要尽可能地轻，以方便运输和使用；同时， 还要耐磨损。3.5.3 导向系统 多数水平定向钻进技术要依靠准确的钻孔定位和导向系统。随着电子技术的进步，导向仪器的性能已有明 显改善，能获得相当高的精度。导向系统有几种类型，最常用是 “手持式跟踪（walk-over ）”系统，它以一个装在钻头后部空腔内
17、的探测器或探头为基础。探 头发 出的无线电信号由地面接收器接收，除了得到地下 钻头的位置和深度外，传输的信号还包括钻头倾 角、斜面面向角、 电池电量和探 头温度等等。这些信息通常也转送到钻机附属接受器上，使钻机操作者可直接掌握孔内信息，从而据此做出必要的轨迹调整。手持式跟踪系统的主要限制是：必须要直接到达位于钻头上部的地面，这一不足可采用有缆式导向系统或装有电子罗盘的探头来克服。有缆式导向系统 用通 过钻杆柱的电缆从发射器向控制台传送信号。虽然缆线增加了复杂 性，但由于不依靠无线电传送信号，对钻孔的导向可以跨越任何地形，且可用于受电磁干扰的地方。为使电子元件免受严重动载，一种基于磁性 计的导向系统 用于有冲击作用的干式水平定向钻进系统上。系统的永久磁铁装在冲 击锤体上，当其旋转时即产 生磁 场，磁场的强度及变化由地表磁力计探测，数据交由计算机处理， 计算出钻头的位置，深度及面向角。
