1、1 概述水平定向钻敷管技术是一种现代非开挖敷设管道的施工新技术, 主要用于各种管道穿越河流、公路、铁路等障碍物。水平定向钻的基本原理是: 按预先设定的轨迹钻一个小直径导向孔, 随后在导向孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔, 当扩孔达到要求后, 在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管道, 回拉敷设地下管道。下面对燃气管道水平定向钻穿越设计进行探讨。2 应遵守的主要规范 城镇燃气设计规范( GB 500282006)；城镇燃气输配工程施工及验收规范( C JJ 33 2005)；石油天然气工业输送钢管交货技术条件第 1 部分: A 级钢管( GB /T 9711. 11997)；输气管道设计规范
2、 ( GB 502512003)；输油输气管道工程线路工程施工及验收规范 ( SY 04011998)；石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2 部分: B 级钢管( GB /T 9711. 2 1997)； 聚乙烯燃气管道工程技术规程( CJJ63 95)；原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范穿越工程 ( SY /T 0015. 198)；石油天然气管道穿越工程施工及验收规范( SY /T 40791998)；埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准( SY /T 04132002)；涂装前钢材表面预处理规范 ( SY /T0407 97)；现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范! ( GB 50
3、236 98)。3 工程测量、地质钻探的要求3. 1 工程测量单位应提供的资料 平面地形图( 1：500 或 1：1 000)；断面图(竖向 1：100 或 1：200, 纵向 1：500 或1,1 000)；地下管道的物探资料, 物探结果要求反映到断面图上。一般要求物探的范围是穿越管段四周 50 100 m 范围。地下管道物探主要了解有关地下已有管道和其他埋设物的位置, 为设计钻进轨迹提供依据。物探方法按定位原理分为电磁法、直流电法、地震波法和红外辐射法等；穿越通航的水域时, 必须取得航道主管部门的批准。航道部门一般要求地形图的测量范围是穿越段两端(上、下游)各大于 300 m; 标高要求采
4、用珠基水系标高(广东省航道部门的要求), 坐标要求采用北京坐标系; 断面图上要反映出航道的位置及宽度。3. 2 地质钻探孔布置及深度设计人员应绘制地质钻探孔布置图, 提供给地质钻探单位, 地质钻探单位根据地质钻探孔布置图进行地质钻探。原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范 穿越工程( SY /T 0015. 1 98)第 3.5. 4 条规定, 如采用定向钻、顶管或隧道敷设穿越,地质钻探孔应交叉布置在穿越管段中线两侧, 距中线 50m。石油天然气管道穿越工程施工及验收规范( SY /T 40791998)附录 C. 01 规定, 地质钻探孔应沿穿越管道的轴线两侧布置, 一般孔距为 100 m,
5、 每排孔与穿越管道轴线距离为 20 30 m。若钻探孔中发现地质情况复杂难以判断土质变化, 应酌情增加钻探孔密度。地质钻探孔深度应大于管道敷设深度 10m, 一般取河床底或道路路面下20m。根据以上规定, 在实践中我们对地质钻探孔的密度进行适当加密。某工程定向钻穿越河流的地质钻探孔按图 1 布置, 另一工程水平定向钻穿越陆地的地质钻探孔按图 2 布置。4 水平定向钻施工图线路的设计水平定向钻施工图线路的设计是根据工程要求、工程地质报告的结果、地下障碍物的具体位置,设计出钻杆最佳钻孔路线。根据近年来的实践经验, 总结出水平定向钻常见的设计线路见图 3。主要参数及技术条件如下 :入土角一般控制在
6、9 度 12 度，最大不超过 18 度；出土角一般控制在 4 度 8 度；入钻点之后的直线段长度 L1 大于等于 20m；曲线段的曲率半径 R 大于等于 1 500 倍公称直径, 且最小曲率半径不应小于 300m；水平段最小长度 L2 大于等于 10 m, 因为一般比较大型的定向钻穿越的钻杆常用 10m 钻杆, 水平长度取大于等于钻杆长度；宜穿越的地质条件为黏土、亚黏土、粉砂、中砂层；防腐层防腐等级为加强级；场地要求: 入钻点、出钻点要求离开河流的常年水位水边线 50 m 以外。入钻点场地要能安装钻机和蓄水池及泥浆池, 可取 25m x25 m。出钻点要有组管场地, 当组管场地不够时可采用 2
7、 接 1(管道分 2 次进行回拖)或 3 接 1(管道分 3次进行回拖)的方式进行；采用定向钻穿越的管段与直埋段的管段连接需采用弯管或弯头。5 水平定向钻穿越设计实例笔者设计的广州市仑头生物岛大学城燃气主干管, 管道全长为 3 200m, 其中仑头海、官洲河 2 处为定向钻穿越。仑头海穿越水平长度为 445 m,官洲河穿越水平长度为 350 m, 设计管径为 D406. 4X 7. 9, 设计压力为 0. 4 MPa, 穿越管段管材采用高频直缝电阻焊钢管, 材质为 L415。仑头海的入钻角为 10 度 14 分,出钻角为 7 度 22 分。官洲河的入钻角为 10 度,出钻角为 7 度。水平段埋
8、深最浅处大于 7 m。管道焊接采用下向焊焊接工艺(手工电弧焊) , 焊条选择 AW S E7010G 纤维素焊条, 焊条直径为 3. 2mm。管道焊缝应在 100% 外观检查合格后, 进行 100%射线探伤, 探伤按钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级 ( GB 3323 2005)的规定, II 级为合格。穿越管段防腐采用 3 层 PE 加强级防腐 。管体表面用喷砂除锈, 除锈等级达到Sa2. 5 级的要求,再采用双组分无溶剂环氧涂料打底, 干膜厚度大于等于 200m, 然后包覆定向钻工艺专用的聚乙烯热收缩套防腐。采取电火花检漏, 检漏电压为 15 kV。6 结语随着科学技术的发展, 目前国外著名的钻机制造商可提供商品化的轨迹规划设计软件。通过采集所需的全部信息, 利用计算机进行最优化钻孔轨迹设计, 大大提高了水平定向钻轨迹设计的科学性和设计效率。
