唐云

摘要：傳統(tǒng)的管道施工中會對環(huán)境造成破壞。長輸管線非開挖定向鉆能保證對環(huán)境的少破壞少污染甚至不破壞不污染，同時作為多接一回拖定向鉆中穿越是對環(huán)境的少破壞少污染最小的施工方法，但相對整體回拖定向鉆的施工風險較大的一種施工工藝，這里介紹的長輸管線非開挖“多接一”回拖定向鉆穿越施工技術和管理，是降低施工風險成本、減少社會矛盾和確保工程進展順利。

關鍵詞：“多接一”回拖定向鉆穿越 控制施工風險

天然氣管道施工中的河流、大中型道路穿越一直為整個線路工程關鍵工程，傳統(tǒng)施工多采用開挖施工，施工中會帶來交通堵塞，產(chǎn)生出行不便，土地植物植被被毀等一系列問題，同時，江河、湖泊以及不可拆遷建筑物、供水、電信電纜等密度增加也使管線施工將經(jīng)常面臨交叉管線及其它地上構筑物的妨礙，促進了天然氣輸氣管道非開挖技術的誕生和成長，定向鉆由此誕生定向鉆穿越技術作為管道非開挖鋪設的一種方法早在上世紀70年代就開始在美國應用了，80年代后期得到迅速發(fā)展。其發(fā)展適應了人們對環(huán)境及其潛在的責任義務的認識在不斷提高，及對工程項目本身的成本費用節(jié)省及其特性的考慮。隨著定向鉆機器的國產(chǎn)化，定向鉆穿越作為管道非開挖敷設的先進技術是施工優(yōu)先選擇的對象。如何既能有序地開展定向鉆工程又能降低施工成本，減少社會矛盾已成為施工單位迫切解決的問題。在工程施工中通過多次實踐，我們認為運用“多接一”回拖定向鉆是進一步減少借地面積、保證控制施工風險、減少成本、減輕社會矛盾的有效施工方法。

1 長輸管線定向鉆施工的特點

定向鉆穿越施工具有不會阻礙交通，不會破壞綠地，植被，不會影響商店，對交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎的破壞和不良影響。沒有水上、水下作業(yè)，不影響江河通航，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結構，施工不受季節(jié)限制，具有施工周期短、人員少、成功率高和施工安全可靠等特點。易于調(diào)整敷設方向和埋深，管線弧形敷設距離長，并且可以使管線繞過地下的障礙物。定向鉆埋深一般達到三米以下，穿越河流時，一般埋深在河床下7-18米，地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少，所以起到自然防腐和保溫的功用。與其它施工方法比較，進出場地速度快，施工場地可以靈活調(diào)整，尤其在復雜地段施工時可以充分顯示出其優(yōu)越性，并且施工占地少工程造價低，施工速度快。

2 長輸管線定向鉆穿越施工的工藝

定向鉆穿越施工工藝一般分為二個階段：第一階段是按照設計曲線路由鉆一個導向孔；第二階段是將導向孔進行擴孔，并將管線沿著擴大了的導向孔回拖到導向孔中，完成管線穿越工作。具體如下：

2.1 鋼管預制：在離定向鉆穿越的出土點約5m處，布管預制成品，長度大于設計長度約3～5m，焊接后經(jīng)過外觀、無損檢測合格后按規(guī)范中的要求進行耐壓和嚴密性試驗。并在定向鉆穿越回拖前一星期進行焊口防腐，并對預制成品管道進行電火花防腐檢漏，放置滾輪托架上備用。

只有當受到布管場地限制時可采用二接一或多接一布管方式，即平行布置二排和多排成品管。

2.2 鉆導向孔： 鉆機被安裝在入土點一側(cè)，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，鉆頭在鉆機的推力作用下由鉆機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（或使用泥漿馬達帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)）切削地層，不斷前進、測量和調(diào)整鉆頭的鉆進方向，保證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)。

2.3 預擴孔和回拖預制管線：一般情況下，直徑大于200毫米時，就要進行預擴孔，視具體的鉆機型號和地質(zhì)情況確定預擴孔的直徑和次數(shù)。由于在鉆導向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑，為了使鉆出的孔徑達到回拖管線直徑的1.3～1.5倍，需要用擴孔器從出土點開始向入土點將導向孔擴大至要求的直徑。

2.4 回拖預制管線：地下孔經(jīng)過預擴孔，達到了回拖要求之后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，開始回拖作業(yè)，并由鉆機轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，進行擴孔回拖，由于擴好的孔中充滿泥漿，所以產(chǎn)品管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣即減少了回拖阻力，又保護了管線防腐層，經(jīng)過鉆機多次預擴孔，最終成孔直徑一般比管子直徑大1.5倍，一般不會損傷防腐層。

3 整條定向鉆和定向鉆“多接一”工藝的區(qū)別及風險控制要素

“多接一”回拖定向鉆穿越就是當?shù)谝慌懦善饭芑赝吓c第二成品管首尾相接時，暫停回拖，第一排預制管回拖與第二排預制管進行焊接、無損檢測和防腐補口，完畢后再繼續(xù)回拖，以此類推將管線回拖至入土點為止。由于“多接一”回拖定向鉆可停留的一般控制在時間為5個小時內(nèi)，這5個小時里以焊接占用時間為最長，萬一焊接質(zhì)量不合格進行返修，那么將影響到管道回拖的成功率，這也是定向鉆“多接一”風險所在。

3.1 整條定向鉆穿越和“多接一”回拖定向鉆穿越的區(qū)別

3.1.1 流程的區(qū)別 整條定向鉆

3.1.2 施工方法的區(qū)別 定向鉆“多接一”與整體回拖定向鉆穿越在施工工序上主要是增加了兩（幾）段布管、中途焊接、無損檢測及防腐補口。其中兩段布管及管道中途焊接是最為關鍵的步序，體現(xiàn)了“多接一”的內(nèi)涵?！岸嘟右弧被赝隙ㄏ蜚@除整條定向鉆穿越具有的特征外，主要是將回拖的鋼管分兩段及多段進行布管、組對、焊接、無損檢測、防腐補口及水壓試驗。因此各項工序之間必須緊密銜接，只有合理安排好各工序之間的銜接，定向鉆“多接一”才能順利實施。隨后再進行管道的回拖直至回拖結束。

3.2 風險控制 除了地質(zhì)地貌等客觀因素，“多接一”回拖定向鉆時鉆機可停頓的時間不能過長（約為5個小時），在這5個小時里必須完成管道焊接、無損檢測、防腐補口后才能進行管道的回拖。因此各項工序之間必須緊密銜接，否則一旦由于時間的延誤導致鉆機卡鉆，那么造成的損失往往是不可估量的。

那么如何規(guī)避和控制“多接一”回拖定向鉆的風險，我們還是應從技術上、管理上加大施工控制和管理，規(guī)避風險，才能保證穿越的成功。具體控制如下：endprint

3.2.1 施工方案的確定 定向鉆施工前應進行工程勘察。工程勘察應按《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021、《巖土工程勘察規(guī)范》DBJ13-84和《城市地下管線探測技術規(guī)程》，進行地質(zhì)勘測及地下管道的排查：收集現(xiàn)場交通、水源、電源、施工運輸?shù)缆贰⑹┕龅氐荣Y料；與其他部門（通信、電力、給排水等）核對地下管道，并用探測儀確定定向鉆施工路線位置的其他管道的種類、結構、位置走向及埋深；用地質(zhì)勘探鉆取樣或用局部開挖的方法，取得定向鉆施工路線位置的地下土層分布、地下水位、土壤和水分的酸堿度等資料。只有在勘測結果表明現(xiàn)場土質(zhì)較好，方可進行“多接一”回拖定向鉆穿越。如有砂層不宜采用“多接一”回拖定向鉆穿越，且整體回拖定向鉆長度盡量減少，甚至采用分幾段整體回拖定向鉆進行穿越。

采用泥漿擴孔回拉的鋼管，其壁厚應根據(jù)埋深、回拉長度和土層條件等確定，鋼管最小壁厚可按表1選用。

施工前要仔細察看現(xiàn)場，確定合理的焊接位置。布管時應打土墩，兩段低中間高的方法，有利管道試壓時的余水排凈。最佳位置為離出土點40米進行焊接。焊接位置盡量選擇在平地較高處，避免在低洼和積水處。

定向鉆導向孔軌跡宜由斜直線段、曲線段、水平直線段等組成。其應根據(jù)管線技術要求、施工現(xiàn)場條件、施工機械等進行軌跡綜合組合。

定向鉆鋪設鋼管最小允許曲率半徑應采用公式（式1）計算，也可用不小于1200D估算。

在穿越長度和工藝條件許可的條件下，“多接一”回拖定向鉆穿越管道曲率半徑應盡量取大一些，以管道的直徑1500倍為宜，但最小曲率半徑不應小于300m。穿越管道在入土點之后20m～30m內(nèi)應為直管段。

3.2.1.1 定向鉆導向孔軌跡設計可采用作圖法或計算法確定：

①作圖法：入、出土角和曲線段的確定可按圖進行。

圖中：α1——入土角

α2——出土角

A——入土點

D——出土點

B——第一曲線段和直線段軌跡變化點

C——直線段和第二曲線段軌跡變化點

h——軌跡（鋪管）深度

L1+L2+L3——定向鉆鋪管水平長度

②計算法：入、出口角和曲線段的計算可按本上圖及下列公式計算。

入土角應符合下列條件：①入土角應根據(jù)機具設備性能確定。②入土角應根據(jù)施工場地條件確定。③入土角應根據(jù)穿越路由上既有地下管線（構筑物）的分布情況確定。④入土角（點）距穿越障礙物起點的距離應能完成造斜段的鉆進。⑤入土角（點）應能達到鋪管深度要求。⑥入土角宜為6°～10°度為宜，“多接一”回拖定向鉆時取小值。⑦出土角宜為4°～10°，“多接一”回拖定向鉆時也取小值。

定向鉆穿越公路、鐵路、河流、地面建筑物時，最小覆土深度應符合設計和專業(yè)規(guī)范要求；當設計和專業(yè)規(guī)范無特殊要求時，最小覆土深度應符合表2的規(guī)定。

工作坑： 定向鉆鋪管應根據(jù)場地條件、管線類型、管徑、材質(zhì)、埋深、地質(zhì)條件、既有地下管線分布情況及定向鉆施工的設計參數(shù)確定工作坑的形狀、大小和深度。工作坑支護形式分有鋼板樁、鋼筋混凝土排樁、噴錨支護及放坡支護等，支護方法和適用條件可按表3選用。

3.2.1.2 回拉力計算及定向鉆機選擇 定向鉆回拉力宜按公式（2）計算：

定向鉆機宜根據(jù)式2計算值的1.5～3倍來選擇。采用“多接一”回拖定向鉆穿越取3倍。

3.2.2 人員配備 整體回拖定向鉆只需要一個定向鉆機組即可，不需要配備管道施工機組。而“多接一”回拖定向鉆要在回拖連頭過程中，還需配備管道焊接、防腐機組。同時也要求回拖連頭時對口管工和施焊焊工的技能較高和心理素質(zhì)穩(wěn)定，具體如表4所示：

3.2.3 機具配備 “多接一”回拖定向鉆較整體回拖定向鉆時主要增加中途焊接、防腐等工序，因此在設備上主要增加焊接、防腐補口等設備。同時在“多接一”回拖定向鉆前要對焊機和發(fā)電機進行檢查和保養(yǎng)以確保焊接順利進行，具體如表5所示：

3.2.4 材料配備上 “多接一”回拖定向鉆穿越過程中對材料配備上也是有一定的要求，主材的選擇：回拖連口的管材要進行選擇，主要選擇壁厚和圓周長相近的鋼管，我們以Φ813X14.3為例，依據(jù)GB/T9711.1-1997《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術條件第1部分A級鋼管》規(guī)定Φ813X14.3規(guī)格的鋼管為例：

直徑誤差允許在1%，（即8.13mm），圓度誤差允許在1%，（即8.13mm），壁厚誤差在上偏差19.5%（即2.788mm），下偏差在-8%（-1.14mm）絕對值差為3.93mm。GB 50369-2006《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定的錯口和錯口校正要求：當壁厚14mm

輔材的選擇：焊接用的焊絲選用原封未開封的焊絲和焊條，預熱的氣體選用滿瓶裝的。

3.2.5 氣候和環(huán)境的要求 “多接一”回拖定向鉆穿越過程前要收集當?shù)氐臍庀笮畔?，避免在大風大雨潮濕的惡劣天氣中進行，如無法避免應準備好放雨設施，如：防風防雨棚?！岸嘟右弧被赝隙ㄏ蜚@穿越過程中頭道鋼管回拖是在一般設定在上午和清晨，這樣有利途中焊接時間控制在上午10點和下午20點之間。

4 施工過程的控制

4.1 施工協(xié)調(diào) “多接一”回拖定向鉆穿越過程中的施工協(xié)調(diào)是保證穿越成功的重要措施。管道中途焊接與檢測、防腐等工序銜接不好，那么穿越的后果將不堪設想。為了把協(xié)調(diào)工作落到實處，在施工前由項目部組織召開“多接一”回拖定向鉆的專題會議，明確各個機組各自的職責。要求在開工當天，提前進入施工現(xiàn)場，進行機具設備布置。盡可能采用搭接工序，在焊接開始時由監(jiān)理通知檢測單位在指定施工區(qū)域待命。只有協(xié)調(diào)好各工序之間的銜接，才能確保“多接一”回拖定向鉆順利進行。

4.2 管道中途焊接 本穿越工程中管道焊接質(zhì)量的好壞將影響到管道回拖的進度，因此焊接時派線路上焊接合格率最高的焊工進行焊接，焊接時的環(huán)境溫度必須在0℃以上，焊接時的風速不應超過8m/s，當超過8m/s時，要采取防風措施。焊接時1m范圍內(nèi)的區(qū)域，大氣相對濕度應不超過90%。特別在雨天應在防風棚內(nèi)施工，并要對管口進行干燥處理，以確保濕度要求。這樣可以確保焊接一次成功。

4.3 泥漿控制 管道回拖是“多接一”回拖定向鉆穿越的關鍵一步。由于“多接一”回拖定向鉆穿越工藝對泥漿性能要求不同于整條穿越，由于鉆機中途停頓，如果泥漿的流動性不好，其懸浮和攜帶泥屑的作用就會大打折扣，鉆具切削下來的泥屑就可能大量地沉積在孔內(nèi)，從而增加管道二次回拖阻力。

因此對泥漿的性能提出了非常高的要求，要使泥漿達到以下要求：①泥漿具有良好的造壁功能；②低的降失水性；③好的成孔性；④好的流動性；⑤合適的泥漿比重：泥漿配置根據(jù)地質(zhì)不同而不同，但對粘度的要求是非常高的，不應低于50s。泥漿PH值控制在8～10。

5 “多接一”回拖定向鉆推廣前景

由于能源緊缺，高效、清潔的天然氣開發(fā)能緩解能源緊張的局面，尤其是在浙江等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，這幾年管道及復線管道安裝也在緊鑼密鼓的開展，同時開挖工作進行各類地下管線施工導致的社會問題和環(huán)境污染問題已越來越受關注，政策處理的成本越來越高，因此管道定向鉆穿越工程量勢必增加，這對于推廣“多接一”回拖定向鉆非常有利。

我公司在杭嘉線輸氣管道工程支線線路工程I標段及諸暨至蕭山天然氣輸氣管道工程和慈東工業(yè)區(qū)天然氣利用工程定向鉆穿越多次應用二接一施工，積累了一定的經(jīng)驗和控制方法。雖然“多接一”回拖定向鉆施工比整條定向鉆穿越難度大，只要在方案論證、中途焊接、回拖等工序上嚴格把關，其優(yōu)越性所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是非常明顯的，矛盾的引發(fā)幾率也減少。相信“多接一”回拖定向鉆施工在今后的管道安裝中將起到更大更積極的作用。

參考文獻：

[1]郭清泉.廣東LNG工程珠江定向鉆穿越施工風險防范措施[J].維普資訊網(wǎng)，2009（08）.

[2]重慶順源市政工程有限公司.長南線長江穿越定向鉆施工[Z].2010.

[3]曾強，陳杰，亢會明，康勝.油氣管道定向鉆穿越勘察設計和施工中存在的問題及對策[J].石油工程建設，2012（01）.endprint

4.2 管道中途焊接 本穿越工程中管道焊接質(zhì)量的好壞將影響到管道回拖的進度，因此焊接時派線路上焊接合格率最高的焊工進行焊接，焊接時的環(huán)境溫度必須在0℃以上，焊接時的風速不應超過8m/s，當超過8m/s時，要采取防風措施。焊接時1m范圍內(nèi)的區(qū)域，大氣相對濕度應不超過90%。特別在雨天應在防風棚內(nèi)施工，并要對管口進行干燥處理，以確保濕度要求。這樣可以確保焊接一次成功。

4.3 泥漿控制 管道回拖是“多接一”回拖定向鉆穿越的關鍵一步。由于“多接一”回拖定向鉆穿越工藝對泥漿性能要求不同于整條穿越，由于鉆機中途停頓，如果泥漿的流動性不好，其懸浮和攜帶泥屑的作用就會大打折扣，鉆具切削下來的泥屑就可能大量地沉積在孔內(nèi)，從而增加管道二次回拖阻力。

因此對泥漿的性能提出了非常高的要求，要使泥漿達到以下要求：①泥漿具有良好的造壁功能；②低的降失水性；③好的成孔性；④好的流動性；⑤合適的泥漿比重：泥漿配置根據(jù)地質(zhì)不同而不同，但對粘度的要求是非常高的，不應低于50s。泥漿PH值控制在8～10。

5 “多接一”回拖定向鉆推廣前景

由于能源緊缺，高效、清潔的天然氣開發(fā)能緩解能源緊張的局面，尤其是在浙江等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，這幾年管道及復線管道安裝也在緊鑼密鼓的開展，同時開挖工作進行各類地下管線施工導致的社會問題和環(huán)境污染問題已越來越受關注，政策處理的成本越來越高，因此管道定向鉆穿越工程量勢必增加，這對于推廣“多接一”回拖定向鉆非常有利。

我公司在杭嘉線輸氣管道工程支線線路工程I標段及諸暨至蕭山天然氣輸氣管道工程和慈東工業(yè)區(qū)天然氣利用工程定向鉆穿越多次應用二接一施工，積累了一定的經(jīng)驗和控制方法。雖然“多接一”回拖定向鉆施工比整條定向鉆穿越難度大，只要在方案論證、中途焊接、回拖等工序上嚴格把關，其優(yōu)越性所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是非常明顯的，矛盾的引發(fā)幾率也減少。相信“多接一”回拖定向鉆施工在今后的管道安裝中將起到更大更積極的作用。

參考文獻：

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[3]曾強，陳杰，亢會明，康勝.油氣管道定向鉆穿越勘察設計和施工中存在的問題及對策[J].石油工程建設，2012（01）.endprint

4.2 管道中途焊接 本穿越工程中管道焊接質(zhì)量的好壞將影響到管道回拖的進度，因此焊接時派線路上焊接合格率最高的焊工進行焊接，焊接時的環(huán)境溫度必須在0℃以上，焊接時的風速不應超過8m/s，當超過8m/s時，要采取防風措施。焊接時1m范圍內(nèi)的區(qū)域，大氣相對濕度應不超過90%。特別在雨天應在防風棚內(nèi)施工，并要對管口進行干燥處理，以確保濕度要求。這樣可以確保焊接一次成功。

4.3 泥漿控制 管道回拖是“多接一”回拖定向鉆穿越的關鍵一步。由于“多接一”回拖定向鉆穿越工藝對泥漿性能要求不同于整條穿越，由于鉆機中途停頓，如果泥漿的流動性不好，其懸浮和攜帶泥屑的作用就會大打折扣，鉆具切削下來的泥屑就可能大量地沉積在孔內(nèi)，從而增加管道二次回拖阻力。

因此對泥漿的性能提出了非常高的要求，要使泥漿達到以下要求：①泥漿具有良好的造壁功能；②低的降失水性；③好的成孔性；④好的流動性；⑤合適的泥漿比重：泥漿配置根據(jù)地質(zhì)不同而不同，但對粘度的要求是非常高的，不應低于50s。泥漿PH值控制在8～10。

5 “多接一”回拖定向鉆推廣前景

由于能源緊缺，高效、清潔的天然氣開發(fā)能緩解能源緊張的局面，尤其是在浙江等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，這幾年管道及復線管道安裝也在緊鑼密鼓的開展，同時開挖工作進行各類地下管線施工導致的社會問題和環(huán)境污染問題已越來越受關注，政策處理的成本越來越高，因此管道定向鉆穿越工程量勢必增加，這對于推廣“多接一”回拖定向鉆非常有利。

我公司在杭嘉線輸氣管道工程支線線路工程I標段及諸暨至蕭山天然氣輸氣管道工程和慈東工業(yè)區(qū)天然氣利用工程定向鉆穿越多次應用二接一施工，積累了一定的經(jīng)驗和控制方法。雖然“多接一”回拖定向鉆施工比整條定向鉆穿越難度大，只要在方案論證、中途焊接、回拖等工序上嚴格把關，其優(yōu)越性所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是非常明顯的，矛盾的引發(fā)幾率也減少。相信“多接一”回拖定向鉆施工在今后的管道安裝中將起到更大更積極的作用。

參考文獻：

[1]郭清泉.廣東LNG工程珠江定向鉆穿越施工風險防范措施[J].維普資訊網(wǎng)，2009（08）.

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[3]曾強，陳杰，亢會明，康勝.油氣管道定向鉆穿越勘察設計和施工中存在的問題及對策[J].石油工程建設，2012（01）.endprint