【干货】管道定向穿越施工——现场开钻前的工作

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测量放线
在施工设备进入施工现场前，要根据设计确定的工程图纸，现场的控制桩位，穿越设备选型情况以及现场的地形地貌条件等编制施工场地平面布置图。用测量仪器标定穿越中心线。出土点和入土点应尽量通视，如果不能通视，测量仪器需要倒站测量。要尽可能减少倒站次数，防止产生误差。在确定穿越入土点及出土点后。再确定钻机安装场地，泥浆储存池，管段施工场地。如施工现场有高压线路通过，应采取措施避开。

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进场道路

施工现场两侧都需要重型设备，为缩减成本，通往两侧施工现场的道路应尽可能利用现有道路以减少新修道路距离，或利用管道线路的施工便道。若必须进行施工便道的整修，要根据地质条件，来具体确定整修施工便道的方案。同时要考虑撤场时地貌的恢复。

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工作场地

1．钻机施工场地一侧

钻机施工场地应根据钻机的吨位设定，一般至少需要40×40m的面积，大型定向钻机的安装场地一般约为60×60m的面积。其安装场地的现场布置如图3—6所示，该面积从入土点算起，入土点应位于规定的区域内距场地边缘至少3m处，同时由于许多钻机配套的设备或配件也需要场地安排，所以钻机一侧施工现场可由许多不规则的小块组成，以便节省占地面积。现场尽量要平整，坚硬，清洁，以便有利于进行施工。由于穿越施工时需要大量的淡水供泥浆搅拌使用，所以施工现场应尽量靠近水源或便于连接自来水管道的地方。现场安装的管路较多，泥浆压力较高，又有工艺要求设置的泥浆池等，加之在施工作业时有平面与空间中的作业，在场地设置中要充分考虑安全的要求，设置必要的警戒区域和行走通道。

2．管段的预制一侧

为便于预制欲敷设的管段，出土点一侧也需要总长度以能够摆放下所预制的管道为准的施工现场。如图3—7所示。（场地的总长度一般为穿越管道长度再加上20m，宽度可按连接的主管道施工作业带宽度设定）在回拖前，要将管道预制完成，包括焊接、无损检测、通球、试压和防腐补口等工序。在管段预制条件长度不许可的条件下，可对管段进行二接一或三接一，但可能的条件下，应尽量将管段一次预制完成，以保证回拖作业的顺利进行。在管段条件不具备沿穿越轴线布置预制管段的条件下，管段可以以弹性方式（1000D以上）摆放，但钻杆出土点一侧，管段应保持沿轴线方向有100m的直管段。

 

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施工参数的确定

１）穿越管段的埋深

GB50424标准规定，定向穿越管段管顶埋深应在河流最大冲刷线2.5m以下，且穿越管段管顶到河床底部的最小距离宜大于穿越管径的10~15倍，且不小于6m。对防洪等级高的河流，应根据不同的地质类别，适当增加穿越深度。如果是在设计深度以下，有更好的地层适宜管道定向穿越，可尽量采用此地层进行穿越，这样不仅可以提高管道定向穿越的成功率，提高了管道穿越的质量，也容易得到建设方的认可。对于其它障碍物的穿越可按设计的要求执行。

２）井斜角

GB50424标准规定，穿越施工时入土角、出土角的大小，应根据地质、地形条件和穿越管段的材质、管径确定。入土角宜为8°~20°，出土角宜为4°~12°。必要时，可适当调整入土角、出土角的大小。在大多数穿越施工中，入土角通常选择在8~12度之间，较为适宜的出土角一般控制在5°~8°之间，以便于成品管道的回拖。有时为保证有较大的入土角，可将钻机后部抬起，形成倾斜面。也可以在钻机安装的现场用推土机推出一个斜面，直接将钻机安装在斜面上。

３）曲率半径

多数施工在入土点首先钻一段斜直线，标准规定一般规定不少于10m的直管段。然后再钻一段大半径曲线。此曲线的曲率半径由回拖管段的弯曲特性决定，随直径增大而增大，钢质管道曲率半径一般取管道直径的1200倍~1500倍。为保证导向孔曲线整体达到管道弹性弯曲半径要求，单根钻杆折角的控制范围应控制在0.5°~0.6°。斜直线将导向孔曲线按照预定的走向引导到设计的深度，然后是在此深度上的一段尽可能的水平直线，然后到达向上的弯曲点再到出土点。钻杆的折角应平缓，弯曲角度要小于钻杆允许弯曲角度。防止较大的狗腿度产生，造成钻杆的疲劳破坏。表3—1给出了毎根钻杆的折角，钻杆计算长度为9~10m。

当采用上述的基本要求和经验公式不能满足某些较为特殊的穿越条件时，可根据下述公式进行穿越曲线的设计，但应留有充分的余地。

管材最小弯曲半径R计算公式

r—管材的半径

E—管材材质的弹性模量

σ—管材材质的屈服强度

每根钻杆的曲率Δα的计算公式

式中：R—管材最小弯曲半径

L—每根钻杆长度

π—圆周率

 

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钻机的安装与标定

１、钻机的安装

钻机安装时，钻机要准确放置在穿越中心线上，安装要保证在施工中完全固定，以防止在钻进和回拖过程中的移动，移动的后果极大降低了回拖力，并使钻机前倾。钻机的锚固系统，有混凝土块的预制方式、也有采用沉箱方式进行钻机的锚固。新型的钻机携带有自动液压锚固系统，靠自身功率把锚杆钻入地层，在一般地层用直锚杆，在锚固力较小的土层可以采用螺旋锚杆。

２、方位角的标定

钻机安装完成后，即开始方位角的标定，方位角的标定将影响穿越是否按穿越中心线准确进行导向孔的钻进，因此，在方位角的测定时，应沿中心线的不同位置布置探头并多测几次，一般在施工中，经验表明以测定三次为宜，并取多次测量值的算术平均值作为方位角基准值。如有异常，应分析异常的原因，并解决之。在测定过程中，应尽量避开干扰源。标定完成后，在计算机定向程序中设定现场测定的各参数值。

３、导向孔钻进前的钻杆安装

将探头装入无磁钻铤，安装好斜节和钻头，连接好钻杆柱，并装上钻机。将造斜角朝上，程序设定中设定此状态为钻头工具面的零点。

上述工作完成后，则可以进行导向孔的钻进了。在导向孔的钻进过程，开始时不易清晰的了解设定的方位角是否准确，此时要在开始钻进的几根钻杆时对钻进的方位角不进行调整，这是由于开始时采集的数据方位角不稳定，待钻进几根钻杆后，再取若干个方位角值取平均值，若平均值与设定的方位角相差较小，可不用进行方位角的调整。在导向孔钻进开始时，直线段一般在20m左右。

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