燃气管道定向穿越技术要求

燃气管道定向穿越技术要求 定向钻施工法也称为往复式潜钻施工法 HDD（Horizontal Directional Drilling）,是指无法以传 统开挖、推进及作业人员无法进入工作区，须用机械方法来操作钻掘、排土、清渣及方向控 制，并同时在扩孔后将各种管材埋入地下的施工方法。 定向钻施工法的优点有1、需要的作业空间小，对交通影响小；2、采用机械化施工，施工 迅速，工期短；3、减少因施工发生路面下陷及房屋龟裂；4、对已有埋设物的障碍物处理减 至最小限度；5、所需开挖空间少，安全防护容易；6、工人不需进入危险区作业，可保护工 人安全；7、在人口密集地区，对市民生活影响小；8、适合穿越铁路、公路、高速公路、河 流、等处的埋管施工。 一、定向钻施工及工作原理 定向钻施工法工作原理为钻头先喷射高压水柱将泥土松开，钻杆再施转前进。同时采用高 科技制造的钻头可击碎直径 30cm 以下的石块，钻杆在最大弯曲半径 33m 内可 360 度调整其 行进方向。采用无污染的天然粘土细粉作为润滑剂，混合在水柱中喷入土壤，不但可稳固孔 道壁且有润滑作用，将拉管时的摩擦力降至最低，日后泥浆形成一圈干燥的粘土裹覆管线。 钻头内装置精确的导向及探测仪器（信号发射器） ，当其在地下潜挖时，地面上的接受器可由 其电磁波显示钻头所在的位置及深度，进而可转绘成精确的地下管线图表。 二、设备组成 钻机 钻机可大致分为两类地表发射的和坑内发射的。地表发射钻机通常为履带式，可依靠 自己的动力自行走进入工地。铺设新管时它们不需要发射坑和接受坑，但管线连接时仍需要 开挖。如果要求在地下相同深度连接其它管线，则可能会造成新管的开头几米废弃。坑内发 射钻机在钻孔的两端都需要挖坑，但可在空间受限的地方操作。一些设计更紧凑的钻机的发 射坑，可只比接管所需的坑稍大一点就行。钻杆单根的长度受坑的尺寸限制，这可能对铺设 速度和钻杆成本造成影响。坑内发射钻机固定在发射坑中，利用坑的前、后壁承受给进力和 回拉力。地表发射钻机有几种桩定方式将钻机锚固在地上，性能完善的钻机桩定系统可以是 液压驱动的。一些地表发射钻机是整装式的，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；也有采用搅拌池和泵等设备分离配置的。钻进液通过钻杆柱内孔泵送到钻头， 再从钻杆与孔壁的环空内返回，并把破碎下来的钻屑携带至过滤系统进行分离和再循环。尤 其是地表发射钻机，配置有一个钻杆自动装卸系统，定长的钻杆装在一个传送盘上，随钻进 或回扩的过程而自动从钻杆柱上加、减钻杆，这种操作与一个自动的螺纹拧紧和卸开装置配 1 合进行。由于钻杆自动装卸系统加快施工速度、提高施工安全和减小劳动强度，因而应用日 益普遍，即使在小型钻机上也是如此。根据钻进地层的类型，选择定向钻机的能力可有很大 不同。通常，均质粘土地层最容易钻进；砂土层要难一些，尤其是其位于地下水位之下或没 有自稳能力时；砾石层中钻进会加速钻头的磨损。不带冲击作用或泥浆马达的标准型钻机， 一般不适用钻进岩石或坚硬夹层，因为一旦遇到此类障碍物，钻头会无法进尺或偏离设计轨 迹。 钻杆 钻杆要求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；要有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，还要能耐磨损与擦痕。 导向系统 与短距离施工的坑内发射应用不同， 多数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，最常用的如手持式walk-over系统，它以一个装在钻头后部空腔内的探测 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，传输的信号还往往包括钻头倾角、斜面面向角、电池电量和探头温度。这些信息通常 也转送到钻机附属接受器上，以使钻机操作者可直接掌握孔内信息，从而据此作出任何有必 要的轨迹调整。手持式系统的主要限制，是必须要到达直接位于钻头上部的地面。这一缺陷 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 孔的导向就可以跨越任何地形，并且可以用于受电磁干扰的地方。 扩孔器 扩孔器一般的形状是一个在切割面焊有切割牙的圆筒， 这圆筒并装有可以输送钻掘液 到切割面的钻掘液喷管。扩孔器可依地质状况及孔径大小而增大，当扩孔器抵达进入坑时就 会从导杆组上拆除，假如扩孔器一次无法到达预定管径需求，则可依上述扩孔程序重复进行 扩孔达到所需孔径。一般而言扩孔的孔径须比预埋管的外径大 35，如此可以避免预埋管在 回拉过程中有所阻碍。钻掘液会提供地下孔可以抵抗地面压力的液压，替代地下孔在扩孔过 程中因被刮除与钻掘液形成泥浆，而被挤出地表所减少的土壤，消除造成地底中空的疑虑。 辅助设备 虽然许多注意力都集中在设备的主要内容上， 但大量的附属和辅助设备在定向钻进 施工的成功中仍起着重要的作用。1、拉头 用于聚乙烯管的拉头类型很多，包括压力密封式 拉头和专用于定向钻进的改进型拉头，定向钻进拉头的一个作用是防止钻进液或碎屑进入工 作管道。2、旋转接头 旋转接头是扩孔和拉管操作中的基本构件，应设计成防止泥浆和碎屑 进入轴承。已有的旋转接头的能力从低于 5t 至 200t 以上。一些承包商使用断路式接头保护 2 工作管，该接头上有一系列在预定载荷下断开的销钉，可根据工作管的允许拉伸载荷断开接 头。这种断开式接头不仅减少了疏忽造成损失的风险，而且对那些知道不能超过允许载荷的 操作者，也有一种心理作用，不会去试图增大载荷而追求高效率。 3、其它重要的附助设备 包括聚乙烯管焊接机、管道支护滚筒和电缆牵引器。 三、定向钻施工计划的制定 虽然每个项目条件与状况不同，但是水平导向钻掘设备具备了各种不同的大小尺寸与规格。 制定定向钻施工计划时应注意的事项 1、置与通路位置是影响计划与执行定向钻工程最重要的因素。在计划时须先了解要穿越的是 何种类型障碍，例如河流、公路等。 2、预埋管道 事先知道所要埋设管道的材料（PE 管） ，因为材料的不同，管件受地表压力或因地心引力而 产生特殊的倾斜角度也是考虑的重点。 3、钻掘长度依据地质状况及考量钻掘装置与设备，作为钻掘长度设计的重点考虑。 4、 位置限制该地区的地质情况，例如附近构筑物的状况报告，这些信息包含①已有管线 在钻孔线路或钻孔设施附近，任何地下的管件、管道、电缆线或其它埋设物的详细信息。② 计划管线在钻孔线路或钻孔设施附近，任何规划将埋设的地下管件、管道、电缆线或其它 埋设物的详细信息。③计划建筑物规划将兴建的建筑物、桥梁、隧道、河流拓宽、疏浚或、 港湾建设等建物的详细信息。④该区历史资料该区构筑物资料或土地使用情形的历史信息， 尤其是该区有钻掘过又回填的旧有信息。⑤地形考察地形的考察当然包括现有已存在的构 筑物及既有设施等，钻掘线路上既有设施也是钻掘前应考虑的因素之一，这些因素会影响到 钻掘的进入点、出口点以及定向钻孔的整个轮廓。⑥地质测量资料地质测量非常重