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摘要：近年来水平定向钻在管道非开挖技术行业中，一直是主要的增长领域，随着现代文明意识和环保意识的逐渐加强，开挖路面进行各类地下管线施工导致的社会问题，交通问题和环境污染问题已越来越受人民的关注，城市限制开挖施工的法规将陆续出台，这里介绍的就是用来进行非开挖施工的水平定向钻穿越施工技术。
关键词：非开挖施工；水平定向钻穿越
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
工程概况
本工程为国电聊城发电厂厂外除灰管道工程。管道穿越柏林公路，管道埋深为柏林公路路面7.5米以下，柏林路比两侧地面高1.5米，灰管主材为ф245*10-20#钢无缝钢管。原定为该段为大开挖埋管，由于公路及水利协调困难，费用太高，工期长，所以决定采用非开挖定向转施工，钻机入钻点位于柏林路北侧，出钻点位于柏林路南侧。此穿越工程为小型穿越工程，定向钻技术相对成本低、工期短、无阻碍交通等优点。
定向钻施工
2.1施工现场勘察
2.1.1、地下管线探测
1）、地下管线探查
地下管线探查是通过现场寻找施工现场周围的工作井，查看管线的走向，情况不明打电话让相应负责部门到现场标明、询问当地居民、用管线探测仪进行测量、钻机出入土点挖工作坑，至少1.5米深和及现有的工程现场地下管网资料探寻各种管线的埋设位置和深度
2）、地下管线测绘
地下管线测绘是对已查明的地下管线位置的平面位置和深度进行测量。 我们要 沿穿越方向，对已探测地下管线的深度及管线走向做出标记；
根据探查结果，对现场地下管网进行复查，准确掌握地下各种管线和其他基础设施的分布及埋深，为导向孔轨迹提供准确的设计依据。
2.1.2、地质勘察
根据设计院提供工程现场的地质勘察报告，根据地质勘察报告可以进行钻机及钻具组合的选择，也是提供工程报价的依据。
2.2曲线设计
曲率半径 R=1500*245/1000=367.5m
入出土角和曲线段的确定按下图进行。
图中：α1——入土角
α2——出土角
A——入土点
D——出土点
B——第一曲线段和直线段轨迹变化点
C——直線段和第二曲线段轨迹变化点
h——轨迹（铺管）深度
L1+ L2+L3——定向钻铺管水平长度
L1＝==66.1m
=2arctg=10.30
L3＝=66.1m
=2arctg=10.30
L2＝30m(图纸要求)
穿越管线总长=30+（2*π*367.5*10.3/360）*2=162.5米
2.3机械性能和相关参数
根据拉管阻力的确定选择需要的设备。根据设计需求、定向钻性能及现场情况，决定采用ZT-25型水平定向钻。钻机的主要性能参数：回拖力最大为25t，最大扭矩为7knm。设备机械化程度高，结构布局合理，整体性好，结构简单易操作。优良的设备加上高素质的员工是顺利完成工程的重要的保证。
2.4泥浆配比
孔的成功与否关键在于如何防止塌方的问题，故此在钻导向孔时，按照地质构造的不同详细制定出合理的泥浆配比方案，在不同的地质情况下选用不同的泥浆配比，再考虑穿越的距离的长短，为防止融土包裹钻具，所以要严格把膨润土、水、添加剂等充分搅拌均匀混合后在使用。根据现场地质情况泥浆采用膨润土（一级）+ 防塌剂（聚合物）+ 降失水剂+ 润滑剂 泥浆粘度控制在30-40。
2.5定向钻施工方法
导向钻管法的施工工艺主要为：地质勘察—钻进轨迹设计—测量磁方位角—钻机就位—钻导向孔—分级扩孔—管道回拖敷设—环境保护—地貌恢复。
按照设计的钻孔轨迹（一般为弧形），先进行导向孔钻进，然后扩孔，最后就能进行拖管施工了。
水平导向钻机在施工时，司钻手要密切注意司钻台各仪表的读数变化，充分掌握地下钻进情况，随时做好钻进参数调整；必须观察井眼泥浆的反出情况，以便准确判断钻进过程中的地质情况变化，来决策钻进泥浆配比及供给，泥浆员随时与司钻手保持联系，确保扩孔成功。在整个施工过程应注意以下几个要点：
2.5.1设备就位、安装、调试
钻机就位前对钻机施工场地进行平整，保证设备通行及进出场。根据入土点、入土角度，并结合现场实际情况使钻机准确就位。钻机设备、固控设备安装完成后，对设备进行调试、检查、测试，确保设备安全运行。控向设备仪器安装完成后，对其进行调试，确保导向孔的深度。在入土点用挖掘机开挖一个2m*2m*2m的工作坑，来盛放搅拌好的泥浆，保证泥浆供应。在出土点开挖1.5m*1.5m*2.5m的引沟工作坑（引沟随角度变化逐渐变浅），用来防止泥浆四溢，污染环境，并在进行拖管的时候用所存泥浆及润滑剂平稀管道入土角度。多余泥浆由吸污车集中清运。
2.5.2钻导向孔
为保证预扩孔及回拖工作顺利进行，钻导向孔时要求造斜段应严格按设计曲线钻进。经过对轴线及钻机就位情况进行校准，再做充分准备和检查无误后开始导向钻进施工。
2.5.3预扩孔和磨孔
1）进行预扩孔，边扩孔边打入泥浆，视旋压力及回拉力逐级加大扩孔级别。
2）扩孔的次数需视钻机回转压力及回拖力而定。扩孔级别如下：使用DN280mm扩孔器扩一遍;使用DN380mm扩孔器扩一遍。
扩孔前要做好泥浆循环系统的准备工作，在入土点、出土点各开挖一个泥浆坑，并配有清运泥浆的专用设备。保证施工现场的清洁，做到文明施工。
2.5.4拖管
1）拖管采用专门的回拖器，同时采用边打泥浆边旋转回拖的方法，从而保证成品管不被破坏。
2）提高泥浆的润滑性，摆正降低摩阻，增强携岩效果。器配方如下：10%预水化钠基膨润土+0.5%降虑失剂+3%润滑剂。
3）在ф245*10钢管回拖前，验证扩孔后孔内是否有充足的泥浆，以便回拖中起到护壁的作用。
4）经确认钢管拖入端与回拖器连接牢固，检查所有回拖系统是否处于最佳状态。
5）回拖启动后，要做到平稳、匀速。操作手时刻观察回拖压力变化，及时上报，以便采取必要措施，使管道顺利回拖成功。
2.6 采用非开挖工艺的控制要求
2.6.1 充分重视地质勘察的重要性
每项非开挖工艺都具备一定的风险，但是如能做好地质勘察，详细了解所穿越地段地质风险，认真研究地质勘察报告，采取相应的措施，便能规避风险。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。通过采集所需数据，进行管道设计轨迹优化，提高管道轨迹的科学性。
2.6.2 有效的管理，高素质的技术人员，严谨、规范操作是成功的保证
非开挖工艺具备一定的技术含量，同时也取决于施工人员的经验。精心安排工程施工的每个环节，从现场勘察、穿越曲线的设计、优化钻机就位调试、入土及出土角的确定到钻孔、扩孔、回拖。严谨规范操作，把握细节，才能一次成功。
结语
本工程经过2d的奋战顺利完成，经试压确认，各方面技术参数都达到设计要求。综上所述，工程的顺利完成必须有良好的设计方案和满足施工要求的施工方法及高素质的技术、施工人员。
关键词：非开挖施工；水平定向钻穿越
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
工程概况
本工程为国电聊城发电厂厂外除灰管道工程。管道穿越柏林公路，管道埋深为柏林公路路面7.5米以下，柏林路比两侧地面高1.5米，灰管主材为ф245*10-20#钢无缝钢管。原定为该段为大开挖埋管，由于公路及水利协调困难，费用太高，工期长，所以决定采用非开挖定向转施工，钻机入钻点位于柏林路北侧，出钻点位于柏林路南侧。此穿越工程为小型穿越工程，定向钻技术相对成本低、工期短、无阻碍交通等优点。
定向钻施工
2.1施工现场勘察
2.1.1、地下管线探测
1）、地下管线探查
地下管线探查是通过现场寻找施工现场周围的工作井，查看管线的走向，情况不明打电话让相应负责部门到现场标明、询问当地居民、用管线探测仪进行测量、钻机出入土点挖工作坑，至少1.5米深和及现有的工程现场地下管网资料探寻各种管线的埋设位置和深度
2）、地下管线测绘
地下管线测绘是对已查明的地下管线位置的平面位置和深度进行测量。 我们要 沿穿越方向，对已探测地下管线的深度及管线走向做出标记；
根据探查结果，对现场地下管网进行复查，准确掌握地下各种管线和其他基础设施的分布及埋深，为导向孔轨迹提供准确的设计依据。
2.1.2、地质勘察
根据设计院提供工程现场的地质勘察报告，根据地质勘察报告可以进行钻机及钻具组合的选择，也是提供工程报价的依据。
2.2曲线设计
曲率半径 R=1500*245/1000=367.5m
入出土角和曲线段的确定按下图进行。
图中：α1——入土角
α2——出土角
A——入土点
D——出土点
B——第一曲线段和直线段轨迹变化点
C——直線段和第二曲线段轨迹变化点
h——轨迹（铺管）深度
L1+ L2+L3——定向钻铺管水平长度
L1＝==66.1m
=2arctg=10.30
L3＝=66.1m
=2arctg=10.30
L2＝30m(图纸要求)
穿越管线总长=30+（2*π*367.5*10.3/360）*2=162.5米
2.3机械性能和相关参数
根据拉管阻力的确定选择需要的设备。根据设计需求、定向钻性能及现场情况，决定采用ZT-25型水平定向钻。钻机的主要性能参数：回拖力最大为25t，最大扭矩为7knm。设备机械化程度高，结构布局合理，整体性好，结构简单易操作。优良的设备加上高素质的员工是顺利完成工程的重要的保证。
2.4泥浆配比
孔的成功与否关键在于如何防止塌方的问题，故此在钻导向孔时，按照地质构造的不同详细制定出合理的泥浆配比方案，在不同的地质情况下选用不同的泥浆配比，再考虑穿越的距离的长短，为防止融土包裹钻具，所以要严格把膨润土、水、添加剂等充分搅拌均匀混合后在使用。根据现场地质情况泥浆采用膨润土（一级）+ 防塌剂（聚合物）+ 降失水剂+ 润滑剂 泥浆粘度控制在30-40。
2.5定向钻施工方法
导向钻管法的施工工艺主要为：地质勘察—钻进轨迹设计—测量磁方位角—钻机就位—钻导向孔—分级扩孔—管道回拖敷设—环境保护—地貌恢复。
按照设计的钻孔轨迹（一般为弧形），先进行导向孔钻进，然后扩孔，最后就能进行拖管施工了。
水平导向钻机在施工时，司钻手要密切注意司钻台各仪表的读数变化，充分掌握地下钻进情况，随时做好钻进参数调整；必须观察井眼泥浆的反出情况，以便准确判断钻进过程中的地质情况变化，来决策钻进泥浆配比及供给，泥浆员随时与司钻手保持联系，确保扩孔成功。在整个施工过程应注意以下几个要点：
2.5.1设备就位、安装、调试
钻机就位前对钻机施工场地进行平整，保证设备通行及进出场。根据入土点、入土角度，并结合现场实际情况使钻机准确就位。钻机设备、固控设备安装完成后，对设备进行调试、检查、测试，确保设备安全运行。控向设备仪器安装完成后，对其进行调试，确保导向孔的深度。在入土点用挖掘机开挖一个2m*2m*2m的工作坑，来盛放搅拌好的泥浆，保证泥浆供应。在出土点开挖1.5m*1.5m*2.5m的引沟工作坑（引沟随角度变化逐渐变浅），用来防止泥浆四溢，污染环境，并在进行拖管的时候用所存泥浆及润滑剂平稀管道入土角度。多余泥浆由吸污车集中清运。
2.5.2钻导向孔
为保证预扩孔及回拖工作顺利进行，钻导向孔时要求造斜段应严格按设计曲线钻进。经过对轴线及钻机就位情况进行校准，再做充分准备和检查无误后开始导向钻进施工。
2.5.3预扩孔和磨孔
1）进行预扩孔，边扩孔边打入泥浆，视旋压力及回拉力逐级加大扩孔级别。
2）扩孔的次数需视钻机回转压力及回拖力而定。扩孔级别如下：使用DN280mm扩孔器扩一遍;使用DN380mm扩孔器扩一遍。
扩孔前要做好泥浆循环系统的准备工作，在入土点、出土点各开挖一个泥浆坑，并配有清运泥浆的专用设备。保证施工现场的清洁，做到文明施工。
2.5.4拖管
1）拖管采用专门的回拖器，同时采用边打泥浆边旋转回拖的方法，从而保证成品管不被破坏。
2）提高泥浆的润滑性，摆正降低摩阻，增强携岩效果。器配方如下：10%预水化钠基膨润土+0.5%降虑失剂+3%润滑剂。
3）在ф245*10钢管回拖前，验证扩孔后孔内是否有充足的泥浆，以便回拖中起到护壁的作用。
4）经确认钢管拖入端与回拖器连接牢固，检查所有回拖系统是否处于最佳状态。
5）回拖启动后，要做到平稳、匀速。操作手时刻观察回拖压力变化，及时上报，以便采取必要措施，使管道顺利回拖成功。
2.6 采用非开挖工艺的控制要求
2.6.1 充分重视地质勘察的重要性
每项非开挖工艺都具备一定的风险，但是如能做好地质勘察，详细了解所穿越地段地质风险，认真研究地质勘察报告，采取相应的措施，便能规避风险。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。通过采集所需数据，进行管道设计轨迹优化，提高管道轨迹的科学性。
2.6.2 有效的管理，高素质的技术人员，严谨、规范操作是成功的保证
非开挖工艺具备一定的技术含量，同时也取决于施工人员的经验。精心安排工程施工的每个环节，从现场勘察、穿越曲线的设计、优化钻机就位调试、入土及出土角的确定到钻孔、扩孔、回拖。严谨规范操作，把握细节，才能一次成功。
结语
本工程经过2d的奋战顺利完成，经试压确认，各方面技术参数都达到设计要求。综上所述，工程的顺利完成必须有良好的设计方案和满足施工要求的施工方法及高素质的技术、施工人员。