非開挖定向鉆技術(shù)的優(yōu)勢
（1）施工場地小，不干擾地面交通，社會影響小。采用開挖方式施工，管溝的平均寬度在0.8m以上，若加上一側(cè)返土和周邊設置的防護圍欄，平均寬度在2.0m左右。這對于本就狹窄的城市道路而言，無疑增加了巨大的交通壓力，也給附近居民的出行造成不便。而采用非開挖定向鉆技術(shù)施工不用開挖長距離管溝，施工場地較小。工作坑面積一般在3～6m2，為了**施工質(zhì)量及便于后期的維護保養(yǎng)，工作坑間距一般在200m左右，也就是說每米管線的開挖面積不足0.03m2，土方量較少。而且由于施工速度較快，一般可隨施工隨回填，對周邊環(huán)境、交通安全、社會秩序、居民生活的不利影響也降到了限度。
（2）施工障礙少，避免干擾其他地下設施?？萍悸返靥幏比A的，原有地下管線多而且雜，由于原始資料缺失，部分地下管線甚至無法確定具置。在開挖施工過程中，采用機械挖掘很損壞到已埋管線，而人工開挖的人力和時間成本又都過高。如果選擇非開挖定向鉆方法施工，則能有效繞開障礙物，只需確定工作坑附近的地下管線位置，將打孔深度定位在一般管線平均埋地深度以下（即地下2～3m左右），避有埋地設施即可。
（3）受地表現(xiàn)狀影響小。在日常市政燃氣管線施工過程中，限制施工的往往是各類地表現(xiàn)狀，比如河流、池塘、公路、鐵路、樹林等等，甚至一些鋪裝良好的硬覆蓋地面也會成為管道開挖施工的難題。而非開挖定向鉆技術(shù)的優(yōu)點在于可以直接從地下穿越河流、公路、鐵路等且不破壞地表的原有地貌。采用非開挖定向鉆技術(shù)鋪設燃氣管道，埋深可以在地下5～10m，甚至深。既沒有水上、水下作業(yè)而影響江河航道的問題，也不會破壞江河兩側(cè)堤岸及河床結(jié)構(gòu)；既不會對公路路面產(chǎn)生破壞，也不會影響軌道交通，而且施工一般不受季節(jié)限制。因此，該方法特別適合于穿越江河、公路、鐵路等設施的施工。
（4）速度快，。由于非開挖鋪管無須開挖管溝，省下了道路開挖和回填后維護保養(yǎng)這兩項工期長的工序。以該工程為例，東西兩段管線長度基本一致，西段非開挖施工只用了15d，而東段開挖鋪管則用了28d，兩者比較，非開挖鋪管技術(shù)在工期方面具有非常大的優(yōu)勢。這是因為，采用定向鉆機鋪設地下燃氣管線作業(yè)面比較小，操作簡單，一般只需機手1名，輔助人員4～5名即可完成施工作業(yè)。每班平均進度基本都在50m以上，既可連續(xù)作業(yè)，亦可多臺分段作業(yè)。因此，非開挖定向鉆方法具有用人少、速度快、、方法簡單的優(yōu)點。特別是在工期比較緊張的工程中，非開挖定向鉆方法可以列為方式。
（5）工程造價較開挖施工略低。非開挖定向鉆法施工價格構(gòu)成中的支出是設備購置費昂貴導致的折舊費，一般按每米單價計費，但因作業(yè)坑少，破路面積小，綜合造價反而會較低。以該工程為例，該市政部門收取的同類路面破路費為172元/m2，由于是當年新修道路，破道費用還要乘以3倍，開挖方式施工需破路面1499m2，共計77.3萬元，再加土方施工（開溝、回填）11.82元/m3，按平均溝深1.8m計，共2698m3，共計3.2萬元，兩項相加總共為80.5萬元；而非開挖方式施工作業(yè)坑破路面積72m2，費用3.7萬元，大約只相當開挖施工方式的5%，土方施工共0.3萬元，再加上管道施工費用48.8萬元，總共為52.8萬元。折算成單價相比較，在不計算人工費用差異的前提下，開挖鋪管平均造價為430元/m，非開挖鋪管的平均造價為270元/m。兩者比較，非開挖定向鉆法施工比傳統(tǒng)開挖施工節(jié)省費用近40%。

定向鉆技術(shù)在管道施工中一般用于長距離非開挖穿越。其優(yōu)點是施工速度快、鋪管精度高，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。但由于對設備、鉆具較強的依賴性和地下施工中的不可視性，使其具有大的風險。本論文以油田某輸氣管線工程中的定向穿越為實例，針對在發(fā)生的管線回拖失敗問題進行論述分析。
一、工程概況
本文介紹的深穿段管線，規(guī)格為Φ219*6無縫鋼管，穿越水平長度1665m，小曲率半徑328.5m，穿越深度為8m。根據(jù)回拖力計算公式，計算的拉力F=24.91噸。該段選用回拖拉力280噸的鉆機，滿足工程需要。
二、管線回拖技術(shù)措施
1、確保導向孔平滑、順暢、滿足設計曲率半徑的要求，并避免出現(xiàn)S彎。
2、后一次擴孔前對鉆機等主要設備進行一次全面檢查和維護保養(yǎng)，拖管前再進行系統(tǒng)檢查，確保回拖過程中設備不出現(xiàn)問題。
3、及早做好拖管的各項準備工作，盡量壓縮擴孔完成后和回拖前的停工時間，減少風險，若停工時間過12小時，需要再進行一次通孔后再回拖。
4、調(diào)整好管道的入子L角度，與出土角保持一致，避免因管線彎曲造成應力過大而使回拖困難，根據(jù)施工實際情況，可將沿軸線方向前挖20—30米，以達到降低支撐高度，管道入洞的目的。
5、適當增加聚合物含量，提高泥漿的懸浮和固孔能力；加入泥漿流變劑，使泥漿在較高的粘度下保持良好的流動性，提高攜帶能力，降低粘滯力；加入潤滑劑減小摩阻；加入單項壓力封閉劑，即起到良好的堵漏效果，又在孔壁形成致密的保護膜，對上部砂層起到良好的封閉作用。
6、使用發(fā)送滾輪，要求滾輪高度300mm每15米設置一個滾輪，以減少倒拖拉力，使回拖順利進行。
7、在回拖時進行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成卡鉆?；赝锨白屑殭z查旋轉(zhuǎn)接頭、連接頭、擴孔器的連接，確定連接牢固方可回拖。
8、管道回拖時，盡量使用與后一次擴孔相同的鉆具結(jié)構(gòu)，以利于沿原軌跡，回拖時應避免鉆具與管道硬連接，旋轉(zhuǎn)接頭和工作管之間加“U”型環(huán)，其抗拉強度應與鉆機的額定拉力相匹。
四、泥漿的流變性的問題
水向穿越的成孔依賴鉆具對周圍土壤的切削和擠壓。泥漿的重要作用之一就是懸浮和攜帶泥屑。確保泥漿的流變性，才能使其懸浮和攜帶泥屑的作用發(fā)揮。在一些重大項目的穿越施工，都是在板式擴孔器擴孔后，采用桶式擴孔器清孔整形，以達到確保預擴孔質(zhì)量的目的，這樣不僅使泥漿的流變性增強，還減少了管道回拖時的阻力。而在本工程的施工中并未對預擴孔進行整形清孔。從而大大增加了回拖阻力，也是造成回拖失敗的原因之一。
五、預擴孔直徑選擇上的問題
孔的穩(wěn)定性隨著穿越地層巖性的不同存在很大的差別。在粘土、亞粘土層，孔的穩(wěn)定性比較好；而在粉砂、流砂和礫石層，孔的穩(wěn)定性很差。在實際施工中，地下土層多為流砂，粉砂，這也導致了預擴孔的穩(wěn)定性較差?？讖皆酱?，塌孔的可能性也隨之增加。實際施工時，為了增大環(huán)形空間減少回拖拉力，采用了擴孔直徑1.5Dn，而在一般情況下管道穿越的后一級擴孔直徑為1.2—1.3Dn或Dn+mm。較大的孔徑雖有利于管道的回拖，但在流砂和粉砂的地層采用擴孔直徑，加大了塌孔的風險；同時施工周期較長也是間接導致管道在回拖過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象的原因。
勝越管道穿越工程有限公司（非開挖），是一家在非開挖行業(yè)中具有在各種復雜環(huán)境下施工經(jīng)驗的企業(yè)，是地區(qū)早從事非開挖頂管技術(shù)研究開發(fā)和施工服務的專業(yè)施工隊之一。是非開挖技術(shù)協(xié)會、非開挖技術(shù)協(xié)會單位會員。

水向鉆施工的特點：

1 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，，學校和居民的正常生活和工作秩序，解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾，對交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎的破壞和不良影響。

2 現(xiàn)代化的穿越設備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設方向和埋深，管線弧形敷設距離長，可以滿足設計要求埋深，并且可以使管線繞過地下的障礙物。

3 城市管網(wǎng)埋深一般達到三米以下，穿越河流時，一般埋深在河床下 9—18米，所以采用水向鉆機穿越，對周圍環(huán)境沒有影響，不破壞地貌和環(huán)境，適應環(huán)保的各項要求。

4 采用水向鉆機穿越施工時，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(jié)構(gòu)，施工不受季節(jié)限制，具有施工人員少、成功率高施工安全可靠等特點。

水向鉆穿越施工工藝：

使用水向鉆機進行管線穿越施工，一般分為二個階段：階段是按照設計曲線盡可能準確的鉆一個導向孔；二階段是將導向孔進行擴孔，并將產(chǎn)品管線（一般為PE管道，光纜套管，鋼管）沿著擴大了的導向孔回拖到導向孔中，完成管線穿越工作。

1 鉆導向孔:

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，開動泥漿泵對準入土點進行鉆進，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，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進方向，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)。見示意圖一：鉆導向孔。
頂管施工的時候必要掌握的三點事項。我們信賴產(chǎn)品的安裝肯定要有很高的實用性。頂管施工的特點為適應性問題，即要根據(jù)不同的地質(zhì)條件、施工條件和計劃要求，選用得當?shù)捻敼苁┕し椒ㄒ约绊敼軝C和配套幫助設置裝備部署。因此，在機頭選型時，要憑據(jù)地質(zhì)情況，并結(jié)合施工經(jīng)驗，頂管機頭采用何種機頭(氣壓均衡、泥程度衡和土壓均衡三種網(wǎng)格機頭)施工。
其次，非開挖定向鉆施工，要根據(jù)現(xiàn)實環(huán)境選擇符合頂力的設置裝備部署構(gòu)成主頂，頂管設置裝備部署中的液壓裝置應由液壓總站、液壓控制箱、管路及其他液壓元件構(gòu)成。為了減小頂管頂工作受到的阻力，非開挖定向鉆技術(shù)，現(xiàn)場拌制頂進時應用的泥漿，該膨潤土攪拌體系由泥漿泵、拌漿池、儲漿池、備用池、閥門等構(gòu)成。
管道穿越工程：運輸管道采用水下或地下敷設方式通過河流、湖泊以及鐵路、公路等地段的管道線路工程。
管道跨越：運輸管道采用架空敷設方式，通過河流或山谷等地段的管道線路工程。
管道穿越河流一般選擇在水流平緩、河床平直、地質(zhì)穩(wěn)定、兩岸有一定施工場地的地點。管道穿越河流時，如果管道裸敷在水下河床上，由于水流沖擊、河床沖刷、冰凌和河道變遷的影響而遭到破壞，在通航的河道還可能遭受船錨等機械損傷。如果管道在水下懸浮或局部懸空，水流不僅沖擊管道，還會因水流繞過管道而產(chǎn)生交變渦流，以一定周期的脈沖壓力作用在管道上，使管道在交變應力作用下產(chǎn)生振動和疲勞損壞。因此，管道通過河流必須防止水流引起的損害。
水向鉆是穿越管段按照設計軌跡，通過障礙物的一種非開挖管道安裝施工方法。施工中，需利用控向系統(tǒng)，采用擴孔、回拖附以注漿等工藝措施實現(xiàn)穿越。
水鉆穿越障礙物類型
水向越穿越主要穿越鐵路、公路、河流、橋梁等，以上穿越時，在滿足相關(guān)規(guī)范要求的情況下，需征得相關(guān)行政管理部門的批準方可施工。穿越通航河流時，在水文資料的同時，需考慮疏浚、船舶拋錨、河流改造等因素。穿越管段距離橋梁墩臺沖刷坑邊緣外不宜小于10m，并不應影響橋梁墩全。
特別針對穿越河流等水域（《油氣輸送管道穿越工程設計規(guī)范》GB50423―2007中2.0.3：形成或人工建造的河流、湖泊、水庫、沼澤、魚塘、水渠等區(qū)域）時，穿越管段管頂埋深應在河流沖刷線2.5M以下，且穿越管段管頂?shù)胶哟驳撞康男【嚯x宜大于穿越管徑的10-15倍，且不小于6M。對防洪等級高的河流，應根據(jù)不同的地質(zhì)類別，適當增加穿越深度及采用套管穿越。
水向鉆穿越河流堤壩時，尚應根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取措施控制堤壩和地面的沉陷，防止穿越管道處發(fā)生管涌，不得危及堤壩的安全。水向鉆入土點距大堤坡腳宜大于50m。
穿越管道材質(zhì)及類型
1、管道穿越河流時，優(yōu)先選用無縫鋼管。穿越工程選用的國產(chǎn)鋼管，應符合現(xiàn)行標準《石油氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件1部分：A級鋼管》GB/T9711.1-1999的規(guī)定，并應根據(jù)鋼種等級與設計使用溫度提出韌性、防腐等級要求。
2、城鎮(zhèn)燃氣用聚乙烯管（PE管）。PE管以其優(yōu)越的防腐性及便于運輸、焊接、使用經(jīng)濟性廣泛使用。常用PE管為DSR11（標準尺寸比，指公稱直徑與公稱壁厚的比值）、PE100（指MRS即小環(huán)向應力要求強度為8.0MPa的聚乙烯材料）型。采用PE管時應確保燃氣管道周圍土壤溫度不大于40℃；當直埋蒸汽熱力管道保溫層外壁溫度不大于60℃時，水平凈距可減半。
水平定向鉆施工的特點：

2.1 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，，學校和居民的正常生活和工作秩序，解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾，對交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎的破壞和不良影響。

2.2 現(xiàn)代化的穿越設備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設方向和埋深，管線弧形敷設距離長，可以滿足設計要求埋深，并且可以使管線繞過地下的障礙物。

2.3 城市管網(wǎng)埋深一般達到三米以下，穿越河流時，一般埋深在河床下 9—18米，所以采用水平定向鉆機穿越，對周圍環(huán)境沒有影響，不破壞地貌和環(huán)境，適應環(huán)保的各項要求。

2.4 采用水平定向鉆機穿越施工時，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(jié)構(gòu)，施工不受季節(jié)限制，具有施工人員少、成功率高施工安全可靠等特點。

1、 水平定向鉆穿越施工工藝：

使用水平定向鉆機進行管線穿越施工，一般分為二個階段：階段是按照設計曲線盡可能準確的鉆一個導向孔；二階段是將導向孔進行擴孔，并將產(chǎn)品管線（一般為PE管道，光纜套管，鋼管）沿著擴大了的導向孔回拖到導向孔中，完成管線穿越工作。

1.1 鉆導向孔:
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，開動泥漿泵對準入土點進行鉆進，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，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進方向，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)。見示意圖一：鉆導向孔。
頂管施工的時候必要掌握的三點事項。我們信賴產(chǎn)品的安裝肯定要有很高的實用性。頂管施工的特點為適應性問題，即要根據(jù)不同的地質(zhì)條件、施工條件和計劃要求，選用得當?shù)捻敼苁┕し椒ㄒ约绊敼軝C和配套幫助設置裝備部署。因此，在機頭選型時，要憑據(jù)地質(zhì)情況，并結(jié)合施工經(jīng)驗，頂管機頭采用何種機頭(氣壓均衡、泥程度衡和土壓均衡三種網(wǎng)格機頭)施工。

其次，非開挖定向鉆施工，要根據(jù)現(xiàn)實環(huán)境選擇符合頂力的設置裝備部署構(gòu)成主頂，頂管設置裝備部署中的液壓裝置應由液壓總站、液壓控制箱、管路及其他液壓元件構(gòu)成。為了減小頂管頂工作受到的阻力，非開挖定向鉆技術(shù)，現(xiàn)場拌制頂進時應用的泥漿，該膨潤土攪拌體系由泥漿泵、拌漿池、儲漿池、備用池、閥門等構(gòu)成。


勝越管道穿越工程有限公司（非開挖），是一家在山西省非開挖行業(yè)中具有在各種復雜環(huán)境下施工經(jīng)驗的企業(yè)，是山西地區(qū)早從事非開挖頂管技術(shù)研究開發(fā)和施工服務的專業(yè)施工隊之一。是非開挖技術(shù)協(xié)會、非開挖技術(shù)協(xié)會單位會員。
水下管道
管道通過河流的工程措施主要有以下幾點。
①挖溝埋設：水下穿越常用的方法。挖溝的方法根據(jù)地質(zhì)、巖性、河流特性等條件選擇，常用的是圍堰挖溝、大型開溝犁挖溝、鉸吸式或抓斗式挖泥船挖溝、爆破成溝和水力沖溝等。隨著穿越工程的發(fā)展，各種挖泥船、水力沖溝機、大型開溝犁等施工機具和技術(shù)日臻完善。
②頂管或水向鉆孔：在河床下部直接將管子頂過河底或用傾斜的鉆機采用定向鉆進的方法，掘成一個下彎的弧形圓孔將管道從中牽引過去。后一種方法多用于河床為均質(zhì)粘土層的中小河流的管道穿越工程。
③增加容重:為防止管道浮起,通常在穿越河流的管壁澆注連續(xù)的混凝土復蓋層，或在復壁管環(huán)形空間內(nèi)注入加重水泥漿。前者節(jié)省鋼材，后者施工時牽引力小。水下管道容重的確定，主要與穿越地點水流速度有關(guān)。
④穩(wěn)管:其方法有堆石壩、石籠;壓馬鞍型或半圓環(huán)型重力式混凝土錨定塊；用擴展腳機械式錨桿等穩(wěn)管方法。在公元前200年的秦朝時期,在修筑大型水利工程時，就曾有用石籠筑成堤壩防止水沖的做法。在長江上游的管道穿越工程中,對難以開溝的卵石河床,也曾采用石籠穩(wěn)管。半圓環(huán)型重力式混凝土錨定塊穩(wěn)管用于河灘、沼澤和水流平緩的地點。擴展腳機械式錨桿用于粘性土層河床。
地下管道
管道穿越鐵路、公路可采用地下敷設方式，一般在路基下裝設水泥套管或鋼套管，管道在套管中穿過，以管道和鐵路、公路的安全。
輸氣、輸油等長輸管道在敷設過程中也必須埋設于地下，屬于地下管道的范疇。管道在山區(qū)埋設經(jīng)常需要橫穿山區(qū)沖積性河流。山區(qū)河道坡降陡，洪水位高，洪枯變幅大，沖刷力強，水土流失嚴重，必須采取有效的工程措施管道的安全。具體擴展閱讀論文《長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流治理措施研究》。

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