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(shè)置的防護(hù)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(hù)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(shè)施。科技路地處繁華的，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(jī)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(shè)施即可。
（3）受地表現(xiàn)狀影響小。在日常市政燃?xì)夤芫€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(shè)燃?xì)夤艿?，埋深可以在地?～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(shè)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(hù)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(jī)鋪設(shè)地下燃?xì)夤芫€作業(yè)面比較小，操作簡單，一般只需機(jī)手1名，輔助人員4～5名即可完成施工作業(yè)。每班平均進(jìn)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(shè)備購置費昂貴導(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(jì)效益和社會效益。但由于對設(shè)備、鉆具較強(qiáng)的依賴性和地下施工中的不可視性，使其具有大的風(fēng)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(jìn)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(jī)，滿足工程需要。
二、管線回拖技術(shù)措施
1、確保導(dǎo)向孔平滑、順暢、滿足設(shè)計曲率半徑的要求，并避免出現(xiàn)S彎。
2、后一次擴(kuò)孔前對鉆機(jī)等主要設(shè)備進(jìn)行一次全面檢查和維護(hù)保養(yǎng)，拖管前再進(jìn)行系統(tǒng)檢查，確?；赝线^程中設(shè)備不出現(xiàn)問題。
3、及早做好拖管的各項準(zhǔn)備工作，盡量壓縮擴(kuò)孔完成后和回拖前的停工時間，減少風(fēng)險，若停工時間過12小時，需要再進(jìn)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(yīng)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(dá)到降低支撐高度，管道入洞的目的。
5、適當(dāng)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(hù)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(shè)置一個滾輪，以減少倒拖拉力，使回拖順利進(jìn)行。
7、在回拖時進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成卡鉆。回拖前仔細(xì)檢查旋轉(zhuǎn)接頭、連接頭、擴(kuò)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(kuò)孔相同的鉆具結(jié)構(gòu)，以利于沿原軌跡，回拖時應(yīng)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(qiáng)度應(yīng)與鉆機(jī)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(kuò)孔器擴(kuò)孔后，采用桶式擴(kuò)孔器清孔整形，以達(dá)到確保預(yù)擴(kuò)孔質(zhì)量的目的，這樣不僅使泥漿的流變性增強(qiáng)，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(yù)擴(kuò)孔進(jìn)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(yù)擴(kuò)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(dǎo)致了預(yù)擴(kuò)孔的穩(wěn)定性較差。孔徑越大，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(kuò)孔直徑1.5Dn，而在一般情況下管道穿越的后一級擴(kuò)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(kuò)孔直徑，加大了塌孔的風(fēng)險；同時施工周期較長也是間接導(dǎo)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(fù)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(wù)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(xué)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(chǔ)的破壞和不良影響。

2 現(xiàn)代化的穿越設(shè)備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深，管線弧形敷設(shè)距離長，可以滿足設(shè)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(dá)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(jī)穿越，對周圍環(huán)境沒有影響，不破壞地貌和環(huán)境，適應(yīng)環(huán)保的各項要求。

4 采用水向鉆機(jī)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(jī)進(jìn)行管線穿越施工，一般分為二個階段：階段是按照設(shè)計曲線盡可能準(zhǔn)確的鉆一個導(dǎo)向孔；二階段是將導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔，并將產(chǎn)品管線（一般為PE管道，光纜套管，鋼管）沿著擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔回拖到導(dǎo)向孔中，完成管線穿越工作。

1 鉆導(dǎo)向孔:

要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達(dá)，開動泥漿泵對準(zhǔn)入土點進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（或使用泥漿馬達(dá)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(jìn)方向，所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。見示意圖一：鉆導(dǎo)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(yīng)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(dāng)?shù)捻敼苁┕し椒ㄒ约绊敼軝C(jī)和配套幫助設(shè)置裝備部署。因此，在機(jī)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(jī)頭采用何種機(jī)頭(氣壓均衡、泥程度衡和土壓均衡三種網(wǎng)格機(jī)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(shè)置裝備部署構(gòu)成主頂，頂管設(shè)置裝備部署中的液壓裝置應(yīng)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(jìn)時應(yīng)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(shè)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(shè)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(jī)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(yīng)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(shè)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(kuò)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(zhǔn)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)類別，適當(dāng)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(yīng)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(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《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(yīng)根據(jù)鋼種等級與設(shè)計使用溫度提出韌性、防腐等級要求。
2、城鎮(zhèn)燃?xì)庥镁垡蚁┕埽≒E管）。PE管以其優(yōu)越的防腐性及便于運輸、焊接、使用經(jīng)濟(jì)性廣泛使用。常用PE管為DSR11（標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力要求強(qiáng)度為8.0MPa的聚乙烯材料）型。采用PE管時應(yīng)確保燃?xì)夤艿乐車寥罍囟炔淮笥?0℃；當(dāng)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(xué)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(chǔ)的破壞和不良影響。

2.2 現(xiàn)代化的穿越設(shè)備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深，管線弧形敷設(shè)距離長，可以滿足設(shè)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(dá)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(jī)穿越，對周圍環(huán)境沒有影響，不破壞地貌和環(huán)境，適應(yīng)環(huán)保的各項要求。

2.4 采用水平定向鉆機(jī)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(jī)進(jìn)行管線穿越施工，一般分為二個階段：階段是按照設(shè)計曲線盡可能準(zhǔn)確的鉆一個導(dǎo)向孔；二階段是將導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔，并將產(chǎn)品管線（一般為PE管道，光纜套管，鋼管）沿著擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔回拖到導(dǎo)向孔中，完成管線穿越工作。

1.1 鉆導(dǎo)向孔:
要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達(dá)，開動泥漿泵對準(zhǔn)入土點進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（或使用泥漿馬達(dá)帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)）切削地層，不斷前進(jìn)，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(jìn)方向，所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。見示意圖一：鉆導(dǎo)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(yīng)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(dāng)?shù)捻敼苁┕し椒ㄒ约绊敼軝C(jī)和配套幫助設(shè)置裝備部署。因此，在機(jī)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(jī)頭采用何種機(jī)頭(氣壓均衡、泥程度衡和土壓均衡三種網(wǎng)格機(jī)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(shè)置裝備部署構(gòu)成主頂，頂管設(shè)置裝備部署中的液壓裝置應(yīng)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(jìn)時應(yīng)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(fù)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(wù)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(shè)：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(jī)、大型開溝犁等施工機(jī)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(jī)采用定向鉆進(jìn)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(fù)蓋層，或在復(fù)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(kuò)展腳機(jī)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(kuò)展腳機(jī)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(shè)方式，一般在路基下裝設(shè)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(shè)過程中也必須埋設(shè)于地下，屬于地下管道的范疇。管道在山區(qū)埋設(shè)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(qiáng)，水土流失嚴(yán)重，必須采取有效的工程措施管道的安全。具體擴(kuò)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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