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【摘要】本文主要分析了水平定向钻技术的相关问题，并论述了水平定向钻技术在管道穿越工程中的使用现状，进而分析了应该如何更好的使用水平定向钻技术，以期可以提高水平定向钻技术的应用水平。
【关键词】水平定向钻技术；管道穿越工程；应用
中图分类号： TU81文献标识码： A
一、前言
在管道穿越工程中，水平定向钻技术得到了广泛使用，由于管道穿越工程的特点，所以，使用水平定向钻技术将能够提高施工的效率，提高施工的质量，进而确保工程的顺利实施。
二、水平定向钻施工技术
1、施工原理
钻头先喷射高压水柱将泥土松开，钻杆再施转前进。钻杆在最大弯曲半径内可360度调整其行进方向。采用无污染的膨润土作为润滑剂，混合在水柱中形成泥浆喷入土壤，泥浆不但可护壁且有润滑作用，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。
2、水平定向钻施工的特点
（一）定向钻穿越施工解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，不阻碍交通，不破坏绿地植被，不对交通、环境及周边建筑物基础的产生破坏和不良影响。
（二）城市管网埋深一般达到三米以下，穿越河流时，一般埋深在河床下9～18米，使用定向钻施工能适应环保的各项要求，且埋深较大时地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，可以保证管线运行更长时间[2]。
（三）现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。
（四）采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。
（五）与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低，施工速度快。
三、燃气管道穿越工程中水平定向钻进技术施工工艺
定向钻施工工艺一般分为两个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将管道（HDPE管道）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。具体施工顺序为：现场勘查、开挖工法井、设计轨道线、导向孔施工、各级预扩孔、清孔、回拖管材。在牵引管施工完毕后，砌筑检查井。
1、导向孔施工
导向孔施工是成孔的关键，根据已设计轨迹线确定导向孔的入土点和入射点角度。认真测量和科学选取穿越轴线的方位角，使钻孔接近设计轨迹线。导向孔钻进过程中，注意井眼的返浆情况并做好记录，以准确判断钻进过程中的地质情况，为预扩孔提供可靠数据，导向孔的施工是否符合设计要求，直接影响工程质量。根据钻进过程中记录的数据仔细分析所钻进的线路中是否存在回填土，以便及时调整施工工艺及应对措施。另外，在导向孔施工过程中，导向技术人员要确保曲线偏移不能超越规定设计范围，每根钻杆间的角度变化也要得到严格控制，确保导向孔高质量完成。
2、各级预扩孔
导向孔完成后，技术人员应根据操作人员的原始记录并与原设计轨迹线相核对，再次复核导向孔的质量。在导向孔符合质量要求的情况下，取下导向钻头，接上反扩钻头和分动器，即可进行回拉扩孔。增加扩孔级数，更能保证成孔的质量。扩孔时应视地层的不同选择不同类型的反扩钻头。同时根据地层情况选择泥浆配方，一般情况下，地质粘质成份多，可用清水和刮刀钻头扩孔，自然造浆，保持孔壁稳定。如果所穿越地层中含沙量高，责必须选择优质泥浆，用膨润土进行泥浆护壁处理。扩孔直径符合铺管要求时，扩孔即告结束。
3、清孔
扩孔结束后，用清孔器清孔。清孔时注意泥浆比重，保证泥浆质量。机械操作人员应注意仪表的变化，以此判断孔内情况。并作好记录，技术人员根据记录的数据，分析清孔的效果如何，决定能否铺设管材。
4、回拖管材
当钻孔清孔达到铺管要求后，需进行回拖前准备。复查管材质量以及搬运过程中有无损伤，管材焊（连）接是否符合规定要求，检验完毕后，方能铺设。操作人员控制钻机的拉力和速度，确保所铺设管材不受损伤。回拖管材时，先将扩孔工具和管线连接好，然后开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，高密聚乙烯燃气管道在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以管线在扩好的孔中处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层。
四、燃气管道穿越工程水平定向钻技术施工方法
1、前期准备
（一）地质及地下管线的排查
（1）现场交通、水源、电源、施工运输道路、施工场地等资料的收集。
（2）与其他部门（通信、电力、供热、供水、排水等部门）核对地下管线，并用探测仪确定定向钻施工路线所在位置其它管线的种类、结构、位置走向及埋深。
（3）用局部开挖法取得施工路线位置地下土层分析、地下水位及土壤、水分的酸碱度等资料。
（二）施工主要机械设备、车辆：定向钻机一台套、月食导向系统一台套、90kW电机组（单相、三相）一台、经纬仪一套、成套钻具、泥浆系统及其他辅助设备（工器具等）、工程及保障车辆三台。
（三）对所敷设管线位置地形进行测量：根据设计的铺管深度初步确定施工段的倾斜段长度、入射点位置、铺管长度、下管位置，复核甲方提供的各点标高，为钻机施工创造条件。导向孔轨迹线设计是在管线剖面图基础上，设计出钻孔的最佳曲线。钻机按设计轨迹校正、固定安放。
（四）基坑开挖：开挖中对基坑进行压密注浆、坑内井点降水，并随挖随支撑。
2、技术要求
（一）定向钻穿越管道施工的管道，应严格按设计图样要求施工，并经检查验收合格后方可施工。
（二）管道组装焊接长度应为穿越面曲线设计长度加20米，设计长度应与实际钻成的导向孔记录长度核对。
（三）严禁在穿越管段上开孔焊接接管、管嘴及其他附件，试压时只许在管道两端加长段上开孔焊接放空阀和安装压力表。回拖连接时，开孔的加段应割除。
（四）在穿越长度和工艺条件许可的条件下，穿越管道曲率半径应尽量取大一些，曲率半径以1500D为宜，但最小曲率半径不应小于300m。穿越管道在入土点之后20米内应为直线段。
（五）穿越管道曲线纵截面的入土角和出土角根据穿越地形，地质条件和穿越管径大小来确定，入土角控制在9°-12°，出土角控制在4°-8°为宜。
（六）穿越管道回拖前应进行强度和严密性实验，回拖完成后，应进行严密性实验。
3、定向钻施工及管道铺设
（一）设备安装。调整水平钻机与导向孔位于同一条直線，并将钻机倾角和入射深度调整至符合设计导向轨迹要求。
（二）导向。将钻杆、探头及造斜钻头安装好，采用精度为0.1度的月食导向跟踪定向钻进，在钻进过程中不断改变倾角，使导向轨迹与设计轨迹相符。每4米定一个点，测出垂直深度、倾角、转角，并做好记录。在导向过程中以倾角变化为主，深度和转角作为参考依据。深度误差在5％左右。
（三）分级回扩。导向孔成型后，采用由小到大逐级扩孔方法进行回扩，同时采用泥浆护壁。直至导向孔扩至满足铺管要求为止。
（四）铺管。将分动器连接在扩孔钻头上，并与已经焊接上接管头的外套管连接（需要加装套管情况下），使空隙内充满泥浆，以保证土体对管壁无损伤。然后牵引回拖进行管道铺设。
（五）套管与燃气管道及导向孔间隙的填充。按照设计要求，如燃气管道需加装套管，在满足套管的钻孔形成后，套管和燃气管道同时拖拽，利用套管和燃气管道入土的挤压力，使套管与燃气管道及导向孔之间的间隙充满泥浆，随后达到一定的强度。
（六）做好管头保护，清理施工现场并撤出场地。
五、施工时关键工序的控制与处理
1、严格控制钻杆折角
工程施工钻杆的折转角度是严格按照设计参数控制的，单根钻杆调整角度0.48°，分三次调整，因每根钻杆都需调整折转角，没有缓冲的余量，所以不能超调，通过耐心的操作和认真调整，确保了穿越曲线的平滑。
2、泥浆(钻进液)的控制
为了确保地表设施及路基的安全，导向孔钻进便开始控制泥浆，根据钻进的总体时间，确定了最小的泥浆量，严格控制泥浆压力，并有专人检查地上情况是否异常，扩孔时检查泥浆返回情况，检查孔内混合物返回的粘度，适时改变泥浆供给量和参数，回拖时根据阻力情况适当地调整泥浆，在路基下缓慢通过并减少泥浆量，防止泥浆挤破路面(冒浆现象)。
3、管道入洞的处理
根据理论分析和工程实践经验，支撑点距洞口30m，洞口下挖20m，垫高0.6m，基本上消除了入洞阻力，做到了入洞平稳，不振动，有效地避免了钻具的损坏，使管道顺利回拖有了良好的开端。
六、结束语
总而言之，水平定向钻技术在管道穿越工程中的使用频率越来越高，因此，必须要更加深入的分析水平定向钻技术的使用特点，提高水平定向钻技术的施工水平。
【参考文献】
[1]林玩君.浅谈水平定向钻进施工技术[J].科技风.2011.14.
[2]刘盛兵;向启贵;刘坤.水平定向钻穿越施工及其风险控制措施探讨[J].石油与天然气化工.2011.23.
[3]耿雅慧,张建仁,王妙雅.市政给水非开挖水平定向钻技术的应用[J].西南给排水,2011,(01).
【关键词】水平定向钻技术；管道穿越工程；应用
中图分类号： TU81文献标识码： A
一、前言
在管道穿越工程中，水平定向钻技术得到了广泛使用，由于管道穿越工程的特点，所以，使用水平定向钻技术将能够提高施工的效率，提高施工的质量，进而确保工程的顺利实施。
二、水平定向钻施工技术
1、施工原理
钻头先喷射高压水柱将泥土松开，钻杆再施转前进。钻杆在最大弯曲半径内可360度调整其行进方向。采用无污染的膨润土作为润滑剂，混合在水柱中形成泥浆喷入土壤，泥浆不但可护壁且有润滑作用，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。
2、水平定向钻施工的特点
（一）定向钻穿越施工解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，不阻碍交通，不破坏绿地植被，不对交通、环境及周边建筑物基础的产生破坏和不良影响。
（二）城市管网埋深一般达到三米以下，穿越河流时，一般埋深在河床下9～18米，使用定向钻施工能适应环保的各项要求，且埋深较大时地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，可以保证管线运行更长时间[2]。
（三）现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。
（四）采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。
（五）与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低，施工速度快。
三、燃气管道穿越工程中水平定向钻进技术施工工艺
定向钻施工工艺一般分为两个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将管道（HDPE管道）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。具体施工顺序为：现场勘查、开挖工法井、设计轨道线、导向孔施工、各级预扩孔、清孔、回拖管材。在牵引管施工完毕后，砌筑检查井。
1、导向孔施工
导向孔施工是成孔的关键，根据已设计轨迹线确定导向孔的入土点和入射点角度。认真测量和科学选取穿越轴线的方位角，使钻孔接近设计轨迹线。导向孔钻进过程中，注意井眼的返浆情况并做好记录，以准确判断钻进过程中的地质情况，为预扩孔提供可靠数据，导向孔的施工是否符合设计要求，直接影响工程质量。根据钻进过程中记录的数据仔细分析所钻进的线路中是否存在回填土，以便及时调整施工工艺及应对措施。另外，在导向孔施工过程中，导向技术人员要确保曲线偏移不能超越规定设计范围，每根钻杆间的角度变化也要得到严格控制，确保导向孔高质量完成。
2、各级预扩孔
导向孔完成后，技术人员应根据操作人员的原始记录并与原设计轨迹线相核对，再次复核导向孔的质量。在导向孔符合质量要求的情况下，取下导向钻头，接上反扩钻头和分动器，即可进行回拉扩孔。增加扩孔级数，更能保证成孔的质量。扩孔时应视地层的不同选择不同类型的反扩钻头。同时根据地层情况选择泥浆配方，一般情况下，地质粘质成份多，可用清水和刮刀钻头扩孔，自然造浆，保持孔壁稳定。如果所穿越地层中含沙量高，责必须选择优质泥浆，用膨润土进行泥浆护壁处理。扩孔直径符合铺管要求时，扩孔即告结束。
3、清孔
扩孔结束后，用清孔器清孔。清孔时注意泥浆比重，保证泥浆质量。机械操作人员应注意仪表的变化，以此判断孔内情况。并作好记录，技术人员根据记录的数据，分析清孔的效果如何，决定能否铺设管材。
4、回拖管材
当钻孔清孔达到铺管要求后，需进行回拖前准备。复查管材质量以及搬运过程中有无损伤，管材焊（连）接是否符合规定要求，检验完毕后，方能铺设。操作人员控制钻机的拉力和速度，确保所铺设管材不受损伤。回拖管材时，先将扩孔工具和管线连接好，然后开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，高密聚乙烯燃气管道在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以管线在扩好的孔中处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层。
四、燃气管道穿越工程水平定向钻技术施工方法
1、前期准备
（一）地质及地下管线的排查
（1）现场交通、水源、电源、施工运输道路、施工场地等资料的收集。
（2）与其他部门（通信、电力、供热、供水、排水等部门）核对地下管线，并用探测仪确定定向钻施工路线所在位置其它管线的种类、结构、位置走向及埋深。
（3）用局部开挖法取得施工路线位置地下土层分析、地下水位及土壤、水分的酸碱度等资料。
（二）施工主要机械设备、车辆：定向钻机一台套、月食导向系统一台套、90kW电机组（单相、三相）一台、经纬仪一套、成套钻具、泥浆系统及其他辅助设备（工器具等）、工程及保障车辆三台。
（三）对所敷设管线位置地形进行测量：根据设计的铺管深度初步确定施工段的倾斜段长度、入射点位置、铺管长度、下管位置，复核甲方提供的各点标高，为钻机施工创造条件。导向孔轨迹线设计是在管线剖面图基础上，设计出钻孔的最佳曲线。钻机按设计轨迹校正、固定安放。
（四）基坑开挖：开挖中对基坑进行压密注浆、坑内井点降水，并随挖随支撑。
2、技术要求
（一）定向钻穿越管道施工的管道，应严格按设计图样要求施工，并经检查验收合格后方可施工。
（二）管道组装焊接长度应为穿越面曲线设计长度加20米，设计长度应与实际钻成的导向孔记录长度核对。
（三）严禁在穿越管段上开孔焊接接管、管嘴及其他附件，试压时只许在管道两端加长段上开孔焊接放空阀和安装压力表。回拖连接时，开孔的加段应割除。
（四）在穿越长度和工艺条件许可的条件下，穿越管道曲率半径应尽量取大一些，曲率半径以1500D为宜，但最小曲率半径不应小于300m。穿越管道在入土点之后20米内应为直线段。
（五）穿越管道曲线纵截面的入土角和出土角根据穿越地形，地质条件和穿越管径大小来确定，入土角控制在9°-12°，出土角控制在4°-8°为宜。
（六）穿越管道回拖前应进行强度和严密性实验，回拖完成后，应进行严密性实验。
3、定向钻施工及管道铺设
（一）设备安装。调整水平钻机与导向孔位于同一条直線，并将钻机倾角和入射深度调整至符合设计导向轨迹要求。
（二）导向。将钻杆、探头及造斜钻头安装好，采用精度为0.1度的月食导向跟踪定向钻进，在钻进过程中不断改变倾角，使导向轨迹与设计轨迹相符。每4米定一个点，测出垂直深度、倾角、转角，并做好记录。在导向过程中以倾角变化为主，深度和转角作为参考依据。深度误差在5％左右。
（三）分级回扩。导向孔成型后，采用由小到大逐级扩孔方法进行回扩，同时采用泥浆护壁。直至导向孔扩至满足铺管要求为止。
（四）铺管。将分动器连接在扩孔钻头上，并与已经焊接上接管头的外套管连接（需要加装套管情况下），使空隙内充满泥浆，以保证土体对管壁无损伤。然后牵引回拖进行管道铺设。
（五）套管与燃气管道及导向孔间隙的填充。按照设计要求，如燃气管道需加装套管，在满足套管的钻孔形成后，套管和燃气管道同时拖拽，利用套管和燃气管道入土的挤压力，使套管与燃气管道及导向孔之间的间隙充满泥浆，随后达到一定的强度。
（六）做好管头保护，清理施工现场并撤出场地。
五、施工时关键工序的控制与处理
1、严格控制钻杆折角
工程施工钻杆的折转角度是严格按照设计参数控制的，单根钻杆调整角度0.48°，分三次调整，因每根钻杆都需调整折转角，没有缓冲的余量，所以不能超调，通过耐心的操作和认真调整，确保了穿越曲线的平滑。
2、泥浆(钻进液)的控制
为了确保地表设施及路基的安全，导向孔钻进便开始控制泥浆，根据钻进的总体时间，确定了最小的泥浆量，严格控制泥浆压力，并有专人检查地上情况是否异常，扩孔时检查泥浆返回情况，检查孔内混合物返回的粘度，适时改变泥浆供给量和参数，回拖时根据阻力情况适当地调整泥浆，在路基下缓慢通过并减少泥浆量，防止泥浆挤破路面(冒浆现象)。
3、管道入洞的处理
根据理论分析和工程实践经验，支撑点距洞口30m，洞口下挖20m，垫高0.6m，基本上消除了入洞阻力，做到了入洞平稳，不振动，有效地避免了钻具的损坏，使管道顺利回拖有了良好的开端。
六、结束语
总而言之，水平定向钻技术在管道穿越工程中的使用频率越来越高，因此，必须要更加深入的分析水平定向钻技术的使用特点，提高水平定向钻技术的施工水平。
【参考文献】
[1]林玩君.浅谈水平定向钻进施工技术[J].科技风.2011.14.
[2]刘盛兵;向启贵;刘坤.水平定向钻穿越施工及其风险控制措施探讨[J].石油与天然气化工.2011.23.
[3]耿雅慧,张建仁,王妙雅.市政给水非开挖水平定向钻技术的应用[J].西南给排水,2011,(01).