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[摘要]：燃气管线非开挖施工技术是利用岩土钻掘的技术手段，在不开挖地表的条件下进行管线的铺设、更换或修复的一项新技术。水平定向鉆机作为非开挖技术中最具活力的一项施工技术，它是用水平定向钻孔，按预先设计轨迹，在一小块地盘上钻个钻孔，到达对面靶区露出地面后，将己连接的管道拖入、顶入。具有导向准确、有利环保、效率高等特点。本文就燃气施工实例进行阐述。
[关键词]：非开挖 水平定向钻 燃气 施工
中图分类号：F113.4 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）32- 0275 -01
正文：
燃气管线非开挖施工技术是利用岩土钻掘的技术手段，在不开挖地表的条件下进行管线的铺设、更换或修复的一项新技术。它具有不影响交通、不破坏环境、综合成本低、施工安全性好等优点，在燃气管线穿越城市道路、铁道、闹市区、绿化带、河流、地上障碍物、地下古物区等无法或不宜进入的地区施工都有极其广泛的应用和发展前景。
水平定向钻机作为非开挖技术中最具活力的一项施工技术，它是用水平定向钻孔，按预先设计轨迹，在一小块地盘上钻个钻孔，到达对面靶区露出地面后，将己连接的管道拖入、顶入。具有导向准确、有利环保、效率高等特点。它能在一定曲率半径范围内绕开障碍物，能避免破坏管线经过地区的生态环境，施工速度快，效率高，穿越长度长，深度深。目前在国内已越来越多地应用于燃气管道的工程施工。
一、主要结构
水平定向钻机整机主要有钻机、定位系统和泥浆系统三部件组成，钻机是设备的主体；定位系统一般为行走定位系统，它包括探测器、接受器和远程显示器三部分；泥浆系统的主要功能在于利用一个泥浆混合泵，拌和特殊的润滑土或聚合物，为钻进过程及时提供足够的钻进液，钻进和反向扩孔的过程中，起着制造泥浆、稳定钻道、润滑钻具、冷却钻头的作用。
通常的地质条件下，均质粘土地层采用一般的炒作方法即可实现，砂土层的穿越要采用合适的泥浆类别及合适的配比，以钻进液作动力的泥浆马达，可驱动岩石钻头，采用这种技术需要一些动力更大的钻机。提高硬地层钻进效果的另一种方法，是配合推力与回转采用冲击作用。冲击力可由通过钻杆柱传动的钻机冲击锤产生，也可由钻头上的气动锤产生。冲击能提高在夹石土层和软弱岩层中的钻进效率与方向控制能力，但并不适用于钻进坚硬岩石、大量块石或者如混凝土类非常坚硬的东西。回扩钻具和辅助设备的选择范围非常广泛，许多都具有特殊设计的提高性能特点。扩孔器大多为子弹头形状，上面安装有碳化钨合金齿和喷嘴。扩孔器的后部有一个旋转接头与工作管的拉头相连。对复杂地层条件进行了有利的特殊设计，其包括用于岩石中扩孔的扩孔头。
二、施工实例
1、工程概况：北环顶管，为实现煤制气置换，需跨越的北三环不仅车流量大，无法开挖施工；而且施工手续的办理极为艰难，批准的施工工期渠东路只有7天，金杯路只有3天。若采用常规方式，在规定的工期内根本无法完成。我公司根据决定采用水平定向钻穿越北三环铺设管道。依照设计需要铺设的管径为325mm的燃气钢管，长度46m，水平定向钻穿越长度为60m。该地段实际地质情况为粘土，管道在路面下3.6 m处穿越。我公司于2004年8月承包了此工程，历时6天圆满完成渠东路铺设及碰管作业，金杯路在施工手续没有办理完毕的情况下先完成了顶管施工，待手续办理后只剩下碰管。
2、施工设备及技术参数公司使用Vermeer—D80X100A型水平定向钻机，美国DCI公司的MAK-3定向钻探测定位系统，钻杆2箱，回扩头DN450、DN650、DN750各1个。D80X100A水平钻机有获得专利的Navtec电脑辅助操作系统，最大主轴扭矩 13 560Nm ，实际回拖力36 288kg，水系统最大流量568L /min、最大压力为69bar，动力系统总功率149kW，钻杆直径89mm 、长4575m。
3、特殊施工工艺和关键技术入钻处8条管线分别为：DN800mm 、DN200mm自来水管，DN300mm污水管和DN400m雨水管，两条电力管线，一条光缆，一条通讯管线。入钻点在相距90cm的DN800mm自来水管与电力管先之间，回扩完成后回扩头需在4m深的操作坑卸下。该项目的难度是在有限的时间内完成，在有限的施工区域、地下管网密集的情况下施工：使用普通钻头穿越23cm厚的砼护坡，两段弯曲半径为70m的造斜孔段已达设备及钻具的最大能力。
施工过程中如何解决软岩中成孔、孔壁掉块及岩屑堆积和堵塞等问题，特别是使用普通回扩头能否扩孔至500mm 是此次拖管成功的关键。经研究决定采用特殊的施工工艺和以下关键技术。
1）以最大推力、最大扭矩、最大泥浆泵排量使用普通钻头强力钻透砼护坡。
2）采用正推、反拉扩孔施工工艺。
3）使用泥浆泵最大排量，提高携岩屑量的大小，使携岩屑量达每次扩孔的70% 以上。
4）Navtec电脑辅助操作系统通过预先设置的一些如钟面值、推进或旋转压力等参数达到自动控制的目的，解决了软岩中转向及钻进问题。
5）使用凹槽式回扩头回扩。
6）提高泥浆质量并调节泥浆参数。每罐水（780加仑）加入6袋美国进口的膨润土及添加剂，增加泥浆的粘度与切力，提高携岩屑能力，保持孔壁稳定；漂浮拖进钢套管及热力管。
4、施工工艺及过程本工程先完成 89mm导向孔的钻进，再经过4次导向孔扩孔达到孔径200、300、400、500mⅢ，最后将DN300mm燃气钢管拖入已扩好500mm 孔洞中，从而完成施工：
1）现场勘察：通过现场勘察，详细了解施工现场地形、地下管线分布（埋深、走向）、施工地段的准确高程以及穿越深度要求，将水平定向钻置于银座商城东侧，由南向北穿越。
2）施工管线轨迹设计：根据管线设计标高，钢管材质，钢管曲率半径，钻杆曲率半径，现场土层、地质情况及设计要求计算出入土倾角为3l°、出土倾角O°，再确定钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角，计算出空间坐标等技术指标，最后作出详细具体的施工方案和轨迹图。
3）工作坑的开挖：穿越两端开挖工作坑是唯一的土方工程，土方量较少，只需按照设计达到符合定向钻机的施工要求即可。
4）导向钻孔：导向孔的钻进采用射流辅助钻进方式，通过钻头喷射出高压泥浆射流冲蚀、破碎、旋转、切削成孔：用15°扁铲控制钻孔方向，而导向钻头的准确位置与扁铲的方向是通过钻头内的发射器及地面导向定位仪来测得和准确定位，然后通过钻机调整钻进参数以控制钻头按设计轨迹钻进。开始钻进时用普通钻具，钻进速度ldm/min，很顺利；当钻进到1.8m左右到达砼护坡，使用最大推力、最大扭矩、最大泥浆排量强力钻进，使用Naytec系统达到自动钻进，推力及扭矩逐渐加大，泥浆泵排量及压力始终保持最大，终于将23cm的砼护坡钻透。软岩层的硬度为4 000～5000Psi ，Navtec系统的钻进速度约15cm/min，调整泥浆参数，推力表显示为4 000Psi，扭矩表显示为3 500 Psi，经过10h完成了导向孔的钻进，扁铲损坏严重。
5）分级扩孔：根据钻导向孔的实际地质结构采用正推、反拉扩孔的方式对泥浆进行调整，增加了泥浆的流量、粘度和切力，提高泥浆携带量，回扩过程中泥浆泵逆止阀不回位、卡钻等问题得到及时解决，但每次回扩时回扩头上刀具损坏严重，有的全部损坏，回扩途中多次停止回扩并将回扩头推出回扩区，须在工作坑内更换回扩头。经过五次回扩，终将扩孔孔径达到500mm的要求。
6）管道回拖：将500mm扩孔器与DN300mm钢管用分动器连接，在钻机的牵引下将钢管一起拖入已成型的孔洞中。整个拖管过程中均使用美国进口的高粘切膨润土，调整泥浆参数和扩孔工艺参数，增加泥浆粘度和切力，且最大泥浆泵排量568 L /min， 减少拖管过程中的阻力。由于场地较为开阔，事先将五根管组焊在一起，做好强度和气密试验，将管口封堵。经过一天一夜完成拖管工程。
通过事后在碰管作业时对管道的开挖检查，发现防腐的钢制管道的防腐层在施工时没有任何损伤。但非开挖在施工时一定要对地下的管线、地质状况作深入细致的调查了解，以免损坏其他管线及选择合适的泥浆配比。
[关键词]：非开挖 水平定向钻 燃气 施工
中图分类号：F113.4 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）32- 0275 -01
正文：
燃气管线非开挖施工技术是利用岩土钻掘的技术手段，在不开挖地表的条件下进行管线的铺设、更换或修复的一项新技术。它具有不影响交通、不破坏环境、综合成本低、施工安全性好等优点，在燃气管线穿越城市道路、铁道、闹市区、绿化带、河流、地上障碍物、地下古物区等无法或不宜进入的地区施工都有极其广泛的应用和发展前景。
水平定向钻机作为非开挖技术中最具活力的一项施工技术，它是用水平定向钻孔，按预先设计轨迹，在一小块地盘上钻个钻孔，到达对面靶区露出地面后，将己连接的管道拖入、顶入。具有导向准确、有利环保、效率高等特点。它能在一定曲率半径范围内绕开障碍物，能避免破坏管线经过地区的生态环境，施工速度快，效率高，穿越长度长，深度深。目前在国内已越来越多地应用于燃气管道的工程施工。
一、主要结构
水平定向钻机整机主要有钻机、定位系统和泥浆系统三部件组成，钻机是设备的主体；定位系统一般为行走定位系统，它包括探测器、接受器和远程显示器三部分；泥浆系统的主要功能在于利用一个泥浆混合泵，拌和特殊的润滑土或聚合物，为钻进过程及时提供足够的钻进液，钻进和反向扩孔的过程中，起着制造泥浆、稳定钻道、润滑钻具、冷却钻头的作用。
通常的地质条件下，均质粘土地层采用一般的炒作方法即可实现，砂土层的穿越要采用合适的泥浆类别及合适的配比，以钻进液作动力的泥浆马达，可驱动岩石钻头，采用这种技术需要一些动力更大的钻机。提高硬地层钻进效果的另一种方法，是配合推力与回转采用冲击作用。冲击力可由通过钻杆柱传动的钻机冲击锤产生，也可由钻头上的气动锤产生。冲击能提高在夹石土层和软弱岩层中的钻进效率与方向控制能力，但并不适用于钻进坚硬岩石、大量块石或者如混凝土类非常坚硬的东西。回扩钻具和辅助设备的选择范围非常广泛，许多都具有特殊设计的提高性能特点。扩孔器大多为子弹头形状，上面安装有碳化钨合金齿和喷嘴。扩孔器的后部有一个旋转接头与工作管的拉头相连。对复杂地层条件进行了有利的特殊设计，其包括用于岩石中扩孔的扩孔头。
二、施工实例
1、工程概况：北环顶管，为实现煤制气置换，需跨越的北三环不仅车流量大，无法开挖施工；而且施工手续的办理极为艰难，批准的施工工期渠东路只有7天，金杯路只有3天。若采用常规方式，在规定的工期内根本无法完成。我公司根据决定采用水平定向钻穿越北三环铺设管道。依照设计需要铺设的管径为325mm的燃气钢管，长度46m，水平定向钻穿越长度为60m。该地段实际地质情况为粘土，管道在路面下3.6 m处穿越。我公司于2004年8月承包了此工程，历时6天圆满完成渠东路铺设及碰管作业，金杯路在施工手续没有办理完毕的情况下先完成了顶管施工，待手续办理后只剩下碰管。
2、施工设备及技术参数公司使用Vermeer—D80X100A型水平定向钻机，美国DCI公司的MAK-3定向钻探测定位系统，钻杆2箱，回扩头DN450、DN650、DN750各1个。D80X100A水平钻机有获得专利的Navtec电脑辅助操作系统，最大主轴扭矩 13 560Nm ，实际回拖力36 288kg，水系统最大流量568L /min、最大压力为69bar，动力系统总功率149kW，钻杆直径89mm 、长4575m。
3、特殊施工工艺和关键技术入钻处8条管线分别为：DN800mm 、DN200mm自来水管，DN300mm污水管和DN400m雨水管，两条电力管线，一条光缆，一条通讯管线。入钻点在相距90cm的DN800mm自来水管与电力管先之间，回扩完成后回扩头需在4m深的操作坑卸下。该项目的难度是在有限的时间内完成，在有限的施工区域、地下管网密集的情况下施工：使用普通钻头穿越23cm厚的砼护坡，两段弯曲半径为70m的造斜孔段已达设备及钻具的最大能力。
施工过程中如何解决软岩中成孔、孔壁掉块及岩屑堆积和堵塞等问题，特别是使用普通回扩头能否扩孔至500mm 是此次拖管成功的关键。经研究决定采用特殊的施工工艺和以下关键技术。
1）以最大推力、最大扭矩、最大泥浆泵排量使用普通钻头强力钻透砼护坡。
2）采用正推、反拉扩孔施工工艺。
3）使用泥浆泵最大排量，提高携岩屑量的大小，使携岩屑量达每次扩孔的70% 以上。
4）Navtec电脑辅助操作系统通过预先设置的一些如钟面值、推进或旋转压力等参数达到自动控制的目的，解决了软岩中转向及钻进问题。
5）使用凹槽式回扩头回扩。
6）提高泥浆质量并调节泥浆参数。每罐水（780加仑）加入6袋美国进口的膨润土及添加剂，增加泥浆的粘度与切力，提高携岩屑能力，保持孔壁稳定；漂浮拖进钢套管及热力管。
4、施工工艺及过程本工程先完成 89mm导向孔的钻进，再经过4次导向孔扩孔达到孔径200、300、400、500mⅢ，最后将DN300mm燃气钢管拖入已扩好500mm 孔洞中，从而完成施工：
1）现场勘察：通过现场勘察，详细了解施工现场地形、地下管线分布（埋深、走向）、施工地段的准确高程以及穿越深度要求，将水平定向钻置于银座商城东侧，由南向北穿越。
2）施工管线轨迹设计：根据管线设计标高，钢管材质，钢管曲率半径，钻杆曲率半径，现场土层、地质情况及设计要求计算出入土倾角为3l°、出土倾角O°，再确定钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角，计算出空间坐标等技术指标，最后作出详细具体的施工方案和轨迹图。
3）工作坑的开挖：穿越两端开挖工作坑是唯一的土方工程，土方量较少，只需按照设计达到符合定向钻机的施工要求即可。
4）导向钻孔：导向孔的钻进采用射流辅助钻进方式，通过钻头喷射出高压泥浆射流冲蚀、破碎、旋转、切削成孔：用15°扁铲控制钻孔方向，而导向钻头的准确位置与扁铲的方向是通过钻头内的发射器及地面导向定位仪来测得和准确定位，然后通过钻机调整钻进参数以控制钻头按设计轨迹钻进。开始钻进时用普通钻具，钻进速度ldm/min，很顺利；当钻进到1.8m左右到达砼护坡，使用最大推力、最大扭矩、最大泥浆排量强力钻进，使用Naytec系统达到自动钻进，推力及扭矩逐渐加大，泥浆泵排量及压力始终保持最大，终于将23cm的砼护坡钻透。软岩层的硬度为4 000～5000Psi ，Navtec系统的钻进速度约15cm/min，调整泥浆参数，推力表显示为4 000Psi，扭矩表显示为3 500 Psi，经过10h完成了导向孔的钻进，扁铲损坏严重。
5）分级扩孔：根据钻导向孔的实际地质结构采用正推、反拉扩孔的方式对泥浆进行调整，增加了泥浆的流量、粘度和切力，提高泥浆携带量，回扩过程中泥浆泵逆止阀不回位、卡钻等问题得到及时解决，但每次回扩时回扩头上刀具损坏严重，有的全部损坏，回扩途中多次停止回扩并将回扩头推出回扩区，须在工作坑内更换回扩头。经过五次回扩，终将扩孔孔径达到500mm的要求。
6）管道回拖：将500mm扩孔器与DN300mm钢管用分动器连接，在钻机的牵引下将钢管一起拖入已成型的孔洞中。整个拖管过程中均使用美国进口的高粘切膨润土，调整泥浆参数和扩孔工艺参数，增加泥浆粘度和切力，且最大泥浆泵排量568 L /min， 减少拖管过程中的阻力。由于场地较为开阔，事先将五根管组焊在一起，做好强度和气密试验，将管口封堵。经过一天一夜完成拖管工程。
通过事后在碰管作业时对管道的开挖检查，发现防腐的钢制管道的防腐层在施工时没有任何损伤。但非开挖在施工时一定要对地下的管线、地质状况作深入细致的调查了解，以免损坏其他管线及选择合适的泥浆配比。