论文部分内容阅读
【摘 要】伴随城市建设的不断发展，非开挖技术在燃气工程施工中的应用愈来愈多，非开挖技术同时体现了工程科技含量以及城市文明程度。本文介绍了非开挖技术发展的状况及其优势，并就导向钻进法对非开挖技术作了细致阐述，对非开挖技术在燃气工程的广泛应用具有一定的指导意义。
【关键词】燃气工程；施工；应用；非开挖技术
1 前言
随着国内多个大型天然气油田的不断开发以及西气东输工程的不断建设，我国许多城市都实现了天然气的大规模引进以及使用，同样也有很多城市正在大规模引入天然气。开挖铺设以及非开挖铺设是当今地下管道进行施工的两种不同方式。
如今，伴随城市基础设施建设投资的不断上升，城市的规模越来越大，新建设的道路不断增多，等级也愈来愈高，交通运输量也不断增大，导致开挖方式在很多城市的管线铺设中已经无法使用。除此之外，当今的公路网、铁路网和高速公路网也要求管线铺设采用非开挖方式。
2 非开挖技术
1.非开挖技术的概念及发展
非开挖技术指的是在不对地表进行挖槽的情况下，通过多种不用的岩土钻凿技术手段对地下管线进行铺设、更换以及修复的新施工技术。此技术把一般挖槽修复铺管的方法变为钻孔修复铺管。
非开挖技术最初是在20世纪70年代末期兴起于西方发达国家的地下管线施工新技术，它以崭新的生命力逐渐走向成熟。如今，该技术已发展成为新型的技术产业部门，具有强大的生命力和广泛的发展前景[1]。
2.非开挖技术的显著优势
（1）非开挖技术的作业坑间距通常大于200m，作业坑的面积通常在3m与6m之间，土方量小。此外，因施工速度快的缘故，通常可边施工边回填，对周边环境影响很小，不会带来交通不便，对于拆迁、断交以及剩余垃圾这些问题则一般不会出现。同时，不会对居民的正常生活以及医院、学校、商店等的正常工作产生影响，避免了开挖施工技术给居民带来的交通环境影响，并大大降低了对周围建筑的基础性破坏。
（2）该方法对于穿越河流、公路及铁路等极为方便，并且不会对地貌产生破坏。非开挖技术铺设燃气管埋度较深，最低埋深通常为5到10米。不存在因作业影响航道运行的问题，并且不会对两侧河堤、河床的结构产生影响。该法施工不受季节影响。尤其适于江河、铁路等的穿越。
（3）非开挖技术对于地下管线的埋深以及辅设等的控制极为精确，可成功避开未发现障碍物等。
（4）该法的经济效益以及社会效益较高。定向钻机价格的主要构成是设备昂贵的购置费用带来的折旧费，通常按延长每米计费，虽然价格比较高，但由于该法破坏路的面积较小，作业坑也较少，破路费仅相当于开挖技术的5%左右，因此总体造价比较低。
大量事实证明：多数条件下，特别是在大都市或管线较深时，非开挖技术的优势最为明显。在某些特殊条件例如穿过地面建筑、河流、铁路等时，非开挖技术经济效益更高[2]。
3 非开挖技术方法工艺
1.构筑工作坑
工作坑分为起始工作坑以及目标工作坑。其中起始工作坑指的是设备操作及下管的地方，而目标工作坑指的是铺管及扩孔的工作场地。进行工作坑选址时，应做好地表测量以及地下勘察工作，要绕过各种地下管线和构筑物等。一般，常采用管线探测仪进行地下管网勘察，工作坑位置常设在路边绿化带，利用人工方法挖掘。
通常下管坑坑底的长度比管段长度长一米，宽度比管径宽一米。可将目标坑的坑底挖作正方形，该正方形边长比管径长一米[3]。
2.设计导向孔轨迹
导向孔设计施工为导向钻进的关键性环节。通常导向孔轨迹可分为三段：第一造斜段、第一直线段以及第二造斜段。直线长度即穿过障碍物的管线的实际长度，其中第一造斜段即钻杆钻进铺管位置过渡的那一段，而第二造斜段即钻杆在地表出露的过渡段。
所以，对特殊的导向钻进施工，导向孔轨迹是由第一、第二造斜段各自曲率半径，穿越起点、终点以及铺管深度五个参数共同决定的。
3.钻进导向孔
钻进导向孔采用的是带有斜面的非对称式钻头。如果回转和给进一起进行，钻孔将直线延伸，也就是导向钻头沿直线进行钻进；而如果只给进却不回转的话，因受到斜面反力，钻头会沿斜面的法线反方向进行钻进，也就是造斜钻进。
所以，操作钻机的工作人员应依照地表接收器所测得的钻进参数来判断钻孔的实际位置同原设计轨迹之间的偏差，并就此及时进行调整，从而保证钻头的钻进方向与原设计轨迹一致。
4.扩孔
完成导向孔的钻进之后，卸下钻头，然后装上扩孔钻头以及旋转接头。充分利用填筑土层施工的有利条件使用三级扩孔，最后再进行干拉出土，把导向孔的孔径增大到铺设管径之上，并利用优质泥浆进行施工辅助，从而实现冷却钻头、润滑钻具、减少阻力等目的，保证管道铺设顺利进行。
5.铺设管道
完成扩孔后，将管下至目标坑内，再把拉管头接在旋转接头上，将第一根待铺管道实行反扩铺管。此管的前端应为尖锥状，这样可防止进入沙土，之后将U型拉耳连接到拉管头。将首根钢管拖到孔内后，焊接另一钢管并拖入。当扩孔钻头位于起始工作坑的时候，则表示铺管工作完成。套管外壁要进行同燃气管道相同的防腐绝缘。
6.安装燃气管
在钢套管铺设完成后，需开展燃气管穿管，对于套管内的管道必须用特殊方法强化防腐蚀层。在每两管焊接横断面处，每隔120°需焊接一管耳充当滑动支座支撑燃气管，这样可避免燃气管道进套管时对防腐层产生破坏。并且各焊接处圆周均需采用环氧沥青防腐。将首根燃气管拉入套管后，将管端和第二根管焊接，外观合格后需用射线探伤。合格之后，除去焊口锈。到干透后，用检漏仪检测合格之后，再继续在套内送管子。如此循环直到完成为止[4]。
4 非开挖技术存在风险的分析
1.优势分析
（1）降低工作人员受伤可能性。
（2）对环境破坏比较小，避免了对交通的影响。
（3）降低对周围地下设施造成的干扰。
（4）降低地下工作量，免去地下高水位工作麻烦。
（5）加快进度，节省施工时间。
（6）减少深开挖区的直接费用。
（7）更适合于穿越河床管线工程。
2.劣势分析
（1）局部连接需较大开挖，增大了困难度和工作量。
（2）间接费用比较大。
（3）在复杂地层变化仍存在技术上不足。
（4）地下掘进存在的风险要比开挖作业更高。
（5）如果失败进行重新开挖会使费用消耗更高。
非开挖技术的选用，要根据实际情况合理分析之后，充分考虑其优点和劣势之后，再决定是否采用此方法。分析时应充分考虑到具体工艺、地质环境、地形状况以及施工设备等方面。施工技术人员要具备对施工可能遭遇的问题进行评估以及掌握控制问题风险方法的能力[5]。
5 结束语
非开挖技术及其所用设备在我国起步比较晚，在燃气工程使用的时间更晚，近几年来，越来越多的工程已不允许开挖进行燃气管道铺设的方法，因此非开挖技术的重要性越来越高，应用也越来越广泛。然而如今我国燃气管道铺设的非开挖技术，还比较单一，还满足不了市场需求，我们应加大力度开发此技术，从而让该技术不断完善，更好的应用到燃气工程施工中。
参考文献
[1]牛松山，章寅国，王飞.非开挖技术在大径燃气管道敷设中的应用[J].煤气与热力，2011，（03）
[2]王驰，刘志锋.非开挖技术在天然气管道铺设中的应用[J].山西建筑，2010，（36）
[3]范民权.浅谈非开挖管道工程设计和施工的关键技术[J].特种结构，2011，（28）
[4]王敏敏.非开挖技术在燃气工程中的应用[J].上海煤气，2009，（06）
[5]胡红.浅谈非开挖技术在燃气工程施工中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（24）
【关键词】燃气工程；施工；应用；非开挖技术
1 前言
随着国内多个大型天然气油田的不断开发以及西气东输工程的不断建设，我国许多城市都实现了天然气的大规模引进以及使用，同样也有很多城市正在大规模引入天然气。开挖铺设以及非开挖铺设是当今地下管道进行施工的两种不同方式。
如今，伴随城市基础设施建设投资的不断上升，城市的规模越来越大，新建设的道路不断增多，等级也愈来愈高，交通运输量也不断增大，导致开挖方式在很多城市的管线铺设中已经无法使用。除此之外，当今的公路网、铁路网和高速公路网也要求管线铺设采用非开挖方式。
2 非开挖技术
1.非开挖技术的概念及发展
非开挖技术指的是在不对地表进行挖槽的情况下，通过多种不用的岩土钻凿技术手段对地下管线进行铺设、更换以及修复的新施工技术。此技术把一般挖槽修复铺管的方法变为钻孔修复铺管。
非开挖技术最初是在20世纪70年代末期兴起于西方发达国家的地下管线施工新技术，它以崭新的生命力逐渐走向成熟。如今，该技术已发展成为新型的技术产业部门，具有强大的生命力和广泛的发展前景[1]。
2.非开挖技术的显著优势
（1）非开挖技术的作业坑间距通常大于200m，作业坑的面积通常在3m与6m之间，土方量小。此外，因施工速度快的缘故，通常可边施工边回填，对周边环境影响很小，不会带来交通不便，对于拆迁、断交以及剩余垃圾这些问题则一般不会出现。同时，不会对居民的正常生活以及医院、学校、商店等的正常工作产生影响，避免了开挖施工技术给居民带来的交通环境影响，并大大降低了对周围建筑的基础性破坏。
（2）该方法对于穿越河流、公路及铁路等极为方便，并且不会对地貌产生破坏。非开挖技术铺设燃气管埋度较深，最低埋深通常为5到10米。不存在因作业影响航道运行的问题，并且不会对两侧河堤、河床的结构产生影响。该法施工不受季节影响。尤其适于江河、铁路等的穿越。
（3）非开挖技术对于地下管线的埋深以及辅设等的控制极为精确，可成功避开未发现障碍物等。
（4）该法的经济效益以及社会效益较高。定向钻机价格的主要构成是设备昂贵的购置费用带来的折旧费，通常按延长每米计费，虽然价格比较高，但由于该法破坏路的面积较小，作业坑也较少，破路费仅相当于开挖技术的5%左右，因此总体造价比较低。
大量事实证明：多数条件下，特别是在大都市或管线较深时，非开挖技术的优势最为明显。在某些特殊条件例如穿过地面建筑、河流、铁路等时，非开挖技术经济效益更高[2]。
3 非开挖技术方法工艺
1.构筑工作坑
工作坑分为起始工作坑以及目标工作坑。其中起始工作坑指的是设备操作及下管的地方，而目标工作坑指的是铺管及扩孔的工作场地。进行工作坑选址时，应做好地表测量以及地下勘察工作，要绕过各种地下管线和构筑物等。一般，常采用管线探测仪进行地下管网勘察，工作坑位置常设在路边绿化带，利用人工方法挖掘。
通常下管坑坑底的长度比管段长度长一米，宽度比管径宽一米。可将目标坑的坑底挖作正方形，该正方形边长比管径长一米[3]。
2.设计导向孔轨迹
导向孔设计施工为导向钻进的关键性环节。通常导向孔轨迹可分为三段：第一造斜段、第一直线段以及第二造斜段。直线长度即穿过障碍物的管线的实际长度，其中第一造斜段即钻杆钻进铺管位置过渡的那一段，而第二造斜段即钻杆在地表出露的过渡段。
所以，对特殊的导向钻进施工，导向孔轨迹是由第一、第二造斜段各自曲率半径，穿越起点、终点以及铺管深度五个参数共同决定的。
3.钻进导向孔
钻进导向孔采用的是带有斜面的非对称式钻头。如果回转和给进一起进行，钻孔将直线延伸，也就是导向钻头沿直线进行钻进；而如果只给进却不回转的话，因受到斜面反力，钻头会沿斜面的法线反方向进行钻进，也就是造斜钻进。
所以，操作钻机的工作人员应依照地表接收器所测得的钻进参数来判断钻孔的实际位置同原设计轨迹之间的偏差，并就此及时进行调整，从而保证钻头的钻进方向与原设计轨迹一致。
4.扩孔
完成导向孔的钻进之后，卸下钻头，然后装上扩孔钻头以及旋转接头。充分利用填筑土层施工的有利条件使用三级扩孔，最后再进行干拉出土，把导向孔的孔径增大到铺设管径之上，并利用优质泥浆进行施工辅助，从而实现冷却钻头、润滑钻具、减少阻力等目的，保证管道铺设顺利进行。
5.铺设管道
完成扩孔后，将管下至目标坑内，再把拉管头接在旋转接头上，将第一根待铺管道实行反扩铺管。此管的前端应为尖锥状，这样可防止进入沙土，之后将U型拉耳连接到拉管头。将首根钢管拖到孔内后，焊接另一钢管并拖入。当扩孔钻头位于起始工作坑的时候，则表示铺管工作完成。套管外壁要进行同燃气管道相同的防腐绝缘。
6.安装燃气管
在钢套管铺设完成后，需开展燃气管穿管，对于套管内的管道必须用特殊方法强化防腐蚀层。在每两管焊接横断面处，每隔120°需焊接一管耳充当滑动支座支撑燃气管，这样可避免燃气管道进套管时对防腐层产生破坏。并且各焊接处圆周均需采用环氧沥青防腐。将首根燃气管拉入套管后，将管端和第二根管焊接，外观合格后需用射线探伤。合格之后，除去焊口锈。到干透后，用检漏仪检测合格之后，再继续在套内送管子。如此循环直到完成为止[4]。
4 非开挖技术存在风险的分析
1.优势分析
（1）降低工作人员受伤可能性。
（2）对环境破坏比较小，避免了对交通的影响。
（3）降低对周围地下设施造成的干扰。
（4）降低地下工作量，免去地下高水位工作麻烦。
（5）加快进度，节省施工时间。
（6）减少深开挖区的直接费用。
（7）更适合于穿越河床管线工程。
2.劣势分析
（1）局部连接需较大开挖，增大了困难度和工作量。
（2）间接费用比较大。
（3）在复杂地层变化仍存在技术上不足。
（4）地下掘进存在的风险要比开挖作业更高。
（5）如果失败进行重新开挖会使费用消耗更高。
非开挖技术的选用，要根据实际情况合理分析之后，充分考虑其优点和劣势之后，再决定是否采用此方法。分析时应充分考虑到具体工艺、地质环境、地形状况以及施工设备等方面。施工技术人员要具备对施工可能遭遇的问题进行评估以及掌握控制问题风险方法的能力[5]。
5 结束语
非开挖技术及其所用设备在我国起步比较晚，在燃气工程使用的时间更晚，近几年来，越来越多的工程已不允许开挖进行燃气管道铺设的方法，因此非开挖技术的重要性越来越高，应用也越来越广泛。然而如今我国燃气管道铺设的非开挖技术，还比较单一，还满足不了市场需求，我们应加大力度开发此技术，从而让该技术不断完善，更好的应用到燃气工程施工中。
参考文献
[1]牛松山，章寅国，王飞.非开挖技术在大径燃气管道敷设中的应用[J].煤气与热力，2011，（03）
[2]王驰，刘志锋.非开挖技术在天然气管道铺设中的应用[J].山西建筑，2010，（36）
[3]范民权.浅谈非开挖管道工程设计和施工的关键技术[J].特种结构，2011，（28）
[4]王敏敏.非开挖技术在燃气工程中的应用[J].上海煤气，2009，（06）
[5]胡红.浅谈非开挖技术在燃气工程施工中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（24）