非开挖定向钻技术的优势
（1）施工场地小，不干扰地面交通，社会影响小。采用开挖方式施工，管沟的平均宽度在0.8m以上，若加上一侧返土和周边设置的防护围栏，平均宽度在2.0m左右。这对于本就狭窄的城市道路而言，无疑增加了巨大的交通压力，也给附近居民的出行造成不便。而采用非开挖定向钻技术施工不用开挖长距离管沟，施工场地较小。工作坑面积一般在3～6m2，为了**施工质量及便于后期的维护保养，工作坑间距一般在200m左右，也就是说每米管线的开挖面积不足0.03m2，土方量较少。而且由于施工速度较快，一般可随施工随回填，对周边环境、交通安全、社会秩序、居民生活的不利影响也降到了限度。
（2）施工障碍少，避免干扰其他地下设施。科技路地处繁华的，原有地下管线多而且杂，由于原始资料缺失，部分地下管线甚至无法确定具置。在开挖施工过程中，采用机械挖掘很损坏到已埋管线，而人工开挖的人力和时间成本又都过高。如果选择非开挖定向钻方法施工，则能有效绕开障碍物，只需确定工作坑附近的地下管线位置，将打孔深度定位在一般管线平均埋地深度以下（即地下2～3m左右），避有埋地设施即可。
（3）受地表现状影响小。在日常市政燃气管线施工过程中，限制施工的往往是各类地表现状，比如河流、池塘、公路、铁路、树林等等，甚至一些铺装良好的硬覆盖地面也会成为管道开挖施工的难题。而非开挖定向钻技术的优点在于可以直接从地下穿越河流、公路、铁路等且不破坏地表的原有地貌。采用非开挖定向钻技术铺设燃气管道，埋深可以在地下5～10m，甚至深。既没有水上、水下作业而影响江河航道的问题，也不会破坏江河两侧堤岸及河床结构；既不会对公路路面产生破坏，也不会影响轨道交通，而且施工一般不受季节限制。因此，该方法特别适合于穿越江河、公路、铁路等设施的施工。
（4）速度快，。由于非开挖铺管无须开挖管沟，省下了道路开挖和回填后维护保养这两项工期长的工序。以该工程为例，东西两段管线长度基本一致，西段非开挖施工只用了15d，而东段开挖铺管则用了28d，两者比较，非开挖铺管技术在工期方面具有非常大的优势。这是因为，采用定向钻机铺设地下燃气管线作业面比较小，操作简单，一般只需机手1名，辅助人员4～5名即可完成施工作业。每班平均进度基本都在50m以上，既可连续作业，亦可多台分段作业。因此，非开挖定向钻方法具有用人少、速度快、、方法简单的优点。特别是在工期比较紧张的工程中，非开挖定向钻方法可以列为方式。
（5）工程造价较开挖施工略低。非开挖定向钻法施工价格构成中的支出是设备购置费昂贵导致的折旧费，一般按每米单价计费，但因作业坑少，破路面积小，综合造价反而会较低。以该工程为例，该市政部门收取的同类路面破路费为172元/m2，由于是当年新修道路，破道费用还要乘以3倍，开挖方式施工需破路面1499m2，共计77.3万元，再加土方施工（开沟、回填）11.82元/m3，按平均沟深1.8m计，共2698m3，共计3.2万元，两项相加总共为80.5万元；而非开挖方式施工作业坑破路面积72m2，费用3.7万元，大约只相当开挖施工方式的5%，土方施工共0.3万元，再加上管道施工费用48.8万元，总共为52.8万元。折算成单价相比较，在不计算人工费用差异的前提下，开挖铺管平均造价为430元/m，非开挖铺管的平均造价为270元/m。两者比较，非开挖定向钻法施工比传统开挖施工节省费用近40%。
定向钻技术在管道施工中一般用于长距离非开挖穿越。其优点是施工速度快、铺管精度高，具有较好的经济效益和社会效益。但由于对设备、钻具较强的依赖性和地下施工中的不可视性，使其具有大的风险。本论文以油田某输气管线工程中的定向穿越为实例，针对在发生的管线回拖失败问题进行论述分析。
一、工程概况
本文介绍的深穿段管线，规格为Φ219*6无缝钢管，穿越水平长度1665m，小曲率半径328.5m，穿越深度为8m。根据回拖力计算公式，计算的拉力F=24.91吨。该段选用回拖拉力280吨的钻机，满足工程需要。
二、管线回拖技术措施
1、确保导向孔平滑、顺畅、满足设计曲率半径的要求，并避免出现S弯。
2、后一次扩孔前对钻机等主要设备进行一次全面检查和维护保养，拖管前再进行系统检查，确保回拖过程中设备不出现问题。
3、及早做好拖管的各项准备工作，尽量压缩扩孔完成后和回拖前的停工时间，减少风险，若停工时间过12小时，需要再进行一次通孔后再回拖。
4、调整好管道的入子L角度，与出土角保持一致，避免因管线弯曲造成应力过大而使回拖困难，根据施工实际情况，可将沿轴线方向前挖20—30米，以达到降低支撑高度，管道入洞的目的。
5、适当增加聚合物含量，提高泥浆的悬浮和固孔能力；加入泥浆流变剂，使泥浆在较高的粘度下保持良好的流动性，提高携带能力，降低粘滞力；加入润滑剂减小摩阻；加入单项压力封闭剂，即起到良好的堵漏效果，又在孔壁形成致密的保护膜，对上部砂层起到良好的封闭作用。
6、使用发送滚轮，要求滚轮高度300mm每15米设置一个滚轮，以减少倒拖拉力，使回拖顺利进行。
7、在回拖时进行连续作业，避免因停工造成卡钻。回拖前仔细检查旋转接头、连接头、扩孔器的连接，确定连接牢固方可回拖。
8、管道回拖时，尽量使用与后一次扩孔相同的钻具结构，以利于沿原轨迹，回拖时应避免钻具与管道硬连接，旋转接头和工作管之间加“U”型环，其抗拉强度应与钻机的额定拉力相匹。
四、泥浆的流变性的问题
水向穿越的成孔依赖钻具对周围土壤的切削和挤压。泥浆的重要作用之一就是悬浮和携带泥屑。确保泥浆的流变性，才能使其悬浮和携带泥屑的作用发挥。在一些重大项目的穿越施工，都是在板式扩孔器扩孔后，采用桶式扩孔器清孔整形，以达到确保预扩孔质量的目的，这样不仅使泥浆的流变性增强，还减少了管道回拖时的阻力。而在本工程的施工中并未对预扩孔进行整形清孔。从而大大增加了回拖阻力，也是造成回拖失败的原因之一。
五、预扩孔直径选择上的问题
孔的稳定性随着穿越地层岩性的不同存在很大的差别。在粘土、亚粘土层，孔的稳定性比较好；而在粉砂、流砂和砾石层，孔的稳定性很差。在实际施工中，地下土层多为流砂，粉砂，这也导致了预扩孔的稳定性较差。孔径越大，塌孔的可能性也随之增加。实际施工时，为了增大环形空间减少回拖拉力，采用了扩孔直径1.5Dn，而在一般情况下管道穿越的后一级扩孔直径为1.2—1.3Dn或Dn+mm。较大的孔径虽有利于管道的回拖，但在流砂和粉砂的地层采用扩孔直径，加大了塌孔的风险；同时施工周期较长也是间接导致管道在回拖过程中出现塌孔现象的原因。
胜越管道穿越工程有限公司（非开挖），是一家在非开挖行业中具有在各种复杂环境下施工经验的企业，是地区早从事非开挖顶管技术研究开发和施工服务的专业施工队之一。是非开挖技术协会、非开挖技术协会单位会员。
水向钻施工的特点：
1 定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，，学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。
2 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，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。
3 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，所以采用水向钻机穿越，对周围环境没有影响，不破坏地貌和环境，适应环保的各项要求。
4 采用水向钻机穿越施工时，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，具有施工人员少、成功率高施工安全可靠等特点。
水向钻穿越施工工艺：
使用水向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线（一般为PE管道，光缆套管，钢管）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
1 钻导向孔:
要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。见示意图一：钻导向孔。
顶管施工的时候必要掌握的三点事项。我们信赖产品的安装肯定要有很高的实用性。顶管施工的特点为适应性问题，即要根据不同的地质条件、施工条件和计划要求，选用得当的顶管施工方法以及顶管机和配套帮助设置装备部署。因此，在机头选型时，要凭据地质情况，并结合施工经验，顶管机头采用何种机头(气压均衡、泥程度衡和土压均衡三种网格机头)施工。
其次，非开挖定向钻施工，要根据现实环境选择符合顶力的设置装备部署构成主顶，顶管设置装备部署中的液压装置应由液压总站、液压控制箱、管路及其他液压元件构成。为了减小顶管顶工作受到的阻力，非开挖定向钻技术，现场拌制顶进时应用的泥浆，该膨润土搅拌体系由泥浆泵、拌浆池、储浆池、备用池、阀门等构成。
管道穿越工程：运输管道采用水下或地下敷设方式通过河流、湖泊以及铁路、公路等地段的管道线路工程。
管道跨越：运输管道采用架空敷设方式，通过河流或山谷等地段的管道线路工程。
管道穿越河流一般选择在水流平缓、河床平直、地质稳定、两岸有一定施工场地的地点。管道穿越河流时，如果管道裸敷在水下河床上，由于水流冲击、河床冲刷、冰凌和河道变迁的影响而遭到破坏，在通航的河道还可能遭受船锚等机械损伤。如果管道在水下悬浮或局部悬空，水流不仅冲击管道，还会因水流绕过管道而产生交变涡流，以一定周期的脉冲压力作用在管道上，使管道在交变应力作用下产生振动和疲劳损坏。因此，管道通过河流必须防止水流引起的损害。
水向钻是穿越管段按照设计轨迹，通过障碍物的一种非开挖管道安装施工方法。施工中，需利用控向系统，采用扩孔、回拖附以注浆等工艺措施实现穿越。
水钻穿越障碍物类型
水向越穿越主要穿越铁路、公路、河流、桥梁等，以上穿越时，在满足相关规范要求的情况下，需征得相关行政管理部门的批准方可施工。穿越通航河流时，在水文资料的同时，需考虑疏浚、船舶抛锚、河流改造等因素。穿越管段距离桥梁墩台冲刷坑边缘外不宜小于10m，并不应影响桥梁墩全。
特别针对穿越河流等水域（《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423―2007中2.0.3：形成或人工建造的河流、湖泊、水库、沼泽、鱼塘、水渠等区域）时，穿越管段管顶埋深应在河流冲刷线2.5M以下，且穿越管段管顶到河床底部的小距离宜大于穿越管径的10-15倍，且不小于6M。对防洪等级高的河流，应根据不同的地质类别，适当增加穿越深度及采用套管穿越。
水向钻穿越河流堤坝时，尚应根据不同的地质条件采取措施控制堤坝和地面的沉陷，防止穿越管道处发生管涌，不得危及堤坝的安全。水向钻入土点距大堤坡脚宜大于50m。
穿越管道材质及类型
1、管道穿越河流时，优先选用无缝钢管。穿越工程选用的国产钢管，应符合现行标准《石油气工业输送钢管交货技术条件1部分：A级钢管》GB/T9711.1-1999的规定，并应根据钢种等级与设计使用温度提出韧性、防腐等级要求。
2、城镇燃气用聚乙烯管（PE管）。PE管以其优越的防腐性及便于运输、焊接、使用经济性广泛使用。常用PE管为DSR11（标准尺寸比，指公称直径与公称壁厚的比值）、PE100（指MRS即小环向应力要求强度为8.0MPa的聚乙烯材料）型。采用PE管时应确保燃气管道周围土壤温度不大于40℃；当直埋蒸汽热力管道保温层外壁温度不大于60℃时，水平净距可减半。
水平定向钻施工的特点：
2.1 定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，，学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。
2.2 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，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。
2.3 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，所以采用水平定向钻机穿越，对周围环境没有影响，不破坏地貌和环境，适应环保的各项要求。
2.4 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，具有施工人员少、成功率高施工安全可靠等特点。
1、 水平定向钻穿越施工工艺：
使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线（一般为PE管道，光缆套管，钢管）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
1.1 钻导向孔:
要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。见示意图一：钻导向孔。
顶管施工的时候必要掌握的三点事项。我们信赖产品的安装肯定要有很高的实用性。顶管施工的特点为适应性问题，即要根据不同的地质条件、施工条件和计划要求，选用得当的顶管施工方法以及顶管机和配套帮助设置装备部署。因此，在机头选型时，要凭据地质情况，并结合施工经验，顶管机头采用何种机头(气压均衡、泥程度衡和土压均衡三种网格机头)施工。
其次，非开挖定向钻施工，要根据现实环境选择符合顶力的设置装备部署构成主顶，顶管设置装备部署中的液压装置应由液压总站、液压控制箱、管路及其他液压元件构成。为了减小顶管顶工作受到的阻力，非开挖定向钻技术，现场拌制顶进时应用的泥浆，该膨润土搅拌体系由泥浆泵、拌浆池、储浆池、备用池、阀门等构成。
胜越管道穿越工程有限公司（非开挖），是一家在山西省非开挖行业中具有在各种复杂环境下施工经验的企业，是山西地区早从事非开挖顶管技术研究开发和施工服务的专业施工队之一。是非开挖技术协会、非开挖技术协会单位会员。
水下管道
管道通过河流的工程措施主要有以下几点。
①挖沟埋设：水下穿越常用的方法。挖沟的方法根据地质、岩性、河流特性等条件选择，常用的是围堰挖沟、大型开沟犁挖沟、铰吸式或抓斗式挖泥船挖沟、爆破成沟和水力冲沟等。随着穿越工程的发展，各种挖泥船、水力冲沟机、大型开沟犁等施工机具和技术日臻完善。
②顶管或水向钻孔：在河床下部直接将管子顶过河底或用倾斜的钻机采用定向钻进的方法，掘成一个下弯的弧形圆孔将管道从中牵引过去。后一种方法多用于河床为均质粘土层的中小河流的管道穿越工程。
③增加容重:为防止管道浮起,通常在穿越河流的管壁浇注连续的混凝土复盖层，或在复壁管环形空间内注入加重水泥浆。前者节省钢材，后者施工时牵引力小。水下管道容重的确定，主要与穿越地点水流速度有关。
④稳管:其方法有堆石坝、石笼;压马鞍型或半圆环型重力式混凝土锚定块；用扩展脚机械式锚杆等稳管方法。在公元前200年的秦朝时期,在修筑大型水利工程时，就曾有用石笼筑成堤坝防止水冲的做法。在长江上游的管道穿越工程中,对难以开沟的卵石河床,也曾采用石笼稳管。半圆环型重力式混凝土锚定块稳管用于河滩、沼泽和水流平缓的地点。扩展脚机械式锚杆用于粘性土层河床。
地下管道
管道穿越铁路、公路可采用地下敷设方式，一般在路基下装设水泥套管或钢套管，管道在套管中穿过，以管道和铁路、公路的安全。
输气、输油等长输管道在敷设过程中也必须埋设于地下，属于地下管道的范畴。管道在山区埋设经常需要横穿山区冲积性河流。山区河道坡降陡，洪水位高，洪枯变幅大，冲刷力强，水土流失严重，必须采取有效的工程措施管道的安全。具体扩展阅读论文《长输管道穿越山区冲积性河流治理措施研究》。
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