丹灶工业大道燃气工程水平定向钻施工案例分析

佛山市南海燃气发展有限公司　李　攀

丹灶工业大道燃气工程水平定向钻施工案例分析

佛山市南海燃气发展有限公司李攀

以丹灶工业大道燃气工程为例，分析了在城区内进行水平定向钻施工时，为减少对周边交通和环境的影响，经过方案的比选合理解决预拖管道的临时摆放问题。

燃气工程施工水平定向钻管道摆放

丹灶工业大道燃气主干管工程(樵丹路至和丰明苑段)全长360 m，设计管径为PE100 D225×20.5，经现场勘查，燃气规划管位位于丹灶工业大道北侧辅道下，沿线有电塔基础、通信、供水、电力等现状管线，丹灶工业大道道路属于城区道路，交通繁忙，临街有店铺。本工程在施工方案的选择上采用水平定向钻的方式进行管道敷设，这样可以减少施工过程中对周边的影响。

1　工程难点

选用水平定向钻穿越，最大的难题在于PE100 D225×20.5燃气管道在钻孔外预制、摆放的问题。在下图方案1中可看到，出土点西侧为樵丹路，该道路为省道，为城市主干道，预回拖管道若临时设置在该侧，势必对交通造成极大影响，因此，预回拖管道只能临时设置于钻进轨迹的另外一端，即在方案1图上所示的入土点以东位置，经现场勘测，临时设置预回拖管道有两种方案可供选择：

方案1：预拖燃气管道沿丹灶工业大道直线摆放，见图1(浓黑色线)。

方案2 ：预拖燃气管道先沿丹灶工业大道直线摆放50 m管道，然后朝北拐进和丰明苑小区右侧路摆放余下310 m管道，见图2(浓黑色线)。

图1　方案1预拖燃气管道摆放位置

图2　方案2预拖燃气管道摆放位置

2　方案说明

方案1：预回拖管道沿丹灶工业大道呈直线临时设置，钻机回拖阻力小，但沿路有富民一街主路口、两个小区入口、众多店铺和居民楼，预制管线过程中需封闭路口，对周边居民出行、交通及店铺经营影响较大，不但要到行政执法、交警等部门办理封路手续，还需征得沿路居民、店铺的同意。

方案2：预回拖管道在Z2点北向弯曲后沿小区东侧路设置，无需再办理其他手续，管道成接近90°角拐弯，需确保满足管道曲率半径要求，拖动力会加大，管道拐弯位经过和丰明苑小区建筑墙角，拐弯区域必须设立支撑，以免管道在回拖过程中于建筑墙面产生摩擦而损坏管道，同时应保证支撑的稳固和支撑面平滑，防止管道在回拖过程中产生变形甚至折断，该方案存在一定风险，必须采取更有效的措施确保管道在回拖过程中不受损，回拖助力满足要求。

3　方案选择

两个方案各有利弊，方案1为常规做法，技术层面风险小，主要在于协调周边居民以及交警、执法等部门，由于该方案在实施过程中存在诸多不确定的因素，如涉及几个居民小区入口，约3 000户居民的在施工期间的出行问题，很难确保没人出来阻拦，其中位于富民一街路口的停车场(丹灶某资产公司)，坚决抵制管道从其门口经过而影响其车辆停放；加之本工程工期较紧，行政审批手续的办理时间较长，鉴于此，最终选择了方案2，为规避潜在风险，需通过有效措施减小拖动阻力，设置好拐点位的支撑，并做好管道保护。经过多次现场勘察，并组织相关专家论证，最终采取如下施工措施：

(1)施工单位准备足够多的滚筒式支架，并在拐弯位置建筑东南角处磊叠若干沙袋已避免管道与建筑墙角直接接触而被划伤或弯折；

(2)于拐点位增设一台带呢绒绳索的挖掘机，用绳索吊起管道，水平定向钻机在回拖过程中，挖掘机保持同速辅助牵引预制燃气管线，挖掘机每牵引前进3 m(约一条钻杆的长度)，又回到初始位重复该操作，该措施不但减轻了管道回拖阻力，有效避免了拐点位管道因受力与东南角墙体接触而产生受折或变形的情况发生，而且在实施过程一也可对管道的弯曲半径进行有效控制，是此方案能得以顺利实施的最为关键的有效措施；

(3)拐点位重点监控，设专人值守，根据《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ 63—2008)第6.1.3规定，聚乙烯管道允许弯曲半径不应小于25倍公称直径，即25×0.225=5.625 m，经测量，拐弯处的位置空间满足要求；

(4)受力分析：在拉管过程中，钻机需要克服的阻力包括以下几个部分：孔内管道与地层之间的摩擦力、孔外管道与地面的摩擦力、钻孔内流体吸力、变形弯曲作用力。孔外管道摩擦力等于管道自重乘以摩擦系数(0.3)，经下式计算：

式中：f——摩擦力，N；

M——质量，kg；

μ——摩擦系数，取0.3；

D——管道外径，m；

d——管道内径，m；

L——孔外管到长度，m；

ρ——管到密度，kg/m³；

g——加速度，取9.8 N/kg。

代入：D=0.225 m；d=0.225-0.041=0.184 m；L=360 m；ρ=0.94 kg/m³；g=9.8 N/kg；μ=0.3，由此计算出管道与地面的摩擦力f=12 957 N，约1.3 t力，该阻力可利用挖掘机协助克服，其余阻力可以通过在泥浆中添加适量润滑剂，以降低孔壁的摩擦系数等方式来减小。

根据《聚乙烯燃气管道工程技术规程》，聚乙烯管道的最大允许拖拉力f1按下式计算：

式中：f1——最大允许拖拉力，N；

DN——管道公称直径，mm；

SDR——标准尺寸比。

代入：DN=200 mm，SDR=11，经计算得：f1=15×200×200/11=54 545.5 N，约5.5 t力。

另外，经过向材料供货商获得PE管的最大屈服拉伸强度为25 MPa，PE100 D225×20.5管道的最大屈服拉伸应力f2按下式计算：

约为33 t力(该值与质检组的拉伸试验数据基本一致)，聚乙烯管道的拖拉力一般不大于其最大屈服拉伸应力的60%，即33×60%=19.8 t力。

综上两个数据，取最小值，即5.5 t力，根据经验，实际施工过程中的拖拉力基本不会超出该值，即使超出少部分，也是在管道最大屈服拉伸应力的60%(19.8 t力)范围之内。

4　实施

施工单位进场的相关设施齐全、人员机具到位，选取某日上午8点实施回拖，至中午11点48分结束，整个回拖过程非常顺利，同时在回拖过程中，严格要求施工员和监理对每一根钻杆的拖动力进行了监控 (施工现场情况见图3)，经统计，第一根管道入孔的拉力为1 t，然后逐渐递增，当管道全部入孔时拉力到达顶峰，达5 t力，该值都在可控范围内，最后对示意踪线导通、管道外观、强压进行检查，均为合格。

图3　施工现场

5　结语

本工程从报建到施工，都可以作为一个典型，协调难度大，涉及的审批单位多，报建阶段如交通局报审、公路局、当地市政办等，施工阶段技术难度大，如主干道破除及修复，迁移绿化，旧管接驳处管位紧张，非开挖穿越长度较长，场地受限等等，这是闹市区施工的普遍存在的现象。通过有效管理，进行策划，优化方案，采取有效措施，使得工程中遇到的难题一一化解，特别是在定向钻施工中预回拖管道的设置，通过数据分析，充分论证，技术创新，并采取有效措施，成功解决闹市区施工对周边交通影响的问题，有借鉴价值。

Analysis of Horizontal Directional Drilling Technology at Danzao Industrial Avenue

Foshan Nanhai Gas Development Co., Ltd.Li Pan

In this paper, the author considers that the position of placing pipe is a construction difficulty of pipe crossing project in urban areas. Taking Danzao Industrial Avenue gas pipe project for example, it mainly describes how to confirm a reasonable path of placing pipe after scheme comparison.

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