导向钻进技术在城镇燃气管道施工中的应用

安姗

摘 要 我国城镇化建设的快速发展，推动了建筑工程建设的大力实施。各种线路与管道共同构成了城市的电力、通讯与能源网络，因此在城镇燃气管道的施工过程中，运用非开挖铺设地下管道进行施工，成为城市管道施工的主流方案。本文主要对导向钻进技术在城镇燃气中的应用进行分析研究。

关键词 城镇燃气；管道敷设；导向钻进

中图分类号 TU9 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0045-01

城镇道路网络的日益复杂化，对城镇水流调运、城镇燃气管道的施工带来挑战。当前城镇燃气管道无法使用直接开挖的方式进行施工，只能夠根据道路走向进行非开挖地下铺设管道的方案进行施工。导向钻进技术是针对非开挖地下铺设管道的挖槽技术，这种技术的挖槽范围小、精度高，能够较好完成城镇燃气管道的施工任务。

1 导向钻进的技术原理与施工工艺

1.1 导向钻进技术原理

导向钻进技术是非开挖铺设地下管道最主要的施工技术，它能够应用在各种砂土、粘土的城镇燃气管道施工中。在不同的地形地貌与土层条件下，燃气管道的铺设直径也有着较大差别，一般在DN40mm～DN4 000mm范围内。在城镇燃气管道的铺设过程中，大多使用法兰焊接管或无缝钢管作为主要施工材料，压力低的燃气管道使用法兰与螺母连接的铁管，连接的燃气管道口的直径在DN15mm～DN1 500mm之间。非开挖铺设导向钻进技术的施工，主要分为导向钻进、扩孔、HDPE实壁拉管3个步骤，使用的主要施工工具为水平定向钻机、无线随钻测量仪、导向探测与管线探测等仪器。水平定向钻机会按照铺设的路线钻进导向孔，结合管线探测仪调整钻头、避开管线，钻头导向孔的钻进方式分为干式钻进、湿式钻进（干式钻进主要应用于土质较为松软的地形地貌中，湿式钻进则应用于硬土与大块砂石的地质环境）；然后将钻头拉出以扩大导向孔，反复多次进行操作直到导向孔符合施工要求；最后使用HDPE实壁管将燃气管道拉入其中，完成非开挖城镇燃气管道的施工。

1.2 导向钻进施工工艺

1）燃气管道工作坑的构筑。在起始工作坑进行开挖完毕后，水平定向钻机进入目标工作坑，完成扩大导向孔与管道拉入的工作。在工作坑的选择过程中，会使用管线探测仪对周围的管道与线路排布情况进行检测，避开存在管线与暗流的位置。一般对于城镇燃气管道的铺设，都会选择靠近道路的绿地或者空地，先开挖出起始工作坑的位置。起始工作坑的坑道长度至少比城镇燃气管道长1 000mm，工作坑的坑道宽度也要比燃气管道宽1 000mm。

2）导向孔轨迹的设计。导向孔轨迹的设计分为以下几个步骤：首先是对于整个导向孔轨迹的左半部分弧度（或右半部分弧度）的设计，然后是直线段设计，最后为右半部分弧度（或左半部分弧度）的设计，其中直线段的设计是保证燃气管道准确的穿过障碍物。第一部分弧度设计在于帮助燃气管道进入HDPE实壁管，第三部分弧度设计是保证燃气管道顺利穿出铺设管道。在城镇燃气管道导向钻进施工过程中，导向孔轨迹的影响因素包括：起点与终点的确定（起点B、终点C）、铺设管道的深度（h）、左半部分弧度（或右半部分弧度）曲线的曲率倒数等。

其中水平定向钻机在导向孔的钻洞工作过程中，钻机倾斜角度也就是整个导向孔轨迹的倾斜角度，定向钻机的最大倾斜角度不超过45°。对于城镇燃气管道中的小口径部分，水平定向钻机的开挖角度一般小于15°；对于燃气管道的大直径部分，水平定向钻机的开挖角度要大，开挖的坑道长度也随着曲率半径ρ的增大而增大。而在右半部分弧度部分的城镇燃气管道设计中，大多使用直接开挖工作坑的方式进行管道暗访，以最大限度的节约成本。对于左半部分弧度的设计，由于左半部分管道大多使用法兰与无缝钢管的焊接制成，其刚性远远高于柔性，因此左半部分管道的施工，也使用水平定向钻机开挖目标工作坑。但从整体的项目施工来看，施工技术的选择受到地质底层、施工环境、钻机最大倾斜角度、燃气管道的曲率半径等多方面因素限制，所以在施工过程中应从多方面进行考量，制定出较为合理的施工路线。

2 导向钻进技术在城镇燃气管道施工中的应用

2.1 导向孔钻进

导向孔钻进有两种情况：导向孔钻头在前进过程中旋转，定向钻孔会沿直线进行前进，整个钻孔的开挖路线是直的；入土后，如果导向孔钻头只前进不旋转，钻柱的弯曲受到土层壁的限制，而使钻头对井壁产生斜向力，实现钻孔的曲率倾斜。在水平定向钻机钻进过程中，钻机数据分析器会对钻机的钻进位置、最大倾斜角度、钻进深度等数据准确表示，以方便钻机工作人员实施调整施工路线。在城镇燃气管道导向孔钻进施工中，由于燃气管道为精度高的无缝钢管，因此使用旋转式导向孔钻进方式能够满足施工要求。

2.2 扩孔

水平定向钻机导向钻进后，即开始扩孔的工作。扩孔地点为钻进目标工作坑，水平定向钻机会在扩孔过程中不断更换钻头，以达到最终的施工要求。扩孔的土层结构为回填土，是在基础、垫层隐蔽工程后，进行5m以内的取土回填，扩孔的过程使用干式钻进技术，扩孔直径大小为DN300mm。在扩孔直径满足要求后，将燃气管道拉入HDPE实壁管。扩孔过程中应时常进行泥浆钻头冷却活动，以保证钻具对燃气管道的顺利铺设。

2.3 套管的铺设

套管铺设工序在扩孔之后，拉管头被安装在水平定向钻机钻头后，对将要铺设的燃气管道进行反向，铺设完成后即会归于原位。燃气管道的两端直径较小，以保证施工的沙土不流进管道。在第一段燃气管道拉入HDPE实壁管后，就开始第二段无缝钢管的施工工作，重复此步骤直到整个铺设施工工序的完成。其中燃气管道外包裹的套管要使用耐腐蚀的绝缘材料，法兰与无缝钢管的焊接部位要严格检查。在钢管焊接部位也要涂抹防腐蚀材料，然后将其拉入HDPE实壁管。

2.4 燃气管安装

城镇燃气管道在安装过程中，需要在燃气管道、套管间加入防腐绝缘层，以保证套管绝缘层的完好无损。在燃气管道与套管之间还存在滑动管耳，来进行燃气管横断面的支撑（滑动管耳横断面上间隔为120°，及一周有3个滑动管耳展开平均排布）。在第一段燃气管道拉入实壁套管后，进行套管外的管组焊接工作，重复此步骤直至燃气管道安装完成。

3 结论

非开挖铺设导向钻进技术是新兴的城镇燃气管道施工技术，它具有快速高效的导向、钻孔方向易控制的特点，而且能适应各种地质条件的施工要求。导向与管线探测仪可在施工过程中检测障碍物，以帮助定向钻机完成燃气管道的施工。

参考文献

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