水平定向鉆穿越設計技術探討
水平定向鉆穿越設計技術探討
1概述 水平定向鉆敷管技術是一種現代非開挖敷設管道的施工新技術,主要用于各種管道穿越河流、公路、鐵路等障礙物。水平定向鉆的基本原理是:按預先設定的軌跡鉆一個小直徑導向孔,隨后在導向孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器回拉擴孔,當擴孔達到要求后,在擴孔器的后端連接旋轉接頭、拉管頭和管道,回拉敷設地下管道。下面對燃氣管道水平定向鉆穿越設計進行探討。
2應遵守的主要規范 《城鎮燃氣設計規范》(GB50028—2006)；《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范》(CJJ33—2005)；《石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件第1部分:A級鋼管》(GB/T9711.1—1997)；《輸氣管道設計規范》(GB50251—2003)；《輸油輸氣管道工程線路工程施工及驗收規范》(SY0401—1998)；《石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件第2部分:B級鋼管》(GB/T9711.2—1997)；《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》(CJJ63—95)；《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設計規范穿越工程》(SY/T0015.1—98)；《石油天然氣管道穿越工程施工及驗收規范》(SY/T4079—1998)；《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準》(SY/T0413—2002)；《涂裝前鋼材表面預處理規范》(SY/T0407—97)；《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范!(GB50236∀98)。
3工程測量、地質鉆探的要求
3.1工程測量單位應提供的資料
平面地形圖(1：500或1：1000)；斷面圖(豎向1：100或1：200,縱向1：500或1,1000)；地下管道的物探資料,物探結果要求反映到斷面圖上。一般要求物探的范圍是穿越管段四周50~100m范圍。地下管道物探主要了解有關地下已有管道和其他埋設物的位置,為設計鉆進軌跡提供依據。物探方法按定位原理分為電磁法、直流電法、地震波法和紅外輻射法等；穿越通航的水域時,必須取得航道主管部門的批準。航道部門一般要求地形圖的測量范圍是穿越段兩端(上、下游)各大于300m;標高要求采用珠基水系標高(廣東省航道部門的要求),坐標要求采用北京坐標系;斷面圖上要反映出航道的位置及寬度。
3.2地質鉆探孔布置及深度 設計人員應繪制地質鉆探孔布置圖,提供給地質鉆探單位,地質鉆探單位根據地質鉆探孔布置圖進行地質鉆探?！对秃吞烊粴廨斔凸艿来┛缭焦こ淘O計規范 穿越工程》(SY/T0015.1—98)第3.5.4條規定,如采用定向鉆、頂管或隧道敷設穿越,地質鉆探孔應交叉布置在穿越管段中線兩側,距中線50m。
《石油天然氣管道穿越工程施工及驗收規范》(SY/T4079—1998)附錄C.01規定,地質鉆探孔應沿穿越管道的軸線兩側布置,一般孔距為100m,每排孔與穿越管道軸線距離為20~30m。若鉆探孔中發現地質情況復雜難以判斷土質變化,應酌情增加鉆探孔密度。地質鉆探孔深度應大于管道敷設深度10m,一般取河床底或道路路面下20m。
根據以上規定,在實踐中我們對地質鉆探孔的密度進行適當加密。某工程定向鉆穿越河流的地質鉆探孔按圖1布置,另一工程水平定向鉆穿越陸地的地質鉆探孔按圖2布置。
4水平定向鉆施工圖線路的設計
水平定向鉆施工圖線路的設計是根據工程要求、工程地質報告的結果、地下障礙物的具體位置,設計出鉆桿最佳鉆孔路線。
根據近年來的實踐經驗,總結出水平定向鉆常見的設計線路見圖3。
主要參數及技術條件如下:
入土角一般控制在9度~12度，最大不超過18度；出土角一般控制在4度~8度；入鉆點之后的直線段長度L1大于等于20m；曲線段的曲率半徑R大于等于1500倍公稱直徑,且最小曲率半徑不應小于300m；水平段最小長度L2大于等于10m,因為一般比較大型的定向鉆穿越的鉆桿常用10m鉆桿,水平長度取大于等于鉆桿長度；宜穿越的地質條件為黏土、亞黏土、粉砂、中砂層；防腐層防腐等級為加強級；場地要求:入鉆點、出鉆點要求離開河流的常年水位水邊線50m以外。入鉆點場地要能安裝鉆機和蓄水池及泥漿池,可取25mx25m。出鉆點要有組管場地,當組管場地不夠時可采用2接1(管道分2次進行回拖)或3接1(管道分3次進行回拖)的方式進行；采用定向鉆穿越的管段與直埋段的管段連接需采用彎管或彎頭。
5水平定向鉆穿越設計實例
筆者設計的廣州市侖頭—生物島——大學城燃氣主干管,管道全長為3200m,其中侖頭海、官洲河2處為定向鉆穿越。侖頭海穿越水平長度為445m,官洲河穿越水平長度為350m,設計管徑為D406.4X7.9,設計壓力為0.4MPa,穿越管段管材采用高頻直縫電阻焊鋼管,材質為L415。侖頭海的入鉆角為10度14分,出鉆角為7度22分。官洲河的入鉆角為10度,出鉆角為7度。水平段埋深最淺處大于7m。管道焊接采用下向焊焊接工藝(手工電弧焊),焊條選擇AWSE7010G纖維素焊條,焊條直徑為3.2mm。管道焊縫應在100%外觀檢查合格后,進行100%射線探傷,探傷按《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》(GB3323—2005)的規定,II級為合格。
穿越管段防腐采用3層PE加強級防腐。管體表面用噴砂除銹,除銹等級達到Sa2.5級的要求,再采用雙組分無溶劑環氧涂料打底,干膜厚度大于等于200μm,然后包覆定向鉆工藝專用的聚乙烯熱收縮套防腐。采取電火花檢漏,檢漏電壓為15kV。
6結語 隨著科學技術的發展,目前國外著名的鉆機制造商可提供商品化的軌跡規劃設計軟件。通過采集所需的全部信息,利用計算機進行最優化鉆孔軌跡設計,大大提高了水平定向鉆軌跡設計的科學性和設計效率。
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