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燃气管道定向穿越施工技术应用研究

2023-09-07 112 上传者：管理员

摘要：基于燃气管道定向穿越施工流程对其施工难点如施工场所有限、泥浆配比难度大、导航轨迹难控制、防腐蚀保护易损坏进行分析，提出其技术应用注意事项，并对定向穿越方法中的岩层勘察、钻爆处理、钻孔处理、扫描检测进行探讨。

关键词：
定向穿越施工技术
工程施工
施工应用技术
燃气管道
管道施工
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1、定向穿越施工技术概述

定向穿越施工技术是近20年出现的燃气管道施工新技术，该技术经过长时间的优化，现已成为目前燃气管道建设中普遍采用的技术，但由于燃气管道建设隶属国家基础工程，与社会民生息息相关，且因为管道铺设受地形条件、周围建筑、居民生活等因素影响较大，其建筑工程规模大，因此施工要求相应提高，同时工程风险也较大。为了保证施工的顺利进行和施工质量，必须采用先进的施工技术进行辅助。燃气工程本身需要一个复杂的挖掘过程来保障施工，但定向穿越施工技术可降低挖掘难度，依靠预先优化的管道铺设路线绕过障碍物达到施工目的，为使钻孔直径满足铺设要求，需在采用专业钻挖设备完成钻掘的前提下，对轨道上的定向孔进行再次处理，最后牵引管线到轨道上完成铺设工作。定向穿越施工技术由于其绕过障碍物施工的特点，可以在不开挖坚固岩层的情况下铺设、检测、更换复杂的燃气管道，因此为更好地发挥该技术的优势，应注重施工质量控制，重视环节验收与过程管理，消除人为因素导致的施工质量问题，以切实保障燃气管道铺设的整体施工质量[1]。

2、燃气管道定向穿越施工技术应用分析

2.1施工流程分析

燃气管道的建设较为复杂，因此需要加强施工流程管理来保障现场施工的有序进行，工程设计人员与技术操作人员在实际施工时也应严格按照规范流程和相关规定进行施工。定向穿越施工技术主要流程如图1所示。

图1燃气管道定向穿越施工技术施工流程示意图

首先，测量放线，检查地下管线情况。为保证后续施工的有序进行，施工团队必须严格按照施工现场的具体情况进行初步地质勘察和测量放线。

其次，设计管线与设备调试。设计管线时需参照定向穿越施工技术在正式应用之前对施工区域相关影响因素（如地质情况、现有建筑、自然环境等）进行调查，在结合工程要求的基础上制定适合的钻掘路线，并根据现场情况制定恰当的施工方案，确定钻机钻进与铺设管道的相关参数。

再次，钻导向孔与扩孔。现有的钻机设备所提供的定向钻掘功能，可在地面装置实时接收钻杆发送信号的前提下由地面操作人员进行控制，从而钻头会根据给定路线进行工作，地面信号接收装置获得的设备信号可确定钻掘的深度和角度，使操作人员能够根据实际情况调整钻孔方向，以此保证施工质量符合设计图纸的参数要求（见图2）。钻孔施工完毕后，应及时进行开孔工艺，直至开孔直径满足管道铺设要求，为避免钻孔破裂，在开孔后及时清理土块，并将钻液注入孔中，以此加固通道，为后续管道牵引工作奠定基础[2]。

管道回拖。定向穿越施工技术应用于燃气管道项目时，必须注重管道回拖环节的管道强度测试与防腐保护处理，针对管道入土地点需进行全方位的评估测试，测试误差应缩短在0.05‰内，同时还需注重测量位置的标记以及测量参数的记录[3]。

最后，清场撤离。管道会拖完成后，需要及时清理施工杂物，方面后续项目施工。

图2导向孔钻进轨迹示意图

2.2施工难点分析

施工场所有限。贯穿山区的施工总长度会大大超过平地施工，山区施工因为周围的场地不足，导致管道场地有限，管道无法对准，管道焊接不能同时进行，只有分段焊接才能处理。对于这种特殊的施工现场，如果管道连接不及时，管道质量和渗漏试验不良，会大幅钻孔的稳定性，从而在后续管道铺设过程中出现缩孔现象，严重时发生塌孔事故，危及人员安全。

泥浆配比难度大。定向穿越施工技术在进行钻液（泥浆）填充钻孔过程前需进行钻液配比，在进行穿越混合山脉的施工作业时，由于地质环境复杂，不同的地质所需的钻液配比不同，增大了泥浆黏度控制难度[4]。

导航轨迹难以控制。不同地层的地质连续分布情况不均匀，地质的突变将导致钻机穿越不同地层时的扭矩不稳定，增加“跑钻”的可能性，从而使得计划的钻进轨迹由U型变为S型，增加钻机路径的控制难度。钻机的信号传递系统有无线传递和有线传递2种方式，在山区作业时易受到周围电磁信号与穿越距离的影响，以上2种信号接收控制方式都无法完全满足作业需要。

防腐蚀保护容易损坏。燃气管道在地下铺设必须保障其防腐功能的可靠，在山区作业时，由于定向穿越需要进行管道回拖环节，导致该环节极易令管道已有的防腐处理受到损坏，岩石地质极易发生泥浆流失情况，因此进行回拖工序时，管道由于缺乏泥浆的润滑作用，直接与孔壁接触，拖拽的摩擦力会导致防腐层的损坏[5]。

2.3定向穿越施工技术应用注意事项

在进行回拖管道之前，必须提前挖掘工作坑和接收坑，接收坑底的常宽深规模为4 m×4 m×2 m，工作坑的宽深规模一般为2m×4m，其长度与套管长度有关，需在单套管长度的基础上增加3m。施工前必须仔细检查夯管锤的方位和水平角度，以确保设备的中轴和施工方案中的中心线参数一致，其中最大偏差不得超过0.5°，否则应及时调整。沿着燃气管道中央线路的两侧应安装适宜长度的导轨，检查牵引设备的相关参数是否满足施工需要后，将第一个套管抬到导轨方向，打开工作阀利用轻捶法推进夯管施工，检查管道入土角度，确保其能以设计所需的角度平稳地压进地层中。第一个套管入土方向的精度是影响整个施工质量的关键因素，因此在入土5m后，需进行复查其方位和水平角度是否与施工图纸一致，如果角偏差大于0.5°，轴线偏差超过1%，则必须进行适当处理来纠正偏差。进入第一根管道时必须在工作坑外留下适当的管尾与第二个管道进行焊接，每隔8m重复一次试验，以保证施工精度始终符合不超过10°以内的要求[6]。

钻液（泥浆）制备过程中，该混合物主要由水和膨润土构成，由于山区地层地质突变的特点，钻液配比更需操作人员因地制宜的调配，从而保障钻液的润滑效果发挥作用。为避免注浆环节发生冒浆问题，在实际施工时注意浆液的压力观测，一般正常的施工条件下，浆液压力应低于300psi，若出现压力急剧上升情况，应在立即停止钻掘的同时回撤1～2m，等待5～10min后缓慢到压力突增位置继续进行作业，此时作业也应适当降低速度，直至浆液压力恢复正常，方可正常速度作业。当浆液压力急剧下降时，必须加快钻掘速度，以便迅速进入稳定的压力区域，避免泥浆挤出地表的情况。在压力管道试验过程中，应进行强度测试，一般在管道焊接和检查工作完成后和管道回拖前完成。在压力测试中需要特定精度的压力表来保障测试结果的精确，测试时温度应低于40℃，强度试验压力应高于设计压力，当其达到标准后，还应稳压1h，并由专人监测压力表30min，以此保障管线施工的质量。强度测试结束后应进入密封性试验，该实验流程与强度测试类似，可有效地检查管道的密封性情况，从而保证管道的施工质量。

在钻孔施工过程中，必须严格遵循设计要求的钻掘曲线和曲率半径，以保证钻孔的标准化。为最大程度保证钻孔角度的合理性，在实际钻进作业中，应有效控制钻孔深度、控制钻进方向并注意钻道的清洁。

为在施工过程中有效保护管道的防腐层，必须合理确定穿越位置和深度，从而有效地避免碎石层对管道外部防腐层的划损，在管道回拖前对其进行3PE处理，以加强管道的防腐层保护，为保证防腐质量，应使用电子激光测距（EDM）检测器对管道的整个防腐表面进行全面的检测。

为避免在主管穿过轨道时与内壁发生硬性接触，在主管穿过之前，必须有效地将聚乙烯支架安装在主管上。主管和轨道周围应填充适当的柔性介质，从而避免回拖过程中损坏管道的防腐层，为进一步提高防腐效果，应采取一些电化学防腐处理，例如加设镁阳极带。

3、燃气管道工程定向穿越方法分析

燃气管道定向穿越岩层预处理是确保管道施工安全和稳定的重要步骤。具体操作方法如下：

3.1岩层勘察

施工前对岩层的地质情况进行详细勘察，主要涉及穿越区域的地形、地貌、地质、气象等情况的现场调研以及相关资料收集。实践中，勘察人员需要收集并分析已有的地质资料、水文资料、环境资料等，为制定穿越方案提供依据。具体而言，勘察人员还需要对穿越区域的岩层结构、岩层厚度、岩层物理力学性质、地下水分布情况、水位变化规律、穿越区域的环境条件、生态环境等进行勘察，确定穿越方案。此外，根据现场调研和资料收集的结果，结合地质勘察和水文勘察的结果，制定穿越方案。穿越方案应包括穿越路径、穿越方式、穿越材料、穿越工艺、安全措施等内容。在制定穿越方案后，需要对方案进行评估，确保方案可行，并制定相应的安全措施。根据评估结果，需要组织穿越方案的实施，确保穿越过程的安全和稳定。

3.2钻爆处理

在预处理方案中，钻爆是一种常用的处理方式。在选择爆破剂时应根据岩层情况，选择松散性较好的、爆破效率又高的炸药，并根据设计方案进行爆破孔位置、孔径、孔深等详细规划。

3.3钻孔处理

实施钻孔处理时，应使用先进的钻探设备，根据处理方案，在需要处理的地方进行钻孔。根据岩层硬度和钻孔尺寸，设计合适的爆破方案，确保岩石能够顺畅地通过定向钻头，避免管道安全隐患。

3.4扫描检测

钻孔处理后，应进行扫描检测，以确保预处理方案的实施情况、岩石硬度及管道施工安全情况。同时针对检测中发现的问题进行及时解决，确保岩层预处理方案达到预期效果。

4、结束语

总而言之，定向穿越施工技术在燃气管道工程中具有良好的应用价值，但仍有不少的施工问题亟须解决，如山区施工时钻机信号的传递问题和浆液配比问题，因此需要技术人员持续探索。该施工技术在节省时间与人力成本方面有突出优势，并且因为其采用器械代替人工的地下钻进方式，有效保障了施工人员的人身安全。此外，燃气管道项目往往会跨越多个地质条件，所以应根据施工实际要求和现场条件，设计合理的施工方案，对施工过程进行全过程管理，从而实现预期的施工目标。

参考文献:

[1]牛勤赟.燃气管道定向穿越施工技术研究[J].石化技术,2022,29(6):239-241.

[2]刘宇翔,杨楠.城镇燃气管道非开挖定向穿越施工技术[J].中国新技术新产品,2021(23):104-106.

[3]牛浩.燃气管道定向穿越施工技术管理[J].石化技术,2021,28(3):152-153.

[4]王在基.定向钻孔施工技术在燃气管道中的应用[J].江西建材,2021(2):100;102.

[5]贾雷,李静涛.定向钻法长距离穿越岩石山体难点分析及应用[J].城市燃气,2022(4):4-9.

[6]陈伟.城市燃气管道定向钻对接穿越技术要点研究[J].中国新技术新产品,2022(24):81-83.

文章来源:林峰.燃气管道定向穿越施工技术应用研究[J].石化技术,2023,30(09):34-36.