水平定向鉆穿越設(shè)計(jì)技術(shù)探討
水平定向鉆穿越設(shè)計(jì)技術(shù)探討
1概述 水平定向鉆敷管技術(shù)是一種現(xiàn)代非開挖敷設(shè)管道的施工新技術(shù),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(yù)先設(shè)定的軌跡鉆一個(gè)小直徑導(dǎo)向孔,隨后在導(dǎo)向孔出口端的鉆桿頭部安裝擴(kuò)孔器回拉擴(kuò)孔,當(dāng)擴(kuò)孔達(dá)到要求后,在擴(kuò)孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管道,回拉敷設(shè)地下管道。下面對燃?xì)夤艿浪蕉ㄏ蜚@穿越設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。
2應(yīng)遵守的主要規(guī)范 《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028—2006)；《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》(CJJ33—2005)；《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第1部分:A級鋼管》(GB/T9711.1—1997)；《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50251—2003)；《輸油輸氣管道工程線路工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(SY0401—1998)；《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第2部分:B級鋼管》(GB/T9711.2—1997)；《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ63—95)；《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設(shè)計(jì)規(guī)范穿越工程》(SY/T0015.1—98)；《石油天然氣管道穿越工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(SY/T4079—1998)；《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SY/T0413—2002)；《涂裝前鋼材表面預(yù)處理規(guī)范》(SY/T0407—97)；《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范!(GB50236∀98)。
3工程測量、地質(zhì)鉆探的要求
3.1工程測量單位應(yīng)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(jié)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(guān)地下已有管道和其他埋設(shè)物的位置,為設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡提供依據(jù)。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(shí),必須取得航道主管部門的批準(zhǔn)。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(biāo)高要求采用珠基水系標(biāo)高(廣東省航道部門的要求),坐標(biāo)要求采用北京坐標(biāo)系;斷面圖上要反映出航道的位置及寬度。
3.2地質(zhì)鉆探孔布置及深度 設(shè)計(jì)人員應(yīng)繪制地質(zhì)鉆探孔布置圖,提供給地質(zhì)鉆探單位,地質(zhì)鉆探單位根據(jù)地質(zhì)鉆探孔布置圖進(jìn)行地質(zhì)鉆探。《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設(shè)計(jì)規(guī)范 穿越工程》(SY/T0015.1—98)第3.5.4條規(guī)定,如采用定向鉆、頂管或隧道敷設(shè)穿越,地質(zhì)鉆探孔應(yīng)交叉布置在穿越管段中線兩側(cè),距中線50m。
《石油天然氣管道穿越工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(SY/T4079—1998)附錄C.01規(guī)定,地質(zhì)鉆探孔應(yīng)沿穿越管道的軸線兩側(cè)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(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況復(fù)雜難以判斷土質(zhì)變化,應(yīng)酌情增加鉆探孔密度。地質(zhì)鉆探孔深度應(yīng)大于管道敷設(shè)深度10m,一般取河床底或道路路面下20m。
根據(jù)以上規(guī)定,在實(shí)踐中我們對地質(zhì)鉆探孔的密度進(jìn)行適當(dāng)加密。某工程定向鉆穿越河流的地質(zhì)鉆探孔按圖1布置,另一工程水平定向鉆穿越陸地的地質(zhì)鉆探孔按圖2布置?！ ?
4水平定向鉆施工圖線路的設(shè)計(jì)
水平定向鉆施工圖線路的設(shè)計(jì)是根據(jù)工程要求、工程地質(zhì)報(bào)告的結(jié)果、地下障礙物的具體位置,設(shè)計(jì)出鉆桿最佳鉆孔路線。
根據(jù)近年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出水平定向鉆常見的設(shè)計(jì)線路見圖3。
主要參數(shù)及技術(shù)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(diǎn)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(yīng)小于300m；水平段最小長度L2大于等于10m,因?yàn)橐话惚容^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(zhì)條件為黏土、亞黏土、粉砂、中砂層；防腐層防腐等級為加強(qiáng)級；場地要求:入鉆點(diǎn)、出鉆點(diǎn)要求離開河流的常年水位水邊線50m以外。入鉆點(diǎn)場地要能安裝鉆機(jī)和蓄水池及泥漿池,可取25mx25m。出鉆點(diǎn)要有組管場地,當(dāng)組管場地不夠時(shí)可采用2接1(管道分2次進(jìn)行回拖)或3接1(管道分3次進(jìn)行回拖)的方式進(jìn)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(shè)計(jì)實(shí)例
筆者設(shè)計(jì)的廣州市侖頭—生物島——大學(xué)城燃?xì)庵鞲晒?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(shè)計(jì)管徑為D406.4X7.9,設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa,穿越管段管材采用高頻直縫電阻焊鋼管,材質(zhì)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(yīng)在100%外觀檢查合格后,進(jìn)行100%射線探傷,探傷按《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》(GB3323—2005)的規(guī)定,II級為合格。
穿越管段防腐采用3層PE加強(qiáng)級防腐。管體表面用噴砂除銹,除銹等級達(dá)到Sa2.5級的要求,再采用雙組分無溶劑環(huán)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(jié)語 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,目前國外著名的鉆機(jī)制造商可提供商品化的軌跡規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件。通過采集所需的全部信息,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行最優(yōu)化鉆孔軌跡設(shè)計(jì),大大提高了水平定向鉆軌跡設(shè)計(jì)的科學(xué)性和設(shè)計(jì)效率。
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