摘要：本文介绍了水平定向钻进技术的施工工艺、质量控制及安全管理、现场应用.
关键词：定向钻进,钻孔,穿越
燃气管道施工中，不可避免地会遇到道路、涵洞、铁路、桥梁、沟渠、河流等障碍，无法正常开挖施工，需采取特殊的施工工艺进行穿(跨)越施工，常见的情况有：顶管施工、定向钻施工、跨越施工及水下穿越等。其中定向钻施工技术近年在我国有了广泛的应用，它解决了管道穿越特殊地段的施工问题，与传统的施工方式相比，具有费用低、工期短、协调工作少等特点。
定向钻施工又称非开挖定向钻进法或非开挖回拖管施工法，俗称拉管法。其工作原理为：先根据所了解的地下资料情况，结合使用探测仪探测情况，确定穿越埋深，然后用钻机在预穿越路的一侧将钻头斜向推进到预定深度，在无线电定位仪器的控制下，水平钻进，钻进到位后，安装锥体扩孔头，回拖扩孔，至要求直径后，在选定穿越管材上焊接一个牵引头，与钻头连接，然后由设备回牵钻头，把焊接好的管材拉至设备所在一侧，穿越管的两管端与原施工管线连接。
一、水平定向钻穿越施工工艺
使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔;第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
1、钻导向孔
要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转(或使用泥浆马达带动钻头旋转)切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。
钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。
2、预扩孔和回拖产品管线：
一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。
回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。
在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。
地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
二、工程质量的控制
由于非开挖技术实现了完全的非开挖施工，而且铺设的管线有较深的覆土，管道在地下的质量难以用常规的方法进行检查确认，故采用定向钻孔法铺设管道工程的质量控制有其特殊的一面。相对于定向(导向)法铺设穿越段管线的主要施工工艺，工程质量控制包括两部分：钻孔轨迹的质量与穿越段管线回拖质量控制。在地质条件和钻进工艺参数一定的前提下，钻孔质量直接影响到穿越工程的成败，后者则关系到管道的安全运行。
1、钻导向孔的质量控制
钻孔的质量主要是指钻孔曲线的实际轨迹是否与钻孔的设计轨迹相符合。一般而言，实际钻孔轨迹越接近设计轨迹，则表明钻孔质量越好。因此，钻进前，施工单位要按照建设单位提供的地质资料和设计的钻孔轨迹图，在现场观测的基础上绘出钻孔曲线，标出钻孔曲线的入土点、出土点、相应的角度、曲线长度、最大埋深及管线的曲率半径等参数。钻进时质量控制主要是导向孔的空间坐标(管道的埋深)和钻孔曲线的曲率半径(根据穿越管道的管径计算)，因为这两个参数将直接影响穿越管道的安全运行，管道的埋深一般由定向钻机的控向系统(计算机和地下仪表单元 组成)直接运行程序，处理仪表参数显示出的钻进结果，操作人员只须与设计图纸上的设计坐标相对照，保证达到设计要求的埋深即可。钻孔轨迹的曲率半径要由控向系统操作人员预先根据设计提供的资料计算出结果，钻进时通过调节每根钻杆的角度而实现对钻孔曲率半径的控制。对于给定了的直径的定向钻孔穿越管道，钻孔的曲率半径 R 由下面公式求得：R=1200Dn 其中：R—每根钻杆允许变化的角度;Dn—穿越轨道外径对于一定曲率半径的设计钻孔曲线，钻进中每根钻杆允许调整变化的角度为：α=L*360/2Rπ式中：α—每根钻杆允许变化的角度，L—每根钻杆长度，R—钻孔曲线轨迹的曲率半径导向孔的实际出土点与设计出土点的偏差(纵横偏移)一般按照合同要求进行控制，控制值为穿越段总长度的 1-2%且不大于 2M。通过控制每根钻杆的角度变化，可以实现钻孔曲率符合规范要求的控制值，平面的左右偏差可通过控向设备进行监测(根据方位角计算)，用调整方位角的数值进行调整。钻进水力设计与钻孔质量有关，钻导向孔时有泥浆回流现象，要结合环保部门的具体要求和穿越地层的地质特点，综合钻进中的扭矩、泥浆压力等进行对比分析，进而采取相应措施提高钻进质量。
2、管线回拖质量(铺设质量)的控制
穿越管道的回拖完成即标志着管道铺设的完毕，其质量包括管道的焊接强度、外保护层的完整及管道的弯曲应力符合设计要求。
2.1 铺管前管道的焊接
根据设计眼球的级别来检查焊缝。对于要求不高的管道可以进行一些简单的压力、冲击等试验，对于要求较高的管道则要进行100%的X射线照相，并进行严格的压力试验，拖管后，按照要求还应进压力试验，以验证拖管时管道是否受损，能否投入使用。
2.2 管道外防腐层的检验
对于要求较高的管道，在穿越管道回拖前，用电火花检漏仪对防腐层进行检验，做好记录。外保护层主要是使管道具有光滑抗磨的外表，在管道拖出后， 还应对孔内运行最长的第一段管道进行检查，以确保孔内其它管道的完整性。
2.3 管道弯曲应力核算
管道弯曲应力可对照钻导向孔记录与设计的钻孔曲率半径进行核算，确定孔内铺设的管道弯曲度不超过允许应力，如超过许用应力，则需修改设计方案或改选管道材料。
定向钻施工穿越铁路等重要设施时，须征求相关主管部门的意见。当与其他地下设施的净距不能满足设计规范要求时，应报设计单位，采取防护措施，并应取得相关单位的同意。定向钻施工的其他技术要求应按国家现行标准《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》(SY/T 4079)执行。
定向钻施工时，应重点控制燃气管道安装的质量，燃气管道安装时应符合下列要求。
① 燃气钢管的焊缝应进行100%的射线探伤检查。
② 在目标井工作坑应按要求放置燃气钢管，用导向钻回拖敷设，回拖过程中应根据需要不停地注入配制的泥浆。
③ 燃气钢管的防腐应为特加强级。
④ 燃气钢管敷设的曲率半径应满足管道强度要求，且不得小于钢管外径的1500倍。
三、安全管理
1、燃气管道与地上地下建(构)筑物和其他管道之间的水平与垂直净距，应按设计规定保持安全距离;任何情况下，不得将燃气管道与动力或照明电缆同沟铺设。
2、管道穿越施工时，应符合下列要求：
2.1、施工前，应向河道管理部门中办施工手续，并经批准。
2.2、作业区临水边应设护栏和安全标志，阴暗和夜间时应加设警示灯。
2.3、进入水深超过1.2m的水域作业时，应选派熟悉水性的人员，并应采取防止溺水的安全措施。
2.4、穿越河道施工前，应对河道和现场环境进行调查，掌握现场的工程地质、地下水状况和河道宽度、水深、流速、最高洪水位、上下游闸堤、施工范围内的地上与地下设施等现况，编制过河管道施工方案，制定相应的安全技术措施。
2.5、管道验收合格后应及时回填沟槽;回填应符合回填安全技术交底具体要求。
2.6、施工中所使用的专用机具，应遵守原产品使用说明书的规定，并遵守相应的安全操作规程。
2.7、作业中所需机具、设备应完好，安全装置应齐全有效，安装应稳固.使用前应检查、试运转，确认合格。
2.8、施工工艺需采用泥浆时，应设泥浆沉淀池，池体结构应坚固，其周围应设 防护栏杆;泥水不得随地漫流，污泥应妥善处理。
四、现场实际应用
我单位2010年在宝坻-静海-大港高压输气管网项目管理工作过程中，工程一期全长26公里，仅在尔王庄标段施工过程中，复杂的现场情况，如若干个养鱼池、坟地、排干渠等难点段就占此标段五分之一。若采用一般的征地明开挖施工下管，若干个难点段大大的增加了现场协调费，而且增加了工程施工窝工时间，从而影响施工进度，不能有效保证施工按时完工,为了保证工期，我们采取了此向施工方法，一次穿越长度1.6KM，压力0.4MP,管径DN800。
通过采用定向钻穿越能有效地降低工程协调费用，更有效的保证施工质量和施工进度。
结束语
随着水平定向钻进管道敷设施工技术的不断发展，各行业对水平定向钻进管道敷设施工技术的利用也越来越广泛，该技术不仅对环境和城市交通的影响小，且修复费用少，工期短。
参考文献：
[1] 中国市政工程华北设计研究院.GB 50028—2006城镇燃气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[2]刘延智.钢质燃气管道非开挖穿越河流工程实例[J].煤气与热力，2006，26(8)：4-6.
[3] 城市建设研究院.CJJ 33—2005城镇燃气输配工程施工及验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[4] 赵岚.水平定向钻在钢质燃气管道施工的应用[J].煤气与热力，2005，25(5)：49-51.
