关于燃气管道水平定向钻穿越的设计要点探讨

陆海宇

摘要：本文主要阐述了燃气管道水平定向钻穿越设计应该遵循的基本原则和相关设计规范。提出了工程测量和地质钻探在燃气管道水平定向钻设计中的基本要求，分析了燃气管道水平定向钻穿越的设计要点。希望通过本文的分析，为相关设计人员提供依据和思路，以供参考。

关键词：燃气管道；水平定向钻穿越；设计要点

燃气管道的敷设不时需穿越河道、铁路、箱涵等障碍物，同时明槽开挖敷设管道所导致的社会、交通及环境污染等问题也越来越受人民的关注。水平定向钻HDD（Horizontal Directional Drilling）技术，因其自身特点在应对上述两方面问题时具有显著的优势。

1.水平定向钻穿越技术概述及优势

1.1水平定向钻敷管技术概述

水平定向钻敷管技术是管道敷设中的一种新型技术，采用非开挖方式，利用水平定向钻机在不同深度以及不同地层的环境下进行钻进，并结合导向仪达到精准的设计位置。在施工中可按照预先设定的轨迹钻取一个导向孔，再将扩孔器安装在导向孔出口端的钻杆头部，进行扩孔处理。扩孔达到一定的标准后，将管道、旋转接头以及拉管头连接在扩孔器的后端，进行回拉敷设地下管道。

1.2水平定向钻敷管技术的优势

该项技术较传统的管道敷设技术有以下几点优势：①缩短了施工进度，运用该技术进行管道敷设可实现较长的穿越长度和较大的深度，施工速度较快。②提高了施工质量，导向精准，不仅具有较高的效率，还对施工的质量具有一定的保障。③确保了施工的安全性，运用该技术规避了传统施工过程中施工难的问题，也有效降低了施工中安全事故的发生率。④不损坏地面构筑物，不影响交通、航运，减少环境污染，而且工程造价低，有显著的社会效益和经济效益。

2.燃气管道水平定向钻设计前期的相关要求

在水平定向钻设计前期，设计单位应严格按照《城市燃气设计规范》、《输气管道设计规范》、《岩土工程勘察规范》等提出工程测量及地质钻探方面的相关要求。

1）要求提供的平面地形图的比例为1：500或1：1000，断面图的竖向比例为1：100或1：200，纵向比例为1：500或1：1000。

2）要求提供管线穿越段的地质勘探报告，包含水文地质、岩土力学指标、地质断面图、柱状图等资料。在给地勘单位布置勘测钻孔点时，一般可取管道中心两侧约20～30cm处，每50m交叉布置。若遇到环境复杂的土质条件，可适当增加钻探孔的密度。勘探钻孔分为控制钻孔及一般钻孔，控制钻孔一般占勘探钻孔总数的1/2～2/3。勘探钻孔的深度一般可取河床底或路面下20m，确保大于管道敷设深度的10m。

3）要求提供管线穿越段的物探资料，例如已建管道和其他埋设物的位置及标高等，物探结果需反映在平面图及纵断面图上，为定向钻的穿越轨迹提供设计依据。一般要求物探的范围是穿越管段四周的50m～100m。

3.燃气管道水平定向钻穿越的设计要点

在对燃气管道水平定向钻进行穿越方案的设计时，必须对管道壁厚以及管道抗拉力进行校核，并确定曲率半径。管道壁厚以及抗拉力的校核是为了保障燃气管道的基本安全性，而曲率半径R的设计也必须符合一定的科学性，一般取管道外径的1500倍，且必须大于300m。除了保障这些基本的技术参数外，还需注意对以下几个方面的内容加以足够的重视：

3.1根据地勘及物探资料合理设计穿越轨迹

水平定向钻比较适用于粘土、沙土及硬不高的岩石，故根据地勘资料，选择穿越土层时应优先考虑以上土层，尽量避免在卵石层等硬度较大的土层中进行定向钻穿越。如实在难以避免，须采取相应有效的措施，近年随着技术水平的进步，在卵石这类不理想的土层也有成功穿越的例子。而在《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423—2007中有规定穿越水域时，穿越管段管顶埋深应设在河流最大冲刷线2.5M以下，穿越管段管顶到河床底部的最小距离宜大于穿越管径的10-15倍，且不小于6M。因此當穿越河流等水域时，需注意看地勘报告，根据河流最大冲刷线、河床底标高等资料设计燃气管道定向钻的管顶埋深。同时鉴于当今地下管线越来越复杂，设计定向钻穿越轨迹时也需注意根据物探报告对地下管线及构筑物进行避让。特别是污水管线一般采用无压自流方式，埋深通常都较深，对我们燃气管线的穿越轨迹有一定影响。

3.2根据现场条件合理设计定向钻出入土点

燃气管道水平定向钻常见的设计断面图如图1所示。

图1水平定向钻常见的设计断面图

图中定向钻入土角为α，出土角为β，一般情况下入土角宜为8o～18o，出土角宜4o～12o。入钻点之后的直线段距离L1不可小于20m，水平段长度L2最好不低于10m。当实际施工时，定向钻入土及出土位置是需要进行一定范围的开挖，开挖面积一般约在1.5mX2.0m，开挖深度约1.2-1.5米。同时小型号的钻机系统一般也需要有8mX3m操作空间，另外在出土点延伸方向要需要有足够空间堆放预制好的燃气管道。故在设计定向钻出入土点时，也要根据上述施工时场地需求结合地形图及现场踏勘的实际场地条件进行综合的考虑。

3.3定向钻设计方案需适应穿越区主管部门的要求

燃气管道一般会经过多个区域，为了保证一定的安全性，设计方案也必须通过穿越区各主管部门的批准。因为各区域的主管部门对穿越管线的要求都存在一定的差异，只有符合了不同地段的标准，才是合格的设计方案。例如，在经过通航水域区时，必须取得航道主管部门的批准。航道部门要求穿越段的测量范围要保证上下游两端大于300m，标高要求采用珠基水系标高，坐标要求采用指定坐标系，同时要求航道的位置和宽度都要在断面图上反映出来。

结束语

综上所述，我国燃气管道使用水平定向钻穿越的技术历程较短，因此各项技术还不够完善，施工中也容易出现各种问题。为了规避这一现象，必须从设计层面开始抓起，提高设计的质量和要求，从根本上完善各项技术问题。本文认为燃气管道对安全的要求相比其他管线要高，在水平定向钻穿越设计时一定要严格遵守各项规范要求，同时对地勘及物探资料、场地条件、部门要求等方面进行综合的考虑。

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