大管径供热管道水平定向钻施工回拖作业技术概述

路昇

银川市热力公司 宁夏 银川 750001

前言

适用于大管径供热管道的地面减阻方式是采取开挖专用的发送沟，并向发送沟内注入泥浆，利用发送沟内泥浆对管道的浮力及泥浆的润滑作用，降低管道回拖过程中发送沟与管道的摩擦力，起到保护保温管PE外护管及接头保温结构的作用。值得说明的是，无论采用何种地面减阻方式，均需要开挖导向沟。本文对大管径供热管道水平定向钻施工中回拖作业的关键技术进行探讨。

1 水平定向钻施工方案

水平定向钻穿越省道施工设备主要包括水平导向钻机、管线探测仪、导向探测仪、泥浆拌制系统、装载机、发电机、电焊机、吊车等。施工工作流程为：开挖工作坑—测放标志线—安装水平导向钻机——钻导向孔。导向孔完成后进行预扩孔，扩孔时按土层情况配置相应泥浆，扩孔按设计应逐级回扩，不宜跃级。回扩孔径达到设计要求，且拉力、扭矩在安全范围内便可将预制完好的TPEP钢管进行回拖。

1.1 工作井与接收井施工

（1）降排水。由于施工区地下水位埋深较浅，需进行降排水。根据现场土壤特性，拟采用管井降水方案，降水井布置在工作井和接收井周边，数量各为3眼，井深为20m，井径为600mm，每眼井出水管接至汇水总管，由汇水总管排至公路路边排水沟内。

（2）工作井制作。工作井和接收井分别设置在公路一侧，工作井采用挖掘机配合人工进行开挖。工作井底板尺寸7.5m×5.0m，接收井底板尺寸为5.0m×5.0m，深度根据管线埋深而定。水位降到基坑开挖底标高1.0m以下时，进行土方开挖作业。基坑开挖上部采用挖掘机开挖，挖至底部30cm时，采用人工进行开挖至设计标高。工作井的支护形式为工作井的四角设置型钢剪力支撑，并加设横向钢管支撑，防止塌方。工作井左右两侧进行放坡处理，两侧边坡需保证稳定，对于土质松散处可加大边坡。为了防止管道在拖运过程中左右摆动，在接收井出土点需挖一个长36.0m，宽1.5m，深4.5m的发送沟，在拖拽的过程中，为了防止管道的防腐层被刮伤，在管道底下每隔6m铺垫装有细土的麻袋，麻袋上面涂有润滑油，且采用汽车吊同时起吊并向前推进以减小钻机拖拽力[1]。

1.2 水平定向钻设备安装

钻机进场后，应及时检查机具的完备和使用性能情况，机具摆放应距工作井3.0m以外，防止机具震动造成塌方。钻机就位必须在穿越曲线的同一方向上，钻机安装就位后进行系统连接、试运转，保证设备正常工作，各系统运转正常后试转，各种参数正常后按次序钻进。重点检查主机地锚、泥浆供应、辅助动力、系统液压、供电电缆、各显示表盘和调校控导系统等运行情况[2]。

2 水平定向钻的施工流程

①勘察放线。勘察放线的目的是探明地下已建管道的分布、走向及管道的埋深情况，从而确定所需铺设管道的钻进轨迹及深度，确保不与已建管道发生交叉、碰撞，保证已建管道和新建管道的安全。②开挖工作坑。管轴线两端一般不设发射坑和接受坑，钻机直接从地面以小角度下钻。只有当管道纵向刚度较大，或者施工场地较小等特殊情况下才设发射坑、接受坑。工作坑的大小根据管道直径大小进行布置，一般可挖成倒三角的工作坑。③钻导向孔。钻导向孔是整个施工中最为重要的一个环节。水平定向钻在管轴线的一侧下钻，钻头在受控的情况下穿过河床、穿越公路或铁路、绕过地下障碍物，最后在管轴线的另一侧钻出地面，完成导向孔的施工。其中钻杆的加长或缩短由钻机的自动装卸系统来完成，而钻头的钻进方向则由安装在钻头后部空腔内的探头和地面接收器组成的导向系统完成，探头发出的无线信号由地面接收器接收，从接收器可以得到钻头的位置、深度，进而调整钻头的钻进方向[3]。

3 关键技术

3.1 钻孔最终扩孔直径

当穿越管道直径大于250mm或地层土质为中砂、粗砂及沙砾土时，宜进行多级扩孔。根据地层条件和钻机能力合理选择扩孔程序，管径越大，扩孔次数应越多[4]。

3.2 定向钻机设计回拖力

回拖力的计算对于定向钻机正确选型至关重要，定向钻机的设计回拖力一般取计算回拖力的1.5～3.0倍。计算回拖力F的计算式为：

3.3 钻机的选型

水平定向钻穿越工程应综合考虑施工场地、地层土质条件、敷设管道管径、埋深和穿越长度等因素，合理选择定向钻机。定向钻机的额定回拖力可按计算回拖力的1.5～3.0倍选取，但不得超过工作管所能承受的最大回拖力。若地质条件较差，在工作管所能承受的最大回拖力的限定条件下，宜选择额定回拖力较大的定向钻机，以确保回拖作业顺利进行[5]。

3.4 地下直埋敷设

地下直埋敷设是指将大管径供热管道直接敷设于土壤中，土壤与管道的外保温层或外保护层直接接触。此种方式目前最常用，只要地质状况良好，地下有管位，且与其他障碍物保持一定的防护距离时，均可采用此方式。地下直埋敷设的市政大管径供热管道通常采用成品的预制直埋保温管，其中，热水管道通常采用的是工作管、保温层和保护外壳三者紧密黏结的结构形式，保护外壳一般是硬质聚乙烯，保温层一般是聚氨酯；蒸汽管道通常采用的是工作管、保温层和保护外壳三者组成的结构形式，保温层与保护外壳之间留有空气层，保护外壳一般是钢管，保温层一般是岩棉、硅酸铝、离心玻璃棉、气凝胶等材料[6]。

3.5 回拖过程中的地面减阻方式

（1）一般方式。在管道安装前，须根据设计要求开挖发送沟，发送沟深度须满足注入泥浆后能够将管道浮起，发送沟的下底宽宜比保温管外直径大500mm。管道安装可直接在发送沟内完成，安装完成后，进行管道强度试验、严密性试验，试验合格并对管道接头位置进行补口处理后，向发送沟注入泥浆，最小注浆深度宜大于保温管外直径的33%。采用发送沟地面减阻方式时，回拖作业无须起重机配合。回拖作业完成后，对发送沟内的泥浆进行清理及外运处理，对发送沟沟壁及地基扰动部位进行局部换填夯实(将沟壁及地基地面以下一定范围内的软弱土挖去，然后回填强度高，压缩性较低，并且没有侵蚀性的材料)，并按相关规范要求进行回填。为了减少施工场地占用，通常当供水管道回拖完成后(相应的发送沟也回填完毕)，再开挖回水管道的发送沟[7]。

（2）特殊方式。若受场地限制，发送沟无法达到理想长度时，对不具备开挖发送沟条件的管段宜在地面部分采用托管架或沙袋、轮胎对管道进行架空减阻，并在管道进入发送沟前开挖导向沟。地面部分采用沙袋、轮胎的减阻方式。采用上述方式减阻时，管道回拖时一定要密切关注管道保温层的变化，尤其是接头位置补口的变化，发现异常，应及时处理[8]。

4 注意事项

①定向钻机的额定回拖力不宜过小，回拖力过小极易造成回拖作业时管道抱死。②管道回拖作业启动阶段阻力最大，现场施工人员应密切关注定向钻机以及管道的状况，不得强硬回拖。③在回拖过程中，若遇突发状况需要中断回拖作业时，中断时间不宜超过4h。④在回拖作业期间，环境温度不宜过低(一般不低于5℃)，否则易造成PE外护管的损坏，进而影响保温层[9]。

5 结束语

总之，水平定向钻施工技术在实际工程实施应通过技术经济比较，综合考虑大管径供热管道道的敷设方式。做到节省建设投资，保证热网的安全可靠运行。