作者：黃梅丹，于彬第一作者單位：重慶大學城市建設與環境工程學院 摘自《煤氣與熱力》2019年2月刊
1 工程概況
某天然氣管道設計壓力為4.0 MPa，采用水平定向鉆方式穿越浙贛鐵路北側兩條河流，基本情況如下： ①穿越曲線參數。入土角9°，出土角8°；穿越管段曲率半徑770 m，兩端預留直管段長度13 m。 ②管材：D508×11.1的L415MB雙面埋弧焊直縫鋼管。 ③土質情況：根據地質勘探報告，穿越段地層結構第一層為耕表土（Q4pd），第二層為粘土混礫卵石（Q3dl+el），第三層為強風化巖層（Q4dl+el）。穿越地段地層中粘土混礫卵石層最厚，地表結構復雜，因此施工難度較大。 2 施工準備階段控制要點 2.1 地質勘探和地下管道探測 在工程施工前應委托地質勘探公司對沿線進行地質勘探，并對地質情況變化過大的地方加密勘探。地質勘探報告是制定施工方案的重要依據。 利用管線探測儀探測金屬管道，用探地雷達探測非金屬管道，對水平定向鉆穿越管道路由左右兩側各50 m處的地下管線情況進行摸排，避免水平定向鉆施工對第三方管道造成破壞。 2.2 施工機具和設備 按照實際的地質勘探、地下管線探測情況編制施工方案，確定水平定向鉆施工機具和設備［1］。
根據本工程穿越段的地質、管徑、長度情況，同時考慮到鉆機進場道路土質較差，不利于輪式設備進場，因此采用履帶式鉆機。為了保證鉆進可靠性，鉆桿采用優質合金鋼，并具有較小的曲率半徑。水平定向鉆施工主要機具和設備見表1。 表1 水平定向鉆施工主要機具和設備 
3 施工控制要點 3.1 根據地質情況采用適當的施工措施 ①調整好入土、出土角度，根據地質特點和管道長度選取合適的鉆具。 ②遇到硬質巖石時，選取巖石擴孔器，它是由3～5個牙輪鉆頭組成，中間布有水眼。用牙輪切削巖石，用水眼清洗牙輪。 ③在入土點處遇到圓礫層或巖卵石層，采用套管隔離。首先基于鉆桿入土角和軸線位置，用挖掘機挖一個長寬都為5 m，深2 m的基坑，埋入符合擴孔直徑要求的鋼套管短節。再用夯管錘錘擊套管，如果套管較長，可在錘擊后接長套管，直至下伏基巖上，并將套管擊入基巖部分。然后用人工或螺旋取土器取出鋼套管內的土和卵石，嚴格按控向系統調校程序進行調校。在本工程施工中，采用套管隔離完成入土點處圓礫層或巖卵石層施工，解決該處成孔困難的問題，保證后續定向鉆施工的順利進行。 ④所有設備安裝調試及泥漿配制完成后啟動鉆機進行試鉆。試鉆時檢查鉆頭水眼是否堵塞，若無堵塞則繼續鉆進。 ⑤采用無線導向，根據設計曲線鉆導向孔，并根據管徑確定每根鉆桿的折角，實時跟蹤測量，并做好記錄。在穿越曲線上每隔3 m（平均單根鉆桿長度）左右設置數據控制點，每鉆進1 m記錄鉆頭位置參數，以此控制導向孔的鉆進軌跡。 3.2 防腐層質量控制 ①防腐層 管道采用環氧粉末涂層+3PE（擠壓聚乙烯）加強級防腐層，防腐層厚度為3.2 mm。 ②定向鉆穿越防腐層外防護 本工程采用環氧玻璃鋼防護層對防腐層進行保護。聚乙烯防腐層抗劃傷能力差，采用環氧玻璃鋼防護層可以提高防腐層的完整性，提高管道的整體抗劃傷性和耐磨性。 ③補口 采用環氧混凝土涂料作為穿越管段補口的外防護層，外防護層結構為雙層熔結環氧粉末+環氧混凝土涂料。雙層熔結環氧粉末涂層厚度通常只有1 mm 左右，在硬質地質條件下，仍存在防腐層破損風險。因此，在雙層熔結環氧粉末外層增加了一層環氧混凝土涂料。環氧混凝土涂料與雙層熔結環氧粉末間具有良好的粘結強度，提高了外防護層整體的完整性，同時也降低陰極保護電流需求。 3.3 焊縫質量控制 穿越段鋼管焊縫采用100%超聲波檢測、100%射線檢測。所有帶裂紋的焊縫應從管道上切除。焊縫出現的非裂紋性缺陷，可直接返修，焊縫返修應符合焊接工藝規程。焊縫在同一部位返修不應超過2次，根部應只返修1次，返修后，應按原規程檢測。 3.4 管道回拖控制 3.4.1 確保回拖時管道防腐層不被損壞的措施 ①采取發送溝蓄水漂管、發送架及吊機送管等方式，避免管道與地面直接接觸。管道入孔前與地面的接觸部位應進行潤滑。 ②泥漿配比隨不同地層情況變化，在回拖時對泥漿配比進行處理，控制泥漿的粘度、壓力、流量以及各種添加劑的選用，使之具有良好的流變性，保證有較強的攜帶鉆屑能力、較低的摩擦系數、良好的潤滑性能，才能保證回拖順利進行。本工程地層以圓礫層或巖卵石層為主，地層中顆粒、散塊之間缺乏膠結，孔壁易塌，易埋擠、卡死鉆具及管道，因此，泥漿配比主要在于提高泥漿粘度和切力。 3.4.2 保證天然氣管道回拖順利的措施［2］ ①管道回拖前對鉆機、鉆頭、鉆桿及泥漿配套系統等設備進行全面檢查及維護保養，確保鉆機及其動力傳動系統性能優良，運轉可靠。泥漿泵循環系統通暢，壓力能夠滿足回拖管道的要求。對鉆桿、切割刀、擴孔器等鉆具進行探傷檢查（X光檢測等），確保鉆具無龜裂情況，強度滿足回拖的相關要求。 ②開挖發送溝 管道回拖前，從出土點開始，向入土點方向開挖長5~6 m、寬1.5 m、底比管道敷設位置深1.5 m左右，與穿越軸線相一致的發送溝。在回拖過程中，使管道在自重作用下通過自然彈性彎曲順利進入發送溝，減小管道的回拖阻力。為回拖過程中管道的穩定，向發送溝內注入水，注水前要檢查有無石子等雜物，水面高度最少要達到回拖管道外直徑2/3處，以便于懸浮管道，減小回拖阻力。 ③采取擴孔器直徑為穿越管道外直徑1.3倍（660 mm），進行擴孔。擴孔之后，將擴孔器與管道連接，然后進行回拖。 ④在回拖時鉆具連接要迅速，盡量縮短鉆具在孔內的停滯時間，使泥漿能在孔壁形成一定力學強度的泥皮，維護孔壁穩定，確保穿越成孔圓滑、成型，并防止泥漿漏失。 3.4.3 鉆具安裝順序 回拖鋪管鉆具最優安裝順序為：鉆機—鉆桿—擴孔器—旋轉接頭—U型環—拖拉頭—穿越管段。回拖鉆具安裝順序是保證順利回拖、減少回拖阻力的關鍵。 3.4.4 防腐層質量檢查 為了保證已焊管道在回拖過程中狀態良好，應進行防腐層外觀及漏電檢查。檢查已焊管道防腐層是否出現明顯的外觀破損，并使用柔軟物品進行遮蓋，防止防腐層暴曬老化。回拖前應使用電火花檢測儀對管道進行檢漏，無漏點為合格，對防腐層損傷部位進行及時補傷。 3.4.5 回拖過程監控 在回拖過程中監控回拖力、扭矩、回拖轉速等工藝參數以及回拖軌跡，以確保回拖能一次性整體完成。特殊情況下，停止回拖的時間不宜超過4 h。 3.4.6 擴孔清孔完成后注意事項 擴孔完成后首先對回拖管道進行全面檢查，確認孔內干凈，沒有較大角度的臺階，經內壁檢查合格后，根據現場情況采用發送溝回拖管道。 3.5 泥漿配比 泥漿的主要材料為膨潤土，泥漿的配方是水平定向鉆穿越施工的決定性因素。泥漿的配方取決于擴孔、導向時所面臨的土壤、地質狀況。實際施工過程中所面臨的土質界限并不明顯，可能變化很大或多種土質混合出現。因此，沒有哪一種泥漿在任何土質中都是最好的，只能根據地質實際情況進行配置。根據地層情況和GB 50424—2015《油氣輸送管道穿越工程施工規范》，本工程泥漿性能參照該規范第6.3.8條關于粘性土及中砂、粗砂、卵礫石及礫巖、破碎巖層的要求確定。 本工程施工過程中泥漿配備按照以下順序進行： ①首先用純堿（Na2CO3）處理水，主要目的是為了將水中的Ca2+、Mg2+去除。每1 m3水中加入純堿的質量為0.3~0.6 kg，處理完成后水的pH值要達到8～10。 ②在水中加入膨潤土， 每1 m3水中加入30～80 kg膨潤土，形成泥漿。 ③在上述泥漿中加入羧甲基纖維素（CMC）增粘，每1 m3泥漿中加入0.25 kg羧甲基纖維素。 ④2 h后，加入正電膠（MMH，主要是由2價金屬離子和3價金屬離子組成的具有類水滑石層狀結構的氫氧化物），每1 m3泥漿中加入0.25 kg正電膠。 ⑤加入正電膠后，經檢測pH值達到9～11，則泥漿配備符合要求。管道回拖時適度加入潤滑劑（動植物油類衍生物、合成化合物如脂肪酚胺和表面活性劑調配而成），每1 m3泥漿中加入0.1 kg潤滑劑。 3.6 通球測徑和陰極保護 ①通球測徑 管道回拖完成后，進行了管道通球測徑檢驗，確保管道橢圓度合格。 ②陽極埋設 由于本工程使用犧牲陽極陰極保護，因此，在定向鉆出土點、入土點處加裝兩組鎂陽極包。 ③安裝測試樁 為了有效檢測犧牲陽極的防腐效果，在出土點、入土點處設置測試樁。 
參考文獻：
［1］趙嵐. 水平定向鉆在鋼質燃氣管道施工的應用［J］. 煤氣與熱力，2005， 25 （5） ：49-51. ［2］趙占強. 大管徑供熱管道水平定向鉆施工回拖作業技術［J］. 煤氣與熱力，2018，38（5）：A23-A26.
