1、水平定向钻进技术在河南辉县市城区天然气工程中的应用1 概述在河南省的经济发展战略规划中，提出以郑州、洛阳、开封、新乡四个城市为基础，建成全省多功能核心城市群体，并作为连结欧 亚大陆桥的重要环节。作 为核心城市之一的新乡市，在河南省的国民经济发展全剧终将发挥更加重要的作用。随着新乡市区不断扩大和县城的迅速发展，城区燃气管网的发展，市区燃气用户不断增多，天然气用气量增加迅猛，目前新乡市天然气门站供气量已经不能满足城市发展的需求。根据新乡市城市燃气管网规划和目前新乡市用气形势，河南省中原天然气开发有限公司辉县市分公司将从新乡市北环气站引出燃气管道，途经共产主义渠、小里和大 块等，同 时在辉县市南环
2、路建设一座汽车天然气加气站，以缓 解市区现有的两座汽车加气站的压力。 为了 给辉县市加气站以及企业和用户供气，河南省中原天然气开发有限公司辉县市分公司需要从位于市区西北部小里村的新乡市门站铺设一条次高压天然气管道（下文简称：辉县燃气管道）沿共产主义渠、小里和大块等到达会显示区。 该次高压 管道工程是辉县市天然气供应的基础工程，关系到辉县 市区，特 别辉县工业生产 和居民生活用气质量。 该工程的建设是十分必要的。2 建设项目概况辉县燃气管道是从新乡市北环门站向辉县天然气调压站供气的重压天然气输送工程，该中压管网，管材选用L245直缝钢管，管径为D273.1mm ，设计压力4MPa 。辉县燃气管道
3、工程计划从新乡市北环门站出来向北铺设，途经共产主义渠、小里和大块等，沿途需要穿越共产主义大堤、共 产主义渠、济东高速以及乡镇的道路和河流。与共产主义大堤交汇处位于小里村的西北，右堤桩号为58+000，与堤脚距离不小于30m。穿越共产 主义渠右堤采用非开挖 导向钻进技术施工，其他部分采用开挖铺设。穿越共产主义右堤的管道埋设深度在堤外地面2.5m 以下，田地的管道埋深大于1.5m。地质 情况大体如下：第层：耕植土（ Q4ml），灰黄色，湿，以粉质粘土为主，含植物根系，层厚0.40.5m。第 层： 粉质粘土（ Q 4a l） ， 灰黄、褐黄色，可塑，稍有光滑， 摇震反应无，干强度中等，韧性中等。 层
4、底埋深0.72.1m，层底标高72.672.8m，层厚0.61.7m。第层：粉质 粘土（Q3a l），灰、浅灰色，可塑硬塑，稍有光滑，摇震反应无，干强度中等，韧性中等。层底埋深1.12.5m，层底标高70.571.8m，层厚0.30.4m。第层：粉质 粘土（Q3a l），灰黄夹有棕黄色，可塑，稍有光滑，摇震反应无，干强度中等，韧性中等。层底埋深3.33.8m，层底标高69.069.7m，层厚1.22.2m。第层：粉质 粘土（Q3a l），灰黄夹有棕黄色，硬塑，稍有光滑，摇震反应中无，干强度中等，韧性中等，含少量钙核0.51.5m。层底埋深5.38.1m，层底标高65.1068.2m，层厚1.5
5、 4.6m。第层：粉土（ Q3a l），灰黄、浅黄色，很湿，中密密实，无光泽反应，摇震反应中等迅速，干强度低，韧性低。层底埋深11.3m， 层 底标高61.9m，层厚3.2m。第 层： 细 砂（ Q a l） ， 灰黄， 饱和， 中密密实，主要由长石，石英及少量暗色矿物组成，分选性好，磨圆度差。揭露深度 3.7 m。第层：细砂（ Q3al），灰黄，饱和，密 实，主要由 长石，石英及少量暗色矿物组成，分选性好，磨圆度差。揭露最大深度7.0m。3 穿越施工非开挖技术是指在不开挖地表的条件下探测、检查、修复、更 换和铺设各种地下设施(主要包括各种管线)，它的主要施工技术有：水平定向钻进技术、顶管和微
6、型隧道、以及爆管法和裂管法等管线修复技术。非开挖施工技术大多应用于各种管线穿越河流、铁路、公路、建筑物、构筑物等场合。因为其施工地点的缘故，所穿越地层大多为粘土、粉土、沙土、以及淤泥和砂层等软弱地层，因此对泥浆有着许多特殊的要求，而且非开挖施工经常在城市和河流附近进行，又有一些特别要求，如：不影响交通、绿地，不污染水域和土壤，噪音小、工迅速等。3.2 测量放线对桩进行复核、矫正。现场成立测量放线工作组，由测量工程师主持具体施工工作，测量放线配备：施工技术员1人、 测量工2人、 辅助工8人、地方协调员1人。测量人员依据线路平面、断面图、 设计控制桩、水准 标桩进行测量放线。根据设计桩号,用全站仪
7、或经纬仪测量。对地势比较开阔、可目测两桩点的地带， 进行两桩点插红旗，用全站仪或经纬仪进行测量，打 设百米 桩及穿越、 变径、阴极保护等标志桩，测定出线路轴线 和施工作业带边界线并定桩。对两桩点间房屋、 树木等障碍物较多处，用全站仪测量，打 设标志桩，测定出 线路轴线与作业带边界线后进行定桩。管道穿越河流、鱼塘处，测量人员乘坐渡船 /橡皮筏过河后，打设穿越标志桩、作业带边界桩。管道采取弹性敷设、冷弯敷设处，测量人员依据管线平面、断面图，采用坐标法确定敷设曲线，每10m打设一加密桩，桩上标明该点的地面高程、管底高程与挖深。测量人员按打设的线路控制桩与曲线加密桩， 测定出线路轴线与施工占地边界线并
8、进行定桩。3.3 穿越施工在穿越共产主义渠的过程中，由于是砂层，在 导向孔施工过程中不可避免的会出现水平和竖直方向的纠偏。水平方向的纠偏：对于这个偏移量不能急于纠偏，应该退杆重钻，在施工中退杆重钻的时候仍然不能保持沿设计轨迹钻进，就采取缓慢的“钻进趋势 ”纠偏的方法，形成了大弧度的轨迹。竖向纠偏：对于竖向的纠偏主要是依靠钻进趋势，控制深度的同时注意钻头倾角的变化。通过纠偏成功完成先导孔的施工，然后开始进行逐级扩孔，因 为穿越共产主义大堤和共产主义渠都是采用钢管铺设，多次扩孔的目的在于：（1）在设备能力许可的基础上，通过多级扩孔，达到所需要的口径要求。（2）可达到把当时通过纠偏所形成的弯孔修直的
9、目的，以减少铺管阻力。穿越共产主义大堤、共产主义渠、 济东高速以及城区道路都是上述方法，但是 对于新乡市共产主义大堤和共产主义渠以及辉县市城区的砂层、流砂层以及回填土地层，我们虽然采用注浆技术处理，但仍然有效部分地段存在跨孔现象，我 们采用高膨胀土含量、高粘度、高切力、适当的密度，即“三高一适当” 的泥浆技术措施。具体配置方法为：在加足加好膨胀土的同时，按50：1和40：1的比例加Na2CO3和NaOH ，按泥浆量0.3%的比例加一些增粘剂（如：CMC、PHP、PAC141）等高分子物质，提高液相粘度。使其漏斗粘度达到50秒以上，达到造壁好、携带好、悬浮好、低使水量的技术要求。此针对该类地层胶
10、结性不好的特点。泥浆中要适当的增加一些护壁剂、润滑剂和堵漏剂（如：正点胶、大阳离子、小阳离子、多功能屏蔽剂、单向压力封壁剂等），有效地防止 这些地层因疏松和成岩性差、胶 结不好引起的孔漏、孔塌、沉砂，提高护壁和携带能力，同时在管线回拖前增加一些润滑剂，使得管线回拖工作安全。由于新乡市共产主义大堤和共产主义渠还影响到新乡市的防洪问题，因此穿越大堤是一项严峻而又艰巨的工程，在施工过程中泥浆是重要的一项指标，因为不仅涉及工程的顺利，同时还涉及到以后是否会出现管涌的现象，如果出现管涌还要灌注。 经过不断的反复试验和总结，最后 圆满完成共产注意大堤和共产主义渠的穿越。3.4 管道检验3.4.1 吹扫（1
11、）将管道系统与空压机连接进行吹扫。（2）管线吹出脏物不许进入设备。设备吹出脏物不许进入管线。（3）不能吹扫的阀门、流量计等卸下用短节相连。（4）吹扫时在出口处检查，吹出的气流中没有铁锈、污物为合格，吹 扫合格后再继续吹扫9min左右停吹。3.4. 2 管道试压准备工作（1）试压前，应检查管道、试压设备、阀门、 压力表、温度计及与试压作业有关的设备仪器是否完好，压力表、温度计是否经过检定合格。（2）使用压力表、温度计、阀门应符合下列规定：压力表的量程为试验值1.52倍，精度等级不低于1级，表盘直径不应小于150mm，最小刻度应能显示0.02MPa。（3）试压表不应少于2块，分别安装在试压管段的两
12、端，温度计分度值不大于1 。（4）管道试压必须在管道组装、焊接、 补口、补伤等工序完成后才能 进行。（5）试压管段的封堵必须采用椭圆形封头，封头与管子之间的所有焊缝必须进行100%的超声波探伤和100%的X射线探伤。3.4. 3 强度试压（1）试压时的升压速度不宜过快，压力应缓慢上升，每小时升压不得超过1 MPa。当压力升至0.3倍和0.6倍强度试验压力时，应分别停止升压，稳压15min，并反复检查升压系统和管道有无异常情况，发现问题及时处理，当一切正常后继续升压至强度试验压力。（2）强度试压技术要求：在升压过程中，不得撞击和敲打管道，每30min记录一次压力和温度情况，发现异常情况，立即停止
13、升压。当两端任何一端达到强度试验压力时，要及时停止升压，并闭阀门，稳压4h再一次 检查阀门和管线是否有异常现象。在确认一切正常后，观察15min，压力无明显变化后作好记录。（3）在试压过程中，沿管道两侧10m范围内应划为禁区，沿线应设有专门工作人员在禁区外巡逻。（4）在交通路口要设专人进行值班，不允许任何人在试压期间在路上停留。（5）强度试压结束前，应及时会同建设单位和监理单位到现场实地观察，取得共同认可后，在试压记录上签字，然后才能 进行下一步严密性试验。3.4.4 严密性试验（1）当强度试压合格后，缓慢降至严密性试压压力，进行严密性试验；稳压24h，以不泄漏、压降不大于0.1MPa为合格。（2）稳压时间以管段两端压力平衡后开始计算。（3）管线上各点的严密性试验压力不得低于该点的工作压力。（4）严密性试验合格后，用压缩空气推动清管器进行排水吹扫，以不再排出游离水为合格。（5）降压后，拆除临时设施和管线。
