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所属栏目：建筑设计论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:230
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浅谈定向钻施工过程中燃气管道的保护
张敬辉佛山市德正城市建设工程监理有限公司邮编：528000
徐亚杰佛山市德正城市建设工程监理有限公司邮编：528000
郑光华佛山市德正城市建设工程监理有限公司邮编：528000
摘要：根据我国燃气行业的特点和燃气行业信息化的现状，结合我们在定向钻施工过程中燃气管道的保护，探讨燃气管道定向钻施工在我国燃气管道工程施工中的实际意义。
关键字：定向钻燃气管道摩擦系数
定向钻穿越在管道与隧道工程中运用越来越广泛,但施工中若控制不当,对钢管防腐，PE管示踪线，PE管材本身划伤等产生不利影响,为更好地进行施工设计,减弱负面影响,本文结合在监理三水燃气，高明燃气（荷城—明城LNG站燃气管道工程）施工过程中的工程实例,建立相关地质、工程模型,分析了定向钻穿越施工对管体变形破坏的成因,由此提出了定向钻施工控制方法.
1.定向钻施工过程中出现的问题及成因
1.1钢管防腐层常常被破坏
钢管定向钻施工在回拖管的过程钢管防腐层常常被破坏。
1.1.1管道的焊口处，采用热缩套防腐位置，因太阳照射而软化是最容易被积压起皱磨损；特别是在两个位置，入洞口和管道在洞里的弧型弯点位置，是因为管道在弯曲过程中受力在接触面摩擦引起的。
1.1.2管体防腐被破坏主要在入洞口和出洞口位置，可以从管头位置看出，一般情况下破坏严重的长度为3-5米，主要是破坏管道防腐的物体受力被积压到泥土里了，在后面就减少了破坏程度，可以沿管头出口位置向里挖深3~5米。
1.2PE管示踪线经常被拉断，或管道表面划花，容易使管道在压力过大时开裂，从而产生漏气危险。
07年5月三水燃气公司在施工321国道改造时,有几条定向钻穿越工程，由于施工场地限制及地层回填石头较多、较深等原因，给定向钻施工带来很大不便，造成三聚乙烯防腐管道防腐层划破、钢管裸露等现象，按照规范要求须重新施工一条管，考虑到投资成本和工期要求，同意施工单位沿着定向钻出口向前开挖，查看没出地面管道是否损伤，结果是管道逾向前损伤面逾少，在距出口5米处管道就完好无缺，没有损坏。实践证明包括PE管在内，在定向钻施工过程中管道的划伤基本存在于拖管头位置8米之内。原因分析：设想在洞口位置及洞内有尖锐的硬物质存在，应当是在扩孔后滑落的，在管道进洞后与物体接触时，尖锐物质能够对管道造成一定的损坏，但随着管道的拖入与其的接触会有压力把物体给积压到保护泥浆里，并且随管道进管长度的变换，管道的受力也在变换，所以尖锐物就减少了对管道的损坏；考虑到上面情况，定向钻施工时一般建议施工单位尽可能的把孔扩大。
2.采取的保护措施
2.1管道防腐层的保护
2.1.1太阳照射下对管道热缩套的保护，可以采用对管道淋水在拖管过程中，可以晚上拖管，这种情况下管体温度降低，热缩套在低温下胶变硬和管体防腐形成一体。
2.1.2进洞口时管道外防腐层的保护，可以采用吊车顺着洞口角度在洞口外约20米位置把管道吊起来，减少管道因弯曲而与地的接触摩擦力。
2.1.3洞口外燃气管道的保护，主要也是以减少摩擦力为主。
2.PE管示踪线的保护，可以穿到套管里面，一般采用胶的供水管或电信用的穿线彩管。
3.燃气管道定向钻进施工中宜采取的优化措施
3.1减小f
减小摩擦系数f，即要在施工中减小管材与地面及钻壁泥浆之间的摩擦，采取的方法有：a.地面上管道放在滚轴上拖动，既可防止管壁损伤又可减小摩擦阻力。b.钻进线路尽量笔直。c.尽量采取连续回拖(只需克服动摩擦力)，减少间断回拖(需克服最大静摩擦力)。d.回拉过程中注意保持稳定的泥浆环流。e.保证在泥浆固化之前完成回拉任务。f.合理选用泥浆，确保钻孔不塌陷，以减少在回拖过程中管道上的摩擦阻力。泥浆的配制#p#副标题#e#在各个阶段应有不同的侧重点，在扩孔回拖阶段要求泥浆应具有很好的护壁、携带能力，同时还应有很好的润滑能力，以减小摩擦阻力和力矩。
3.2减小WB
在钻孔无塌陷、不存在土柱载荷的情况下，WB主要指管材自身重力及其在钻孔中受到浮力的合力。因高密度PE管的密度与水相近，如果采取封闭的拉管头进行“干法”敷管，管柱会上浮至钻孔的上方，由于浮力以及润湿性的黏土与管间的摩擦，管柱将受到侧向载荷和摩擦阻力的作用。如果采用开式拉管头进行“湿法”敷管，管柱中会充满水(钻进泥浆更好)，受到的竖直方向上的合力会急剧降低，总摩擦力可降低到低于PE管柱重量的10%[1]。因此，为减小WB，实际上采用湿法钻进更为合理。但对于输送燃气用PE管材而言，一般情况下管径较小，因此在钻孔中所受到的浮力也不会很大，并且采用湿法钻进施工完毕后还需要对管材内部进行处理，所以在确保总拉伸应力小于管材安全拉伸强度的情况下，建议尽可能采用干法拖管。
3.3减小β(即增大R)
减小β，在工程实践中主要表现为对入、出土角α1、α2的控制，α1、α2愈小，β愈小。本文建议按图1所示方案，在场地允许的情况下，合理选择工作坑的位置，尽量利用开挖距离较长的下管工作坑替代第二曲线段(PE管曲率半径≥125倍的管材外径)，使α2约等于零，在出土工作坑内的管材拉伸应力即可减至最小。影响管材拉伸应力的就只有第一曲线段了，入土角取决于钻杆曲率半径(≥75m)[2]，按曲率半径75m计算的α1约为20°，因此本文建议合适的α1取值宜为0°～20°[3]。
3.4减小p及DH
流体压力p与泥浆黏度及其流量有较大关系。在定向钻施工中，泥浆黏度具有重要意义，施工现场每2h应对泥浆黏度观测一次。此外，按美国塑料管协会PPI资料，建议回拉速度为5.08～10.16mm/s，据此还应合理选择泵的输送量，并采用匀速拉管，以保持稳定的泥浆环流，这样可避免出现孔内瞬间真空现象从而造成孔内坍塌。按上述要求控制好泥浆黏度及其流量，即可减小p的影响。
扩孔直径DH不是越大越好，只要能使钻孔容纳所要敷设的管道即可，从减小流动阻力方面来看，DH也是愈小愈好。扩孔直径还应根据地层条件和管道类型确定，对于回拉PE管材而言，扩孔直径宜为敷设管道外径的1.2～1.5倍，也可按表1选用[3]。
表1管道直径和钻孔直径的关系
管道直径D/mm 钻孔直径 备注
＜200 D+100mm 经验数据
200～600 (1.2～1.5)D
＞600 D+(300～400)mm
通过以上的保护及优化措施，工程实践表明燃气管道在定向钻施工过程中得到了很好的保护；
4.存在问题及建议
4.1存在问题
尽管定向钻施工技术在燃气施工领域已发展多年，但由于缺乏相关的规范标准，目前对燃气管定向钻进工程的设计、施工及质量的评判只能参考相关标准执行。但在实际工作中参考这些相关规范时却发现有一些矛盾之处，列举如下：
4.1.1按CJJ33-2005《城镇燃气输配工程施工及验收规范》第2.5.1条及CJJ63-2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》第6.2.6条的要求，埋设燃气管道的沿线应设计示踪线(带)和警示带。定向钻进施工中解决示踪线(带)的问题比较容易，只要将示踪线用胶带捆绑后随管回拉即可，但对于警示带的敷设却无法实施。定向钻进的管道埋地较深(多为3～5m)，但现行燃气管道埋深一般要求不超过1.8m，且规范并未明确较大埋深的燃气管道是否可以取消警示带敷设，。
4.1.2CJJ33-2005《城镇燃气输配工程施工及验收规范》第7.1.11条和CJJ63-2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》第7.1.2条，均要求燃气管材在回拉前应预先对连接好的管段进行强度和严密性试验。但在实际施工过程中，受场地影响，对回拉管道预先连接确有困难(除非采用盘管敷设)，工程实#p#副标题#e#践中只能采取分段焊接、分段回拉的方法完成施工任务，因此无法预先进行整体性的强度和严密性试验。
4.1.3CJJ63-2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》第6.2.7条提供了计算PE管材允许回拉力的公式，表示回拉力只与管径及壁厚有关，实际上该公式忽略了PE材料的差异性以及PE管材的蠕变特性等因素的影响，因此采用该公式计算具有一定的片面性，需进一步修正。
4.2建议
燃气用PE管定向钻进施工中还存在凝水缸如何设置、分段焊接回拉施工过程中如何加设套管、局部地段的管基如何处理、以及对地下水的腐蚀性评价(尤其对温泉地带)等诸多问题，需要业内人士共同研究并探讨。
建议应尽快出台有关燃气管道定向钻进施工的专业性规范，以改变目前设计、施工及验收无据可依的局面，进而推进该项技术在燃气工程中的发展及应用。
参考文献：
[1]斯维特利克HE(著)，张伟(译).定向钻进铺管施工用高密度聚乙烯管的设计准则[J].岩土钻凿工程，1998，(2)：66-73.
[2]于文才.聚乙烯(PE)管应用于定向钻的探讨[J].上海煤气，2006，(5)：16-17.
[3]DBJ13-102-2008，水平定向钻进管线铺设工程技术规程[S].
