作者：黃梅丹，于彬第一作者單位：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)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(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，采用水平定向鉆方式穿越浙贛鐵路北側(cè)兩條河流，基本情況如下： ①穿越曲線參數(shù)。入土角9°，出土角8°；穿越管段曲率半徑770 m，兩端預(yù)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(zhì)情況：根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，穿越段地層結(jié)構(gòu)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(qiáng)風(fēng)化巖層（Q4dl+el）。穿越地段地層中粘土混礫卵石層最厚，地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此施工難度較大。 2 施工準(zhǔn)備階段控制要點(diǎn) 2.1 地質(zhì)勘探和地下管道探測(cè) 在工程施工前應(yīng)委托地質(zhì)勘探公司對(duì)沿線進(jìn)行地質(zhì)勘探，并對(duì)地質(zhì)情況變化過大的地方加密勘探。地質(zhì)勘探報(bào)告是制定施工方案的重要依據(jù)。 利用管線探測(cè)儀探測(cè)金屬管道，用探地雷達(dá)探測(cè)非金屬管道，對(duì)水平定向鉆穿越管道路由左右兩側(cè)各50 m處的地下管線情況進(jìn)行摸排，避免水平定向鉆施工對(duì)第三方管道造成破壞。 2.2 施工機(jī)具和設(shè)備 按照實(shí)際的地質(zhì)勘探、地下管線探測(cè)情況編制施工方案，確定水平定向鉆施工機(jī)具和設(shè)備［1］。
根據(jù)本工程穿越段的地質(zhì)、管徑、長度情況，同時(shí)考慮到鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)道路土質(zhì)較差，不利于輪式設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，因此采用履帶式鉆機(jī)。為了保證鉆進(jìn)可靠性，鉆桿采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并具有較小的曲率半徑。水平定向鉆施工主要機(jī)具和設(shè)備見表1。 表1 水平定向鉆施工主要機(jī)具和設(shè)備 
3 施工控制要點(diǎn) 3.1 根據(jù)地質(zhì)情況采用適當(dāng)?shù)氖┕ご胧?/span> ①調(diào)整好入土、出土角度，根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)和管道長度選取合適的鉆具。 ②遇到硬質(zhì)巖石時(shí)，選取巖石擴(kuò)孔器，它是由3～5個(gè)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(diǎn)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(jī)挖一個(gè)長寬都為5 m，深2 m的基坑，埋入符合擴(kuò)孔直徑要求的鋼套管短節(jié)。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(nèi)的土和卵石，嚴(yán)格按控向系統(tǒng)調(diào)校程序進(jìn)行調(diào)校。在本工程施工中，采用套管隔離完成入土點(diǎn)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(xù)定向鉆施工的順利進(jìn)行。 ④所有設(shè)備安裝調(diào)試及泥漿配制完成后啟動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行試鉆。試鉆時(shí)檢查鉆頭水眼是否堵塞，若無堵塞則繼續(xù)鉆進(jìn)。 ⑤采用無線導(dǎo)向，根據(jù)設(shè)計(jì)曲線鉆導(dǎo)向孔，并根據(jù)管徑確定每根鉆桿的折角，實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)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(shè)置數(shù)據(jù)控制點(diǎn)，每鉆進(jìn)1 m記錄鉆頭位置參數(shù)，以此控制導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)軌跡。 3.2 防腐層質(zhì)量控制 ①防腐層 管道采用環(huán)氧粉末涂層+3PE（擠壓聚乙烯）加強(qiáng)級(jí)防腐層，防腐層厚度為3.2 mm。 ②定向鉆穿越防腐層外防護(hù) 本工程采用環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層對(duì)防腐層進(jìn)行保護(hù)。聚乙烯防腐層抗劃傷能力差，采用環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)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(bǔ)口 采用環(huán)氧混凝土涂料作為穿越管段補(bǔ)口的外防護(hù)層，外防護(hù)層結(jié)構(gòu)為雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末+環(huán)氧混凝土涂料。雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層厚度通常只有1 mm 左右，在硬質(zhì)地質(zhì)條件下，仍存在防腐層破損風(fēng)險(xiǎn)。因此，在雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末外層增加了一層環(huán)氧混凝土涂料。環(huán)氧混凝土涂料與雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末間具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度，提高了外防護(hù)層整體的完整性，同時(shí)也降低陰極保護(hù)電流需求。 3.3 焊縫質(zhì)量控制 穿越段鋼管焊縫采用100%超聲波檢測(cè)、100%射線檢測(cè)。所有帶裂紋的焊縫應(yīng)從管道上切除。焊縫出現(xiàn)的非裂紋性缺陷，可直接返修，焊縫返修應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程。焊縫在同一部位返修不應(yīng)超過2次，根部應(yīng)只返修1次，返修后，應(yīng)按原規(guī)程檢測(cè)。 3.4 管道回拖控制 3.4.1 確保回拖時(shí)管道防腐層不被損壞的措施 ①采取發(fā)送溝蓄水漂管、發(fā)送架及吊機(jī)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(yīng)進(jìn)行潤滑。 ②泥漿配比隨不同地層情況變化，在回拖時(shí)對(duì)泥漿配比進(jìn)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(qiáng)的攜帶鉆屑能力、較低的摩擦系數(shù)、良好的潤滑性能，才能保證回拖順利進(jìn)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(jié)，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(duì)鉆機(jī)、鉆頭、鉆桿及泥漿配套系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行全面檢查及維護(hù)保養(yǎng)，確保鉆機(jī)及其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)良，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。泥漿泵循環(huán)系統(tǒng)通暢，壓力能夠滿足回拖管道的要求。對(duì)鉆桿、切割刀、擴(kuò)孔器等鉆具進(jìn)行探傷檢查（X光檢測(cè)等），確保鉆具無龜裂情況，強(qiáng)度滿足回拖的相關(guān)要求。 ②開挖發(fā)送溝 管道回拖前，從出土點(diǎn)開始，向入土點(diǎn)方向開挖長5~6 m、寬1.5 m、底比管道敷設(shè)位置深1.5 m左右，與穿越軸線相一致的發(fā)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(jìn)入發(fā)送溝，減小管道的回拖阻力。為回拖過程中管道的穩(wěn)定，向發(fā)送溝內(nèi)注入水，注水前要檢查有無石子等雜物，水面高度最少要達(dá)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(kuò)孔器直徑為穿越管道外直徑1.3倍（660 mm），進(jìn)行擴(kuò)孔。擴(kuò)孔之后，將擴(kuò)孔器與管道連接，然后進(jìn)行回拖。 ④在回拖時(shí)鉆具連接要迅速，盡量縮短鉆具在孔內(nèi)的停滯時(shí)間，使泥漿能在孔壁形成一定力學(xué)強(qiáng)度的泥皮，維護(hù)孔壁穩(wěn)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(yōu)安裝順序?yàn)椋恒@機(jī)—鉆桿—擴(kuò)孔器—旋轉(zhuǎn)接頭—U型環(huán)—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(guān)鍵。 3.4.4 防腐層質(zhì)量檢查 為了保證已焊管道在回拖過程中狀態(tài)良好，應(yīng)進(jìn)行防腐層外觀及漏電檢查。檢查已焊管道防腐層是否出現(xiàn)明顯的外觀破損，并使用柔軟物品進(jìn)行遮蓋，防止防腐層暴曬老化?；赝锨皯?yīng)使用電火花檢測(cè)儀對(duì)管道進(jìn)行檢漏，無漏點(diǎn)為合格，對(duì)防腐層損傷部位進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)傷。 3.4.5 回拖過程監(jiān)控 在回拖過程中監(jiān)控回拖力、扭矩、回拖轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)以及回拖軌跡，以確?；赝夏芤淮涡哉w完成。特殊情況下，停止回拖的時(shí)間不宜超過4 h。 3.4.6 擴(kuò)孔清孔完成后注意事項(xiàng) 擴(kuò)孔完成后首先對(duì)回拖管道進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)孔內(nèi)干凈，沒有較大角度的臺(tái)階，經(jīng)內(nèi)壁檢查合格后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用發(fā)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(kuò)孔、導(dǎo)向時(shí)所面臨的土壤、地質(zhì)狀況。實(shí)際施工過程中所面臨的土質(zhì)界限并不明顯，可能變化很大或多種土質(zhì)混合出現(xiàn)。因此，沒有哪一種泥漿在任何土質(zhì)中都是最好的，只能根據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況進(jìn)行配置。根據(jù)地層情況和GB 50424—2015《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》，本工程泥漿性能參照該規(guī)范第6.3.8條關(guān)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(jìn)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(zhì)量為0.3~0.6 kg，處理完成后水的pH值要達(dá)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(jià)金屬離子和3價(jià)金屬離子組成的具有類水滑石層狀結(jié)構(gòu)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(jīng)檢測(cè)pH值達(dá)到9～11，則泥漿配備符合要求。管道回拖時(shí)適度加入潤滑劑（動(dòng)植物油類衍生物、合成化合物如脂肪酚胺和表面活性劑調(diào)配而成），每1 m3泥漿中加入0.1 kg潤滑劑。 3.6 通球測(cè)徑和陰極保護(hù) ①通球測(cè)徑 管道回拖完成后，進(jìn)行了管道通球測(cè)徑檢驗(yàn)，確保管道橢圓度合格。 ②陽極埋設(shè) 由于本工程使用犧牲陽極陰極保護(hù)，因此，在定向鉆出土點(diǎn)、入土點(diǎn)處加裝兩組鎂陽極包。 ③安裝測(cè)試樁 為了有效檢測(cè)犧牲陽極的防腐效果，在出土點(diǎn)、入土點(diǎn)處設(shè)置測(cè)試樁。 
參考文獻(xiàn)：
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