学术论文：水平定向钻-大管径钢管的实现技术

学术论文 水平定向钻大口径钢管技术学术论文 水平定向钻大口径钢管技术 作者 刘春海 时间 2015 年 6 月 26 日 单位 十四冶建设集团云南矿业工程有限公司非开挖管道分公 司 摘要 曲率半径 R 轨迹设计 轨迹改进 拖管与顶管优劣 泥浆的应用 达西渗流定理 顶拉铺管方式 关键词 弹性敷设半径 R 敷管段 L2 扩孔直径 De 达西渗流定 理 顶拉结合法 1 前言前言 非开挖水平定向钻 以下简称拖管 最早出现在 20 世纪 70 年代 80 年代末开始传入我国 21 世纪初在我国迅速地发展起来 广泛地 应用在电力 电信 供水 燃气 污水等等施工当中 用于管道的 马路 铁路 河道 山坡等穿越当中 非开挖之所以能如此快速地 发展成为一个新生的行业 它有它自身的优势 安全 快速 质量 等 近几年大口径钢管拖管工程 管径大于等于 DN800 迅速发展 本文针对大口径钢管拖管工程 从理论分析实现拖管的原理及经济 措施 以下我们针对一个典型的案例 昭通支线天然气管道工程项 目施工总承包第一标段 曲靖分输站 宣威分输站 DN1100 钢套管 穿越 G326 国道及 昆贵铁路非开挖岩石钻专项工程为例 展开我们的研究 2 理论根据理论根据 我们国家对大口径输气钢管弹性敷设有明确规定 输气管道工程设计规范 GB50251 2003 其他类型大口径钢管也可按以上规范进行弹性敷设 3 大口径钢管拖管穿越轨迹设计大口径钢管拖管穿越轨迹设计 如图下图 拖管穿越轨迹线包括三部分 弯曲段 1 L1 直线段 L2 弯曲段 2 L3 假设弯曲段 1 及弯曲段 2 近视为一圆弧 其弯曲半径为 R 则 R 必须满足上述要求 R 1000D D 为敷设钢管外径 L1 H 2R1 H H 设计穿越深度 R1 穿越钢管弹性敷设弯曲半径 L2 H 2R2 H H 设计穿越深度 R2 穿越钢管弹性敷设弯曲半径 入钻角 1 2arctg H 2R1 H 出钻角 2 2arctg H 2R2 H 设 i 点为弯曲段 1 上任意点 Li 为 i 点水平投影点 与 B 点 间的距离 Hi 为 i 点深度 i 为 i 点轨迹角 则 Hi H R1 R1 2 Li 2 i arctg H Hi 2R1 H Hi 如上例 DN1100 钢套管需穿越 G326 国道 穿越深度初步设计 为 5 5 米 则 R 1000D 1100 米 H 5 5 米 L2 60 米 L1 L3 H 2R1 H 110 米 1 2 2arctg H 2R2 H 5 7 穿越总长度 L L1 L2 L3 280 米 4 改进穿越技术节约穿越成本改进穿越技术节约穿越成本 对大口径钢管 由上述可知 因钢管弹性敷设弯曲半径 R 太大 L1 及 L3 大大增长 造成施工成本成倍增长 因此一般截取穿越 轨迹线路直线段 L2 作为敷管段 L1 与 L3 做为辅助段即可大大节 约施工成本 如下图 真实敷管段为 L2 距离大大缩短 L1 段不涉及管道回拖 所以 R1 可取钻杆曲率半径 L3 段仅用于管道回拖通道 实际不敷设钢 管 5 拖管施工与顶管工艺的优劣拖管施工与顶管工艺的优劣 相同处 在大口径钢管施工中 两者的相同点都是以水平段作为 敷管段 不同处 拖管施工中实际施工长度变长 拖管施工需要辅助段 L1 及 L3 拖管施工不需要设顶进工作井 拖管辅助井可以在拖 管完工后开挖施工 大大节约施工工期 拖管施工使用机械操作 顶管施工使用人工操作 拖管施工使用管材必须为钢管或 管且必须一 次性焊接完成 顶管施工使用管材为钢管或钢筋混凝 土管且必须分段顶进 拖管施工使用地表式导向仪器控制轨迹的水平及标高 顶管施工使用全转仪器控制顶进轨迹的水平及标高 6 大口径拖管工程中泥浆的应用大口径拖管工程中泥浆的应用 在拖管施工中 由于扩孔直径 De 1 5 2 0Do Do 为敷设钢管外径 必须考虑孔道塌孔及失水造壁问题 6 1 压力平衡控制孔壁稳定 孔内静液柱压力的大小决定了钻孔与地层间的物理平衡 孔内静 液柱压力按如下公式计算 Ps 0 1 H Ps 静液柱压力 单位体积成孔液重量 H 液柱垂直高度 6 2 失水造壁防止孔道塌孔 成孔液中的自由水通过孔壁孔隙或裂缝向地层中渗透 称为成孔 液失水 失水的同时 成孔液中的固相颗粒附着在孔壁上形成泥 皮 称为造壁 孔壁上形成泥皮 渗透性逐渐减小 减慢成孔液的继续流失 失水对成孔的影响 当地层为泥页岩 黄土 黏土时 失水过大会引起孔壁吸水膨 胀 缩径 散落 塌陷 对于破碎带的地层 自由水减少破碎物的结构力 容易造成孔 壁塌陷 在溶解性地层中的失水越多 井壁地层被溶解的程度就越高 成孔液失水量遵循达西渗流定理 Qt KA P h Qt 渗透速率 K 泥皮渗透率 A 渗滤面积 P 渗滤压力 h 泥皮厚度 滤液粘度 7 大口径拖管工程的铺管方式大口径拖管工程的铺管方式 大口径钢管铺管方式可采用顶拉结合法 顶拉结合法是指管道前端有设备牵引 而后端有顶管设备顶入的 施工方法 参考文献 1 颜纯文 蒋国盛 叶建良 非开挖铺设地下管线工程技术 地下工程技术专著 上海科学技术出版社 2005 年 1 月 1 日出版 226 页 2 乌效鸣 胡郁乐 李粮纲等 导向钻进与非开挖铺管技术 中