定向钻与顶管施工费用的对比分析

摘要：文章通过实际的案例，对比在施工工艺允许的条件下，定向钻穿越和顶管穿越的施工费用，并得出由此选择穿越工艺的一种思路。

0 前言

由于自然条件的限制，在敷设燃气管道的建设中，不可避免的要穿越铁路、公路、河流、城市街道等特殊地段，这使得非开挖穿越技术的正得到越来越广泛的应用。崇明岛为冲积平原，水网发达，土壤含水量较高，有流沙层，在崇明岛排管过程中非开挖工艺的使用更加广泛。

管道非开挖施工方法一般有3 种：

(1)顶管法；

(2)定向钻法；

(3)盾构法。

其中盾构法施工造价十分昂贵，一般只有在管道需要穿越大型河流或者河流入海口、甚至就是海域范围时，才会考虑采用盾构施工的方式。故在崇明岛上所采用的非开挖工艺主要是定向钻工艺和顶管工艺。为进行定向钻工艺和顶管工艺的比较，在此以崇明岛上鼓浪屿路、港东公路敷设的0.4 MPa 天然气管道为例，该段排管至一条规划河流时，因该河流为崇明岛上的通航河流，不允许开挖，燃气管线穿过该条河流时不得不考虑采用非开挖工艺。工程边界条件为：规划河道现状宽度为15 m，规划蓝线控制宽度40 m；道路与河流交叉处有雨水管、污水管等管线。在分析上述现场条件后，结合崇明岛实际情况可得出以下结论：

(1)通常认为0.4 MPa 主干管网可采用钢管也可采用聚乙烯管。但由于崇明岛为冲积平原，水网发达，土壤含水量较高，且为海水，含有盐分，容易造成钢管的腐蚀，故在此考虑采用聚乙烯管；

(2)从河道的规划条件分析，穿越长度大约需100 m 左右；

(3)根据崇明燃气规划，穿越管口径为D315 中压聚乙烯管；

(4)因崇明岛目前刚刚开始开发，大部分土地还在为农田，故规划河道两侧有较为开阔的施工场地。

在实际施工中，定向钻最深可以达到20 m，顶管最深可达10 m。上海崇明地区的土质情况：标高2.0 m 以上一般是现状填土；-1.0~2.0 m 为粉质粘土；-8.0~-1.0 淤泥质粉质粘土；-17.0~-15.0 m 砂质粉土。

根据上述条件，从工艺技术的角度看无论是采用顶管或者定向钻工艺，都可以进行穿越，故设计人员从施工费用角度比较，决定采用何种穿越方式更经济合理。

水平定向钻的施工工艺

(1)管材的选择目前,应用于燃气输配的管道有钢管、PE管和铸铁管。铸铁管由于采用承插式和机械接口,加上本身柔性差,不适合用水平定向钻铺设。钢管、PE管既可拉又可弯,适合用于水平定向钻,其中盘卷PE管最为理想。

(2)现场勘察在钻进轨迹设计和施工前,应对工作区及管线经过区域进行地面和地下的勘察。地面勘察包括对地形地貌的测量,确定施工区域是否有足够的场地保证设备的安放和正常施工。地下勘察包括地质条件的勘探和地下管线及设施的探测。地质条件从根本上决定施工难易程度。岩层、碎石层、砂层、粉土层不适合用水平定向钻施工。粘性土既容易钻进,孔道成型又好,适合用水平定向钻钻进。当然这些都不是的,例如目前已实现了在岩土层钻进。土质分析判断可以通过沿设计轨迹钻勘探孔取样,具体方法可以参照有关规范。在穿越城市道路时,地下管线的情况往往是错综复杂的,既有污水管、给水管、煤气管,还有高压电缆、通信电缆。在实际情况中,往往档案资料不全,原参照标志不清。在这种情况下,地下管线的探测任务尤为重要。对于金属管道和电缆,通常用电磁感应法探测,如地下管线探测仪,它是通过接收地下管线的电磁信号判断管线位置。对于非金属管线只能采用电磁波法,如IDS探达,它是通过分析管线反射回来的电磁波判断管位。

(3)钻机选择钻机型号应根据回拖管道所需拉力选择。回拖力估算公式为:Fh=(Ff-W)LfFf=π4D2ρngW= πDδρgg式中:Fh回拖力,N;Ff单位长度管道悬浮在泥浆中产生的浮力,N/m;W单位长度管道的重量,N/m;L管道长度,m;f管线与孔壁之间的摩擦系数,可取1.0;D管道外径,m;ρn泥浆密度,kg/m3;δ管道壁厚,m;ρg钢管材的密度,kg/m3。

(4)钻进轨迹设计地下情况探明,出土、入土点确定后,根据管道埋深,就可以设计规划钻进轨迹。钻进轨迹通常由入土点斜直线段、曲线段、水平直线段、过渡段、直线段、出土点组成。曲线段的曲率半径应大于钻杆和管道的弯曲半径,例如材料S135,长度5 m的钻杆弯曲半径为70 m左右。钢管的弯曲半径根据经验一般取大于管道外径的1 200倍。PE管有较强的柔性,能适应钻杆钻出的任何孔道。钻具的入土角较大,而曲率半径一定时,将使钻孔深度加深。入土角较小,有利于钻杆受力和管道回拖。

(5)钻进操作导向孔钻进:司钻根据导向仪传递的有关钻头参数,调整实际钻进轨迹与设计轨迹的偏差,确保正确钻进。扩孔:导向孔完成后,在出土点换上旋转接头和扩孔器进行回扩。经回扩的最终孔道直径应是管道直径的1.5～2.0倍。若一次回扩不能满足要求,可进行多次回扩,扩孔器后面应接入钻杆,以保证下一次回扩的顺利进行。拖管:拖管可与最后一次扩孔同时进行。对于PE管,作用在管道上拉力不能太大,以免拉伤PE管。对于目前普遍使用的高密度PE管,其允许拉力如表1所示。

(6)管道外防腐采用水平定向钻铺设的钢管一般深度较深,铺设后外防腐很难检测。即使发生泄漏,也不可能进行开挖抢修,因此对钢管的防腐涂层提出了很高要求。除了要有良好的电绝缘性,能耐腐蚀、抗菌外,还要有足够的机械强度;有较好的耐磨性,以防止与土壤摩擦而损伤;有良好的抗弯曲性,以确保防腐层在一定曲率半径下不致损坏。另外,若钢管采用阴极保护,就要求防腐蚀层应具有一定耐阴极剥离强度的能力。环氧粉末由于具有优良附着力、柔韧性、耐化学腐蚀性强、电绝缘性好等的优点,在穿越钢管上有广泛应用。为了提高单层环氧粉末的耐机械撞击力,防水性,现在已经有了双层环氧粉末的涂层结构和环氧粉末外加挤压聚乙烯(PE夹克)的防腐技术,保证了重要燃气输气管道的万无一失。

(7)压力试验管道回拖前应进行强度试验和严密性试验,管道回拖结束应当再进行严密性试验。随着能源结构的调整,天然气作为一种洁净能源将逐步代替人工煤气。在天然气管网建设中,水平定向钻作为一项高精度、高效率、环保好、安全的施工技术,将得到越来越广泛的应用。

MicrosoftInternetExplorer402DocumentNotSpecified7.8 磅Normal0水平定向钻机工作原理介绍

一、非开挖技术简介非开技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维修、更换或者 探测的一门施工技术。非开挖施工应用了定向钻进技术的原理，极大地降低了地下管线施工对交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响，成为现代城市技 术设施施工、建设、管理的一个重要组成部分。非开挖施工开始于1896年的美国，兴起于上世纪80年代发达国家并形成产业，我国于1953年在北京应 用非开挖技术施工，上世纪90年代开始起步，近年来发展迅速。目前在石油天然气、城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热等管道铺设与维护领域得到了广泛 应用。

二、非开挖水平顶钻机的工作原理和施工程序主要分为下面三个步骤：

1、钻头、钻杆钻进固定设备后，按照设定的角度，在 动力头的作用下，钻头带动钻杆旋转前进，并在导向仪的控制下，按照施工要求的深度和长度进行钻进，穿过地面障碍物后，穿出地面。在钻进的过程中，为防止钻 杆被土层夹紧、抱死，需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥或泥浆，同时也起到固化通道，防止管道塌陷的作用。

2、回扩头回扩在钻头带着钻杆穿出地面后，卸掉钻头，将回扩头于钻杆安装固定，动力头回拖，钻杆带着回扩头反向回拖，扩大管道直径尺寸。

3、管道回拖在回扩头回拖的同时，将管道固定在回扩头后，动力头拖动钻杆，带着回扩头和管道同时进行反向回拖运动，直至将管道拖出地面，完成管道铺设施工。