补给水管采用水平定向钻设计与施工方法研究.pdf

2 0 1 6年 2月 第 4 4卷 第 1期( 总第 2 4 2期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Fe b 2 01 6 Vo 1 4 4 No 1 ( S e r No 2 4 2 ) 补给水管采用水平定 向钻设计与施工方法研究 Re s e a r c h o n De s i g n a nd Co n s t r u c t i o n M e t ho d o f Ho r i z o n t a l Di r e c t i o n a l Dr i l l Us e d i n Fe e d wa t e r Pi p e 高 岚 ， 宋 良华 ( 中国电力工程顾问集团东北电力设计院有 限公 司， 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘要 ： 为了深入研究 电厂补给水管采用水 平定 向钻 技术 ， 以某工程 2 X 2 2 0 Mw 燃 气一 蒸 汽联 合循环机 组建设补 给水 管道为例子 ， 阐述 了水 平定向钻技术的适用条件 、 设 计过程和方法 、 施工工艺及要求 。经过实践检验 ， 该方法能 达到障碍物下的最大埋深 、 施工方便、 造价低 ， 工程通过验收并达到预期 目标 ， 积累了有关设计 、 施工经验 。 关键词 ： 补给水管 ； 水平定 向钻 ； 拖拉管 ； 导 向孑 L Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t h e f e e d wa t e r p i p e s i n p o we r p l a n t u s i n g h o r i z o n t a l d i r e c t i o n a l d r i l l i n g t e c h n o l o g y， t o o k 22 2 0 MW g a s s t e a m c o mb i n e d c y c l e u n i t s bu i l d i n g f e e d wa t e r p i p e s o f a p r o j e c t a s e x a mp l e De s c r i b e t h e a p p l i c a b l e c o n d i t i o n s o f h o r i z o n t a l d i r e c t i o n a l d r i l l i n g t e c h n o l o g y，p r o c e s s e s a n d me t h o d s ，c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s a n d r e q u i r e me n t s Ex p e r i e n c e h a s p r o v e d，t h e me t h o d c a n r e a c h u n d e r o b s t r u c t i o n s t h e ma x i mu m b u r i a l d e p t h， c o n s t r u c t i o n c o n v e n i e n t ，l o w c o s t ，wo r k s b y a c c e p t a n c e a n d a c h i e v e t h e d e s i r e d o b j e c t i v e s Ac c u mu l a t e a b o u t d e s i gn a nd c on s t r uc t i on e xpe r i en c e Ke y wo r d s ： f e e d wa t e r p i p e ；h o r i z o n t a l d i r e c t i o n a l d r i l l i n g ；d r a g p i p e ； p i l o t h o l e 中图分类号 ： T U9 9 1 3 6 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 3 9 0 3 随着经济和技术 的发展 ， 传统的大开挖管道施 工方式已不符合要求 ， 近几年 ， 水平定向钻等非开挖 技术及其相关机具的引进和使用， 使传统的开挖法 施工有 了技术性 的变革， 有效地解决了河流 、 道路、 铁路和繁华街道下敷设管道的难题。 水平定向钻拖拉法适用于管道两端有足够 的造 斜段距离 ， 不需要挖掘工作井 ， 拖拉距离可达 6 O 0 1 0 0 0 m( 由管材及管径决定) ， 管道的最大 内径可达 1 2 0 0 mm。水平定 向钻施工技术较适合地层为黏 土 、 硬 黏土 、 粉 土 、 粉砂 和含 少量 砾 石 的地 层 ， 适用 于 城市 自来水 、 燃气 、 热力、 电力、 电信、 排水等管径较 小 的管 道铺 设 。本文 介绍 某 电厂补 给水 管道 采用 水 平 定 向钻技 术设 计 与施 工过程 。 1 工程概况 某工程项 目一期建设 2 2 0 0 Mw 级燃气一 蒸汽 联合循环机组 ， 为满足电厂的用水需求 ， 拟建总长约 5 1 k m 的补给水管道 ， 管道内径为 5 6 0 mr n ， 材质为 P E。 配套施工 的综合管线还包括电气专业 2 路 电缆 及热工专业 3路光纤 ， 电缆线和光纤线另分一路， 与 补给水管道分开定向钻穿越 。管线穿越的高速公路 为 双 向 四车 道 ， 限 速 1 2 0 k m h， 标 准段 道 路 横 断 面 总宽 为 2 8 1 T I 。 管道所穿越的高速公路段工程地质条件如下 。 a 素填土 ： 杂色 ， 主要 由黏性土 、 风化 的砂岩、 砾 岩组成 ， 不均匀 ， 松散 ， 为新近堆积， 分布广泛。厚度 为 0 3 0 8 8 0 i n ， 平 均 厚 度 3 9 2 r ll ， 层 顶 高 程 5 6 98 6 O 0 2 m 。 b 粉 土 ： 灰 色 ， 摇 振 反 应 迅 速 ， 无 光 泽 反 应 ， 干 强度低 ， 韧性低 ， 稍密 ， 很湿 ， 局部相变为粉砂 、 粉质 黏土 。厚 度 为 0 5 O 3 6 0 m， 平 均 厚度 1 4 9 1 T I ， 层 顶高程 5 1 1 4 5 9 3 0 1I 1 。 c 淤泥质 粉质 黏土 ： 灰 色 ， 含 多量砂 及 少量 植物 根， 无摇振反应 ， 稍有光泽 ， 干强度中等 ， 韧性中等 ， 流塑 ， 局部相变为粉质黏土。 厚度为 1 8 O 3 0 0 m， 平均厚度 2 2 7 1 T I ， 层顶高程 5 3 6 7 5 4 7 1 1T I 。 d 粉质黏土 ： 灰色、 褐色、 灰褐色， 局部相变为黏 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 9 1 4 作 者简介 ： 高 岚 ( 1 9 6 7 ) ， 女 ， 高级 工程 师， 从事火力发 电厂水 工结构设计 工作 。 3 9 2 0 1 6年 2月 第 4 4卷 第 1 期 ( 总第 2 4 2期 ) Fe b 2 01 6 Vo 1 4 4 No 1 ( S e r No 2 4 2 ) 土 ， 无摇振反应 ， 稍有光泽 ， 干强度 中等， 韧性 中等 ， 可 塑 ， 局部 为 硬塑 。 厚度 为 0 4 0 4 8 0 m， 平 均厚 度 1 9 0 m， 层顶高程 4 9 5 4 5 8 7 6 m。 e 砂岩 ： 紫红色、 黄褐色， 矿物成分以长石 、 云母 为 主 ， 细粒 结构 ， 中厚 层状 构造 ， 局 部夹 砾岩 ， 泥质 胶 结， 岩芯呈砂状、 碎块状 ， 软岩 ， 破碎 ， 岩体基本质量 等级为 V， 强风化 。 厚度为 0 5 0 4 6 0 m， 层顶高程 4 8 1 4 5 9 44 m 2 管道定 向钻设计 2 1 地质 勘 察及管 线探 测 在工程设计前 ， 应对管线穿越地段进行地形、 地 质勘测， 穿越路径应安全适用、 经济合理 、 技术可行 ， 并 明确起止点位置及长度 。查 明地形、 地貌、 地面建 ( 构) 筑物对工程施工 的不利条件 ， 查清水域覆盖面 积和深度 ， 查实有无影响施工的干扰源 ， 收集定向钻 铺管施工所要穿越地层的详细资料 。 2 2 管材 的选 择 水 平定 向钻拖 拉法 的常用 管材 为钢管 与 P E 管 ， 这两种管材的技术 、 经济比较见表 1 。 表 1 水平定 向钻使用管材 比较表 各 具体工程 项 目根据 钢管与 P E管的各 自特 4 O 点 ， 综合比选确定使用管材 ， 相比较而言 ， P E管在水 平定向钻拖拉法中更为常用 。本工程项 目水平定向 钻拖拉管道为 内径 6 0 0 mm 的 P E管道， 内穿 内径 5 6 0 mm 的 P E补给 水管道 。 2 3 设 计 过程 a 根 据 流量 及 试 验压 力 确 定 管道 的壁厚 和 外 径 。 b 确定 拖拉 管水 平段 的埋 深及 长度 。拖拉 管水 平段长度一般是穿越障碍物的实际需要长度。拖拉 管 的最小覆土需满足以下要求 ： 穿越公路 、 铁路 、 河 流时 ， 其覆土厚度满足专业规范及主管部门的要求。 C 确定拖拉管的曲率半径。曲率半径包括第一 造斜段( 钻杆进入敷管位置的过渡段) 曲率半径及第 二造斜段 ( 钻杆钻出地表的过渡段) 曲率半径 。 d 确定 造斜段 水平 长度 。造 斜段 水平 长度 是根 据水平段管道埋深与曲率半径确定 的， 一般为管道 埋 深 的 8 1 0倍 。 e 确定 人土 角 与出土 角 。入土 角不 宜超过 1 5 。 ， 出土角由钻杆及管材曲率半径较大者确定 ， 一般不 宜 超过 2 O 。 。 f 确定入土点与出土点 。根据水平段埋深曲率 半径及入土角与出土角等参数可确定距障碍物最近 的 可能 人 土点 与 出土 点 ， 确 定拖 拉 管 总 水平 长 度 和 拖拉管穿越曲线的实际长度。 g 计 算拖 拉管 段拉 力 。根据 拖拉 管 的 回拉 力复 核管道壁厚是否满足拖拉要求。 经计 算 ， 本 项 目补 给水管 道所 穿越 的高 速公 路 ， 定 向钻用 管采 用 内径 6 0 0 mm 的 S D RI 7级 P E 管作 为套管 ， 壁厚为 4 2 1 mm， 内穿内径 5 6 0 mm 的 P E 补给水 管 ， 壁厚 为 2 9 7 mm。定 向钻 用 入 土点 工 作 坑 长宽 深为 3 m1 m2 m， 出土 点 工作 坑 长宽 深 为 4 3 m1 m1 5 m， 定 向钻 用 工作 坑距 离 该 高 速公路隔离栅栏为 3 8 m。 管道与高速公路交叉角度 为 7 2 。 ， 穿越 长度 为 1 3 1 m， 其 中 6 O m 在 高速公 路 建 筑控 制 区。 定 向钻穿 越 中 ， 两处 穿越 管道 水平距 离 为 1 0 m， 采 用 错 时 施 工 ， 补 给 水 管 道 定 向钻 施 工 完 成 待压浆 回补 、 泥浆 固结、 观测沉降量稳定后 ， 再进行 电力 线 、 电缆线 定 向钻穿越 。 3 管道定 向钻施工 管道 定 向钻施 工工 艺一 般包括 设 备和器 具 的选 择、 施工前准备 、 设备安装 、 开挖起始工作坑 、 配制钻 进液、 开挖接收工作坑、 管线焊接及检验、 钻进导 向 2 0 1 6年 2月 第 4 4卷 第 1期 ( 总 第 2 4 2期 ) Fe b2 0 1 6 Vo 1 4 4 No 1 ( S e r No 2 4 2 ) 孑 L 、 扩孔清孔、 回托管道及工作坑回填等工序 。 3 1 钻 进 导 向孔 钻导向孔使用的主要钻具有钻杆、 钻头 。 在钻进 过程 中， 根据控 向系统显示 的数据 随时调整钻头 的 走 向， 角度要严格控制， 要严格按照设计 曲线控向 ， 如发生偏离原设计曲线 ， 要及时调整。 3 2 扩孔 及清 孔 钻孔完成后卸下钻头 ， 根据管径及地质情况确 定扩孔次数及扩孑 L 器 的类型。扩孔 由小到大逐级进 行 ， 暂 定采 取 j 5 2 O 0 mi l l 、 j 5 4 O 0 mm、 6 O 0 mm、 8 O 0 mm、 声 1 0 0 0 mm 多级 多 次 扩孑 L ， 扩 好 后 用 终孔 直 径 钻杆清孔两次 ， 进行管线 回拖 。 3 3 管道 铺设 预扩孑 L 完毕后进行管线回拖。确保管线顺利 回 拖需要在回拖前仔细检查板式扩孔器的各通道及泥 浆喷嘴是否畅通； 在管线 回拖过程 中要根据钻机显 示 回拖力 的大小控制好回拖 的速度； 根据管线 回拖 过程 中地质变化情况配 比合理 的泥浆进行压 浆 回 补 。 管线 回拖前为了保证管线清洁 ， 要对管线牵引头 进行封堵； 为了防止管线 回拖过程中回拖力过大 ， 拖 管前在管线后端恰 当位置摆放滑轮支架 ， 减少管线 底部与地层摩擦 ， 避免划伤管材， 并起到降低 回拖拉 力 的作用 ， 在确认各项工序都达到设计标准时开始 回拖 。 4 检验 与观测 4 1 设置 基准 点及 采集 点 根据该高速公路周边视野较宽阔情况 ， 在公路 两侧共设置 2个基准点， 设置在公路路面边缘 ， 基准 点 设 置 在 距 离 管 线 中心 5 0 m 附 近 的 稳定 地段 ， 采 用 小木 桩及 红漆 喷涂 标记 。 观 测 点 共 计设 置 8个 点 ， 该 高速 公 路 路 基 各 1 个 点 ， 出入 土 点 各 1 个 点 ， 两 侧 隔 离栅 栏 各 1 个 点 ， 中央分隔带两侧各 1个点( 根据需要可增加设置) ， 采用 小木桩 及红 漆 喷涂标 记 。 4 2公路 沉 降原始 数据 采集 在进行定 向钻施工前， 对每个观测点数据进行 多次采集 ， 并确定出每个观测点 的相对基准点的标 高 值 。 4 3沉 降监测 施 工 开 始 后 ， 对 观 测 点 进 行 3次 h数 据 采 集 ， 如 遇特 殊情 况 ， 酌情 增加监 测 次数 ， 施 工结 束后 的监 测一天一次 ， 并及时把沉降量反应给施工人员 ， 确保 施工的安全正常进行 。 经实际观测 ， 最大累计沉降量 不 超过 1 5 mm。 5 结束语 a 在长距离管道穿越施工中， 水平定向钻 和其 他方法相比， 对环境影响较小， 同时能达到障碍物下 的最 大埋 深 ， 最 大 限度 保 护 管道 ， 减 少 维修 费 用 ， 施 工作业空问小 ， 对交通影 响少 ， 施工进度快， 造价相 对 较低 。 b 本 项 目管 道地 下 穿 越 距 离 为 1 3 1 m， 水 平 定 向钻拖拉管为 内径 6 0 0 mm 的 P E管道 ， 内穿补给 水管道为内径 5 6 0 mm 的 P E管道 。管顶位于高速 公路下覆土厚度为 1 2 5 m， 公路两侧覆土厚度为 9 m， 穿越施工未对高速公路正常运行产生影响。 c 管道穿越土层为素填土、 粉 土、 粉质黏土 ， 土 质 较好 ， 施工 中未 出现 质量 事故 ， 设计 、 施 工方案 正 确 。 d 施工期间分别对高速公路路面及路基地面进 行 了沉降观测， 施工期及工程竣工后路面、 路基均安 全稳定 ， 最 大累计沉 降量不超过 1 5 mm， 工程顺利 通 过验 收 ， 达到 预期 目标 。 ( 编辑 吴 娜 ) 写作 知识 科技论文 中结论的写法 快 速 简短 的总 结 ， 主要 包括 ： 本研 究结果 说 明 了什 么问题 ； 得 出 了什 么规律 性 的 东西 ； 解 决 了什 么理 论 问 题或实际问题 ； 对前人有关本问题的看法做 了哪些检验 ； 哪些与本研究结果一致、 哪些不一致； 作者做 了哪些 修 正 、 补 充 、 发展 或否 定 ， 对未 来工作 的展 望 。 ( 本刊 编辑部 ) 41