定向钻进管线穿越施工工法文本共13页文档Word格式.docx
《定向钻进管线穿越施工工法文本共13页文档Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《定向钻进管线穿越施工工法文本共13页文档Word格式.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
线穿越技术具有不影响周边环境、不影响交通、施工方便、综合施工费用低、施工周期短、
地表不受损坏等优点。
通过上述三个工程的实践总结，其施工工艺已基本成熟，并在所应用
的工程中获得了较好的经济效益和社会效益。
2工法特点
2.0.1对地表干扰少：
采用本工法在城市敷设的管网埋深可达到3m以上，穿越河流时，
一般可埋深在河床下9～18m，不影响地貌、植被、环境或周边建（构）筑物。
2.0.2本工法施工精度较高，易于控制和调整被敷设管线的方向和埋深，管线弧形敷
设距离长，操作简易方便。
2.0.3本工法以非开挖的形式进行地下定向穿越施工，大多数工作都在道路的两侧进
行，因而不会阻断交通，具有施工占地少、周期短、投入人员少、工程造价低、不受季节限
制、施工安全可靠等特点。
经济效益和社会效益显著。
3适用范围
3.0.1适用于穿越道路、铁路、建（构）筑物、河流等不允许或不宜以开挖形式进行的
管线敷设，施工管径为50～600mm；
敷设长度为200～300m；
管材为PE管、HDPE管、PVC
管或钢管的燃气、电力、给排水、通讯线路等地下管道敷设施工。
4工艺原理
4.1基本原理：
设计出一个适合于地质土层结构和环境的钻孔轨迹（一般为曲线），先
2
用定向钻机在土体中钻一个导向孔，钻进过程中，由导向跟踪仪和计算机进行导向、定位控
制。
待先导钻具在被穿越障碍物的另一端露出后，在钻具的端部换接上大直径的扩孔钻头，
并依次接上直径小于扩孔钻头的待敷管线，然后回拖钻杆，在扩孔的同时，将待敷管线拉入
钻孔（有时根据钻机的能力和待铺设管线的直径大小，可通过多级扩孔后再回拖管线），从
而完成管道穿越的铺设施工（图4.1）
图4.1非开挖铺管导向钻进示意图
图（4.1）定向钻进管线穿越施工示意图
4.2导向孔轨迹的设计
4.2.1导向孔轨迹设计应按地质条件、设计平面位置、埋深和地下管线的影响，以及
钻杆和管材的弯曲半径等，根据设计文件和现场勘察结果进行。
4.2.2导向孔的轨迹一般由三段组成：
第一造斜段、直线段和第二造斜段（图
4.2.2-1）。
直线长度为管线穿越障碍物的实际长度，第一造斜段为钻杆进入铺管位置的过渡
段，第二造斜段为钻杆出露地表的过渡段。
导向孔的轨迹由以下几个基本参数决定：
图（4.2.2-1）导向孔的设计：
两个造斜段
1）穿越起点B'
；
3
2）穿越终点C'
3）铺管深度h；
4）第一造斜段的曲率半径R1；
5）第二造斜段的曲率半径R2。
R1和R2主要由钻杆的曲率半径和待铺设管线的允许弯曲半径决定,选择时以曲率半径大的
为设计依据。
计算公式（4.2.2-1）、（4.2.2-2）：
式4.2.2-1
式中：
R钻杆——钻杆的曲率半径（m）。
D钻杆——钻杆外径（m）。
式4.2.2-2
RPE——铺设管线的最小曲率半径（m）；
E——铺设管线的弹性模量（MPa）；
DPE——待铺设管线的外径（mm）；
δPE——待铺设管线的弯曲强度（MPa）。
以上五个参数确定后，其它各项参数均可用计算法来确定。
计算公式（4.2.2-3）、
（4.2.2-4）
由下述公式分别计算出α1、α2、L1和L2：
[（）]1/2
11L=h2R−h式4.2.2-3
[]1/2
11α=2arctgh（2R−h）
22L=h2R−h式4.2.2-4
22α=2arctgh（2R−h）
由计算法得出各参数之后，还应考虑下列因素对入口倾角和出口倾角的限制：
钻杆钻杆R=1200D
PE
RED
20δ
4
钻机倾角的可调范围是限制入口倾角的主要因素，一般钻机的倾角可在10°
～45°
之
间调节。
对小直径的钢管，考虑到管道的焊接问题，出口倾角α2一般应控制在0°
～15°
内；
对于PE管一般控制在0°
～30°
以内。
对大口径钢管，因弯曲半径α2太大，L2增大，
一方面使导向孔距离增长，另一方面也浪费管材，因此一般用开挖下管工作坑来代替第二
造斜段（图4.2.2-2）
图（4.2.2-2）导向孔的设计：
一个造斜段
4.3定向钻穿越公路、铁路、河流、地面建筑物时，最小覆土深度应符合专业规范要求；
当专业规范无特殊要求时，最小覆土深度应符合表4.3的规定。
表4.3最小覆土深度
项目深度
城市道路与路面垂直净距＞1.5m
公路与路面垂直净距＞1.8m；
路基坡角地面以下＞1.2m
高速公路与路面垂直净距＞2.5m；
路基坡角地面以下＞1.5m
铁路路基坡角处地表下5m；
路堑地形轨顶下3m；
0点断面轨顶下6m
河流
一级主河道百年一遇最大冲刷深度以下＞3m
二级河道河底最低标高以下＞3m，最大冲刷深度以下2m
地面建筑根据基础结构类型，经计算后确定。
注：
最小覆土深度还应大于拖拉管管径5～6倍以上。
5施工工艺流程及操作要点
5.1定向钻进管线穿越施工工法工艺流程（图5.1）
5
图（5.1）定向钻进管线穿越工艺流程图
5.2施工操作要点
5.2.1现场施工准备：
1测量、定位：
先按施工区域及路径范围初步定出钻孔中线和地表走向，测量中心线地
面的海拔高度或相对高度，并根据要求的铺管深度初步确定导向孔的造斜长度和入射点位
置、铺管长度、下管位置。
2穿越河流的铺管工程应测量河道周围的地形地貌、河床底部形态和水流情况。
3勘察或复核施工场地地下管线和设施的平面位置、走向、埋深（或高程）、规格、性
质、材质等情况，并编绘地下管线走向图，设置安全距离，以防止施工对管线和设施的影响。
4设备进场前，应先做好场地平整和清洁工作。
对场地推平、碾压，并设断面不小于0.3m
×
0.3m的排水边沟，以便现场施工。
设备及材料存放场地应高出自然地面不小于150㎜。
由于穿越施工时需要大量的淡水供搅拌泥浆用，施工现场应临近水源或自行解决水源。
5设置钻机工作区：
场地面积根据钻机设备大小确定，一般约需30m宽，长45m的面积。
该面积应超过入土点位至少3m以上，
6设置管线场地与钻孔出土点工作区：
为便于连接与铺设成品管道，管线场地一侧总长
度（场地的总长度应为穿越管道长度再加上适当的管线拖拉操作距离）应以能置放所需穿越
钻机选择、安装与调试
挖入土（出口）工作坑
泥浆（钻液）配制
钻导向孔
扩孔
回拖铺管
施工现场清理、恢复
现场施工准备
6
的管道，宽度应满足管道施工的需要（一般为12～18米）。
7设置泥浆循环池：
泥浆循环池一般由三个以上的坑池组成，从孔口算起依序是返回
池、沉淀池、供浆池。
坑池之间有供泥浆流动的沟槽连接，其间设置泥浆净化设备或装置。
泥浆循环池的大小根据泥浆返回量的多少确定，但一般应至少为1×
1×
1m，为保证泥浆自
由沉淀的效果，沉淀池可大一些或多1～2个。
8导向控制仪器、泥浆设备等机具进场后应进行检查、调试，确保设备安全运行。
5.2.2钻机选择、安装与调试
1钻孔设计终孔口径、弯曲强度、铺管长度等，根据它们的大小通过以推拉力和最大输
出扭矩性能为主要技术参数，按设计要求进行选择。
考虑钻孔复杂情况，所选择的钻机能力
应不小于计算所需的1.3倍以上。
2最大回拖力应大于回拖管段自重的1／2。
3钻机应具有良好的连续工作性能，以避免施工中途停钻而发生故障。
4按入土点、入土角度并结合现场实际情况使钻机准确就位，定向钻机设置应符合下列
要求：
1）钻机应安装在管道中心线延伸的起始位置。
2）调整机架方位至设计的钻孔轴线。
3）调整机架钻机倾角至轨迹设计规定的入土角。
4）钻机安装后，起钻前应用锚杆锚固，满足钻机回拖力支撑要求。
土层坚硬和含水率
低时，宜用直锚杆；
土层较软时，宜采用螺旋锚杆。
5.2.3挖入土（出口）工作坑，按设计入土点、出土点位置挖掘长约4.0m、宽1.5m、
深1.5m并配有发送沟（道）的工作坑。
用于设置泥浆循环池和连接、拆卸钻具、钻杆、管
线的工作坑的作业面。
5.2.4泥浆（钻液）配制
1泥浆指水和膨润土或聚合物的混合物，有时还需加入某些处理剂主要用于钻进施工中
的冷却、润滑钻具、护壁和悬浮携带岩屑。
其应按设计要求进行现场试配，使用成品泥浆的，
泥浆进场后应按设计要求进行验收并检查产品合格证。
2泥浆用量的经验估算：
施工时可根据下列经验公式（5.2.4）进行初步计算每分钟泥浆用量、回拖时工程
所用泥浆总量等相关参数：
7
Q=（D2/13）*K*104式5.2.4
Q--泥浆用量（升/米）；
D--回扩头直径（米）；
K--系数，通常在2～5之间，根据土质条件的不同从中选择，如：
在粘性土壤中
K取2～3，而在砂石或泥浆漏失严重的地质条件下，K取4～5。
以上计算值为初步估算值，实际应用时泥浆用量比估算值稍大。
5.2.5钻导向孔
1分别将探头装入探头盒内，导向钻头连接到钻杆上；
转动钻杆，测试探头发射是否正
常；
回转钻进2m左右；
开始按设计轨迹进行导向孔钻进施工。
2导向仪器由探头、手提式地面跟踪仪和同步显示器组成。
接收器接收并显示探测数据，
同步显示接收器探测的数据，同步显示接收器应置于钻机旁。
3钻杆钻入后，安装在钻头腔室内的信号发射器发出导向钻头的准确位置状态和造斜面
方向参数，手提式地面跟踪仪进行跟踪测定。
操作人员应根据探测的数据比对设计钻进轨迹
并对偏离值进行修正。
4导向孔每钻进一根钻杆应以地面跟踪仪测量一次，以确定钻头的位置。
对有地下管线、
关键的出口点或调整钻孔轨迹时，应增加测量点，将测量数据与设计轨迹进行比较，确定下
一段要钻进的方向。
5钻头在出口处露出地面后，测量实际出口是否在误差范围之内。
如果钻孔的一部分超
出误差范围，应拉回钻杆，重新钻进钻孔的偏斜部分。
当出口位置符合设计要求时，取下钻
头和相关钻具，开始扩孔。
5.2.6扩孔：
1当敷设管直径等于或小于导向孔直径时，导向孔完成之后可直接回拖铺管。
2当导向孔需进行回扩时，在钻具端部换接上回扩器进行扩孔，扩孔次数可根据钻机回
转压力及回拖压力以及土层工况条件分数次进行。
终孔孔径一般为管线外径的1.2～1.5倍。
3扩孔钻头（扩孔器）小眼孔正常喷浆时，方能开始扩孔，严禁干扩。
由钻机转盘带动
钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，边扩孔边打入泥浆。
在扩孔过程中应严格控制扩孔速度，扩
孔速度应控制在830mm/min以内。
4扩孔时，边扩孔边打入泥浆，视旋转压力及回拖压力逐渐加大扩孔级别。
5扩孔结束后，可进行洗孔作业（清理一遍或多遍钻孔，使孔内保持通畅）。
在扩孔过
8
程中，如果发生扭矩、拉力突然增大情况时，应考虑进行洗孔作业；
洗孔结束后，再继续进
行扩孔。
5.2.7回拖铺管
1回拖前，应完成管道拼接作业，内容包括：
按相应设计管道规范所规定的焊接质量、
管道吹扫、通球及试压等检验和检测。
2根据地形地貌及铺管长度、材质、管径等因素，开挖发送沟（道）或设置钢托架。
3当回拖管径大于1m时，宜进行回拉时浮力控制：
在发送沟内注满水，用吊管机将拼
接完毕的穿越管段放入发送沟中，使整个管段在沟中处于悬浮状态。
4管道连接：
将成品管线两端封闭，在管段端部焊上拖拉头。
将钻杆、扩孔器、旋转接
头、U型环、拖拉头依次连接；
5管线回拖前，试喷泥浆，检查扩孔器水咀是否通畅，泥浆压力是否正常，一切正常后，
开始回拖。
回拖作业时严格控制泥浆压力、旋转扭矩、回拖力，密切注意管线回拖情况，直
至管线在钻机侧出土。
6回拖时，可向孔内泵入润滑液，并在待回拖管线下，每间隔2～5m摆放1个托辊，以
便回拖中起到减阻护壁润滑作用。
7回拖管道时，操作人员应密切观察回拖速度，监测拉力、扭矩、钻进液流量，采取相
应的减阻措施，以减小回拖阻力，做到平稳、匀速（回拖中不能停留），速度控制在0.08m
／s左右。
使管线一次回拖成功。
8回拖铺管应连续进行，不可中断作业，以避免地下孔洞的塌陷。
9回拖铺管作业应避免水平方向的横向弯曲。
10拉管就位后，应对管道两端进行封堵，避免异物进入管内。
5.2.8施工现场的清理、恢复：
拉管和其后的测试试验等工作完成后，应清理现场并
撤出所用施工设备，恢复场地的地形地貌。
这项工作包括排除入口坑和出口坑中的钻进液，
回填这些工作坑，并对工作坑回填土进行注浆加固处理。
6材料与设备
6.1材料
6.1.1导向钻进所敷设的管道材质、规格、尺寸、附件及焊接材料应分别符合相应的国
家、行业规范的技术规定。
例如：
PE管材应符合《给水用聚乙烯管材规范》GB13663-2000；
聚乙烯（PE）管道应符合行业标准CJJ/T98-2019《建筑给水聚乙烯类管道工程技术规程》的规定。
管道的连接方式主要有：
当DN（公称外径）≤63mm时，采用热熔承插连接或电熔
连接；
当DN（公称外径）≥75mm时，采用热熔对接或电熔连接。
6.1.2成品泥浆进场后应进行验收和取样试验，泥浆的粘度、密度、含砂率、失水量
和PH值等技术参数应符合设计要求。
当设计无具体要求时，应满足如下要求：
泥浆粘度控
制40~55s，清孔时泥浆的粘度控制在65~70s；
泥浆密度小于1.10~1.14g/cm3；
含砂率小
于4%；
失水量小于15ml/30min；
泥浆PH值控制在8～10。
6.2主要施工设备
主要施工设备见表6.2.
表6.2主要施工设备一览表
设备名称规格或型号备注
水平定向钻机及配套钻杆，钻
头、及扩孔器等辅助机具
Case（美国）或国产ZT系列
参数规格按设计要求选择
钻、扩孔及回拖
手持式导向仪DCI无线控向导向跟踪
挖掘机0.6～1.0m3工作坑开挖
电焊机或熔融焊机根据管材材质选择待敷管道连接
泥浆泵7.5kw泥浆泵送
泥浆搅拌机（搅拌罐）0.5m3泥浆搅拌
储浆罐2m3泥浆储浆
汽车起重机起重量20t设备安装就位和材料吊装
经纬仪J2定位测量
水准仪S3定位测量
试压装置试压范围取值按管道类型管道严密性、强度试验
7质量控制
7.1质量控制标准
7.1.1导向钻进敷设管道应用于给排水、煤气、石油、天然气、电力、热力、通讯等
不同领域，其管道焊接力学性能、防腐及安装坡度、坡向和标高应分别符合相应的国家、行
业规范、规程及技术规定。
以给排水管线为例，主要应符合下例规范规定：
《给水排水管道
工程施工及验收规范》GB50268；
《建筑给水聚乙烯类管道工程技术规程》CJJ-T98；
《市政排
水管道工程施工及验收规范》DBJ08-220。
7.1.2本工法质量要求应符合中国非开挖技术协会标准《定向钻进管线穿越铺设工程
10
技术规范》DZ/T0054、中国石油化工行业标准《定向穿越工程施工及验收规范》GB20904和
上海市水务局地方标准《排水管道定向钻进敷设施工及验收技术规范（试行）》等规范的有
关规定。
7.2质量控制措施
7.2.1手提式地面跟踪仪的配置应根据机型、穿越障碍物类型、探测深度和现场测量
条件及定向钻机类型选用，手提式地面跟踪仪在施工前应进行校准，合格后方可使用。
7.2.2钻杆的螺纹应洁净，弯曲和有损伤的钻杆不得使用。
钻杆的强度和扭矩，规格
和型号应符合扩孔扭矩和回拖力的要求。
钻孔时，钻杆内不得混进土壤和其他杂物，以免堵
塞钻杆和钻具的喷嘴。
7.2.3钻导向孔时，必须严格按照计算出的钻孔轨迹导向，测量过程中如发生偏移应
及时纠正，以确保按设计位置钻出。
7.2.4为了控制偏差，不同地层应采用不同的回扩器。
在扩孔过程中，应做好测量控
7.2.5为防止由于泥浆固结所引起的管轴及管底标高与设计的偏差。
应注意控制扩孔
系数。
7.2.6导向钻头与回扩器、成品管线等必须连接牢固，经检查合格后方可回拖管线，
避免在回拖管线过程中，接头脱落导致拉管失败。
8安全措施
8.0.1认真贯彻"
安全第一，预防为主"
的安全生产方针。
根据国家有关规定，结合工
程实际情况和具体特点对项目重大危险源，必须编制包括监控措施、应急方案以及紧急救护
措施等内容在内的专项施工方案，认真贯彻安全生产责任制，明确各级人员的职责。
做好安
全技术交底，并有书面记录和受交底人员签字的记录，使作业人员确实掌握专项施工方案的
技术要领。
8.0.2实行封闭施工：
工地周围应设置防护栏，并设置安全标志和标牌。
晚间，在安
全通道二侧和护栏上每隔一定的距离应安放醒目的警示灯，提醒夜间行驶的车辆和行人，确
保施工安全。
8.0.3施工现场临时用电严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2019的
规定。
11
8.0.4机具启动前应先试运转，检查是否正常，钻机等设备的零部件须配备齐全，使
用过程中必须严格遵守操作规程，并定人定期检查，发现机具故障，应及时检修保持完好。
8.0.5电机引出线必须架空（＞2.5m）离开地面，20KW以上的电机启动均应安装补偿
装置。
8.0.6进入工地的人员，必须戴安全帽，劳保用品要配备齐全。
对首次进入工地作业
的职工和民工必须进行安全知识教育。
8.0.7排污管线修复、更换工程施工时，施工场所应配置有害气体测量仪测定其浓度，
发现有危害操作人员生命健康的废气时，操作人员必须按规定佩戴防毒面具和穿戴防护衣
裤、手套等。
8.0.8严格执行各专项施工操作规程，未经培训考核的无证人员不得上岗。
8.0.9操作人员在旋转部件周围不得穿宽松的衣服。
钻机运转时，严禁操作人员接触
回转的钻杆或在转动部分上走或站立。
8.0.10配合有关部门做好防火、防盗和社会治安工作，同时根据季节做好防冻、防洪、
防雷击等准备工作。
8.0.11安排专人协调工地与周边各有关单位的关系，共同做好文明施工和安全施工工
作。
9环保措施
9.0.1施工过程中，严格控制噪声、泥浆等对周围环境的污染，该项工作由专人负责，
统一管理。
防止建筑垃圾、污水、油污对周围环境的污染。
9.0.2预防泄漏和控制措施：
燃料和润滑剂只能储存在指定的工作准备区和适当的服
务车上。
临时储罐应采取排放阀上锁等有效措施以防止泄漏事故的发生。
应在工作准备区进
行更换机油等日常设备维护,并用适当的方式处理废油（例如：
收集在贴有标签的密封的容
器里并送到指定地点处理）。
不可在河流中冲洗设备。
9.0.3汛期和多雨时节施工时，必须制订和实施有效措施，确保施工范围民房、工厂、
仓库等单位的安全和通行方便，并力求达到雨后不积水的要求。
9.0.4为确保工程施工时免遭水淹，需了解工地周围情况，综合分析施工中需要重点
保护的部位，如工作坑和堆积重要材料、设备场地等，事先采取围堤或截流等措施，并根据
估算可能遇到暴雨的影响程度，及时调配一定数量的排水设备，以备急需之用。
9.0.5采取必要的措施保护作业带的表层土资源免受损害。
12
9.0.6如发现文物、人类遗迹或化石，立即停止施工，并通知有关部门。
9.0.7泥浆池要采取防渗漏措施，避免化学物质渗入地层。
9.0.8在认真搞好文明施工的同时，注意对道路、人行便道的卫生清洁工作，各种车
辆运送材料及土方、垃圾时不许超载，落地物及时清扫。
9.0.9为保护水源和环境，严禁泥浆随意排放，泥浆应经沉淀池二次沉淀后方可排入市
政管网。
9.0.10禁止随意抛弃垃圾，建筑垃圾和泥浆应装运到指定地点倾倒。
9.0.11施工现场要做到工完料清、工完场清，始终保持整洁、卫生、文明。
10效益分析
本工法是在不开挖地表的条件下，使用定向钻进技术手段进行铺设、检查、修复和更换
管线的施工方法，与传统开挖施工方法比较，在经济效益和社会效益上具有很大的优势：
10.0.1非开挖法与开挖施工法相比较，非开挖施工技术施工周期短、综合施工成本低。
一般以道路开挖施工法的施工成本基准为100，而非开挖法为34。
在相同的条件下，非开挖
管线铺设、更换、修复的成本均低于开挖法施工，特别是当管径越大、埋深越大时其经济效
益愈加明显。
10.0.2本工法施工不阻断交通、不破坏道路和植被，避免开挖施工所带来的对居民生
活和交通的干扰，以及对环境、周边建筑物基础的破坏或影响。
升级会员 