水平定向钻进管线铺设工程施工作业指导书

1.施工流程

一、准备工作：

——过去施工情况的调查

——设计计算

——进一步确认设计、图纸及计算

——施工地层情况调查

——施工测量

——办理施工许可证

二、工程实施：

——测量入土点、出土点、钻孔轨迹轴线和切点——钻机场地准备

——进场道路准备

——管子场地准备

——设备和人员调动

——管子卸车

——管子焊接

——压力试验

——减阻试验（如果需要）

——连接拉管头

——焊缝测试

——处理钻杆的过度弯曲

——实施钻进

三、钻进：

——调动钻机和人员

——安放钻机

——准备钻进液混合设备

——钻导向孔

——通过钻杆清洗钻孔

——分级扩孔（根据需要）

——拉管

——去掉拉管头

——实施焊缝测试

——实施减阻

——施工配合

——清理施工现场

——撤走钻机和人员或迁移到下一个工地

2、主要施工过程及方案

2.1 设计计算

2.1.1轨迹测量：一旦选择确定了施工位置，就应该对钻孔轨迹作测量并准备详细的图纸。钻孔轨迹和基准线的最后精度取决于测量资料的精度．

2.1.2轨迹设计参数：

覆盖深度完成岩土勘察，确定了穿越的轨迹，就可确定穿越的覆盖深度，需要考虑的因素包括钻孔施工对地面道路、建筑物或河流的影响，以及对该位置已有的管线的影响。推荐穿越的最小覆盖深度大于钻孔最终扩孔直径的6倍以上；在穿越河床时，应在河床断面最低处之下5m米以上。

入、出土角和曲率半径8-20°的入、出土角适用于大多数的穿越工程。对地面始钻式，入土角和出土角应分别在6°至20°之间（取决于欲铺设管的直径等）。对坑内始钻式，入土角和出土角一般应采用0°或近似水平。进行大曲率的弯曲以前最好钻进一段直线段。曲率半径的确定由欲铺设管的弯曲特性确定，管径越大曲率半径越大。

铺设钢管的最小允许弯曲半径可用下列公式计算。但是，为了利于铺管，最小弯曲半径应尽可能大。

R min=206·D·S / K2(m)

R min—最小弯曲半径(m)

206—常数(Nm/mm2)

D——管子的外径(mm)

S—安全系数，S=1～2

K2—管子的屈服极限(N/ mm2)

辅助参数入土点或出土点与欲穿越的第一个障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）应至少大于3根钻杆的长度。

与水体的最小距离应至少为5—6m，以保证不发生泥浆喷涌。

从钻进技术方面考虑，第一段和最后一段钻杆柱应是直线的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这两段钻杆柱的长度应至少为10m。

入土点与出土点有高差时，应专门另作讨论。

钻进测量与精度孔内测量工具是测量倾角(上/下控制)、方位角(左/右控制)和深度等参数的电子装置。

钻孔轨迹精度很大程度上取决于孔内测量的精度。当有干扰时，如：无线电发射台、大型钢结构(桥梁、桩及其它管线等)和电力运输线，会影响测量结果。合理的钻孔轨迹精度应是：导向孔出口处左右±1m，上下±1m。

钻孔轨迹控制钻进导向孔时，每2～3m应进行一次测量计算。工程承包商在这些测量计算基础上作出钻孔轨迹图。

2.2管材的选择

2.2.1管线壁厚—D/T经验公式（下表）给出了根据钢管直径选择壁厚的推荐值，这些推荐值仅供设计时参考。在最后的设计中，应根据计算应力进行选择。

对高密度聚乙烯管（HDPE管），推荐D/t值小于或等于11，并且咨询制造厂家。

另外，选择管线壁厚应考虑铺管长度。铺管长度越长，管壁应越厚。

2.2.2校核计算

——开始拉管时的管线应力（摩擦力、重力）

——全部拉入时的管线应力（摩擦力、浮力、弯曲）

——由于过度弯曲造成的管线应力（出土角度）

——拉入过程中的管线应力（内部压力、温度、弯曲、过度弯曲）——钻机的锚固力（水平和垂直）

——钻进设备的尺寸（土壤、管线尺寸、钻孔剖面）

在最后的校核设计计算中，必须计算管道在施工和使用时的应力大小，校核是否在材料强度允许的范围内。计算中，每一阶段的应力都必须从单独受力和联合受力分别考虑。如：拉管时，滚柱间跨距造成的应力、作静压试验产生的应力、铺设时的拉力、管入孔时弯曲和钻孔轨迹弯曲产生的应力、钻孔内的附加力和工作应力。

1．铺管前

a．计算静压试验产生的环向和轴向应力；

b．根据滚柱间的距离，可计算出管线的最大上拱和下垂，并计算出管线的最大张应力。注：在静压试验期间管线是注满水的，因此计算中必须计入水的重量。

2．铺设中

a．在1.b中计算张应力的方法可用于铺设阶段；

b．为了计算出应力，必须先计算理论拉力。考虑管线的安全性和拉管时钻孔弯曲的影响，推荐孔内摩擦系数为1.0。最大预测拉力用于计算轴向应力。

c．当计算轴向弯曲应力时，允许有10%的实际偏差，即按设计曲率半径的90%计算。

d．必须考虑孔内液体静压力产生的附加应力。考虑到液体静压力的轴向和周向力的影响，推荐安全系数取值1.5。

3．铺设后

a．轴向弯曲应力的计算见2c；

b．附加外力的计算见2.d；

c．计算最后的静压试验产生的环向和轴向应力。

4．使用中

a．钻孔曲率的影响见2.c；

b．附加外力的计算见2.d；

c．用于计算的管线在使用中的最大工作压力而产生的轴向和周向应力。

许用应力计算出施工各个阶段的单独受力和联合受力后，必须与许用应力比较，进行强度校核。

一般，许用应力按以下计算：

轴向最大许用应力：最小屈服强度的80%；

周向最大许用应力：最小屈服强度的72%；

组合应力下的许用应力：最小屈服强度的90%。

当权威机构可能在以上内容之外提出其他限制条件时，业主应认可并允许修改设计。

2.3 作图

2.3.1剖面图

剖面图至少应包含下列信息：

——工地的纵向剖面图

——入土角

——出土角

——钻孔的水平长度

——钻孔的实际长度

——钻孔剖面的绝对高度（或相对）

——覆盖层

——最小（垂直）弯曲度

——钻孔轨迹区域内的建筑物或其它管线

——障碍物

——欲铺设管线的信息