（唐山市曹妃甸区建设工程质量监督站，河北，唐山，063200）
【摘要】本文通过对城市燃气管道定向钻穿越河底工程实例，详细解析了定向钻施工工艺原理和工艺流程，以及施工过程质量控制措施。
【关键词】城市燃气；定向钻；施工工艺
1．概述
城市燃气管道施工中，不可避免地会遇到道路、涵洞、铁路、桥梁、沟渠、河流等障碍，按正常开槽管道施工方法难度大，需采取不开槽管道施工方法进行穿越施工，常见的方法有：顶管、定向钻穿越、跨越施工等。其中定向钻穿越施工技术近年在我国有了广泛的应用，它解决了管道穿越特殊地段的施工问题，与传统的施工方式相比，具有费用低、工期短、协调工作少，不阻碍交通，不破坏植被，减小了传统开挖施工对居民生活的干扰，以及对交通、周边建筑物的破坏和不良影响。
2．城市燃气定向钻穿越工程实例
曹妃甸区1号路城市燃气主干管跨纳潮河段设计方案为定向钻穿越纳潮河河底，穿越水平长度为1100m,设计管径为D406.4×9.5,设计压力为4MPa,穿越管段管材采用无缝钢管,材质为L360MB。纳潮河南端入钻角为10°14′,北端出钻角为7°22′。水平段埋深最浅处大于7m。管道焊接采用下向焊焊接工艺(手工电弧焊),焊条选择AWSE7010G纤维素焊条,焊条直径为3.2mm。管道焊缝应在100%外观检查合格后,进行100%射线探伤,探伤按《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》(GB3323)的规定,Ⅱ级为合格。穿越管段防腐采用3层PE加强级防腐。管体表面用喷砂除锈,除锈等级达到Sa2.5级的要求,再采用双组分无溶剂环氧涂料打底,干膜厚度≥200μm,然后包覆定向钻工艺专用的聚乙烯热收缩套防腐。采取电火花检漏,检漏电压为15kV。
3．定向钻施工工艺
定向钻施工的工作原理：先根据所了解的地下资料情况，结合使用探测仪探测情况，确定穿越埋深，然后用钻机在预穿越路的一侧将钻头斜向推进到预定深度，在无线电定位仪器的控制下，水平钻进，钻进到位后，安装锥体扩孔头，回拖扩孔，至要求直径后，在选定穿越管材上焊接一个牵引头，与钻头连接，然后由设备回牵钻头，把焊接好的管材拉至设备所在一侧，穿越管的两管端与原施工管线连接。
使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
3.1工程复测
施工前应根据设计图纸复测穿越控制桩及穿越中心线，出入土点处坐标，出入土点处水平距离，按照设计要求复核无误后方可施工。
3.2钻导向孔
要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。在导向孔钻进过程中使用有线控向系统，确保导向孔的精度，导向孔实际曲线与设计曲线的偏差不应大于1%。
3.3扩孔
钻出的孔往往小于回拖管道的直径，要用扩孔器从出土点开始向人土点,将导向孔扩大至要求的直径。扩孔直径应根据管径大小、穿越长度和地质条件以及钻机的回拖能力综合考虑，宜采用多次扩孔方式，扩孔直径宜为管径的1.5倍。
3.4管道焊接、检验
穿越管段对接接头焊缝均应进行100%射线探伤检验和100%超声波探伤检验探伤检验，焊缝无损检测合格级别为Ⅱ级。
3.5试压、清管
大中型穿越、铁路、二级以上公路穿越管段应进行单独试压。采用无腐蚀性洁净水作为试压介质，试压环境温度不宜低于5℃,若环境温度在0-5℃以下时应采取防冻措施。按规范要求先进行管道吹扫，然后进行强度试压，再进行严密性试验。
3.6管线回拖
管线回拖应在扩孔后，穿越管段经清管施压、清孔、合格后进行，回拖宜连续进行，回拖时如扭矩及拉力较大时应分析产生原因，提出解决方案后再进行，不得强行回拖以免造成管线断裂及通球畅通。回拖管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。
4．工程质量控制
由于非开挖技术实现了完全的非开挖施工，而且铺设的管线有较深的覆土，管道在地下的质量难以用常规的方法进行检查确认，故采用定向钻孔法铺设管道工程的质量控制有其特殊的一面。相对于定向（导向）法铺设穿越段管线的主要施工工艺，工程质量控制包括两部分：钻孔轨迹的质量与穿越段管线回拖质量控制。在地质条件和钻进工艺参数一定的前提下，钻孔质量直接影响到穿越工程的成败，后者则关系到管道的安全运行。
4.1钻导向孔的质量控制
钻孔的质量主要是指钻孔曲线的实际轨迹是否与钻孔的设计轨迹相符合。一般而言，实际钻孔轨迹越接近设计轨迹，则表明钻孔质量越好。因此，钻进前，施工单位要按照建设单位提供的地质资料和设计的钻孔轨迹图，在现场观测的基础上绘出钻孔曲线，标出钻孔曲线的入土点、出土点、相应的角度、曲线长度、最大埋深及管线的曲率半径等参数。钻进时质量控制主要是导向孔的空间坐标（管道的埋深）和钻孔曲线的曲率半径（根据穿越管道的管径计算），因为这两个参数将直接影响穿越管道的安全运行，管道的埋深一般由定向钻机的控向系统直接运行程序，处理仪表参数显示出的钻进结果，操作人员只须与设计图纸上的设计坐标相对照，保证达到设计要求的埋深即可。钻孔轨迹的曲率半径要由控向系统操作人员预先根据设计提供的资料计算出结果，钻进时通过调节每根钻杆的角度而实现对钻孔曲率半径的控制。
4.2管线回拖质量的控制
穿越管道的回拖完成即标志着管道铺设的完毕，其质量包括管道的焊接强度、外保护层的完整及管道的弯曲应力符合设计要求。
4.2.1铺管前管道的焊接
根据设计要求的级别来检查焊缝。对于要求不高的管道可以进行一些简单的压力、冲击等试验，对于要求较高的管道则要进行100%的X射线照相，并进行严格的压力试验，拖管后，按照要求还应进压力试验，以验证拖管时管道是否受损，能否投入使用。
4.2.2管道外防腐层的检验
对于要求较高的管道，在穿越管道回拖前，用电火花检漏仪对防腐层进行检验，做好记录。外保护层主要是使管道具有光滑抗磨的外表，在管道拖出后，还应对孔内运行最长的第一段管道进行检查，以确保孔内其它管道的完整性。
4.2.3管道弯曲应力核算
管道弯曲应力可对照钻导向孔记录与设计的钻孔曲率半径进行核算，确定孔内铺设的管道弯曲度不超过允许应力，如超过许用应力，则需修改设计方案或改选管道材料。定向钻施工穿越铁路等重要设施时，须征求相关主管部门的意见。当与其他地下设施的净距不能满足设计规范要求时，应报设计单位，采取防护措施，并应取得相关单位的同意。定向钻施工的其他技术要求应按国家现行标准《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》(SY/T4079)执行。
作者简介：
黄世友，男，唐山市曹妃甸区建设工程质量监督站建筑暖通专业高级工程师。