【正文】 中國(guó)非開(kāi)挖技術(shù)協(xié)會(huì) 水平定向鉆進(jìn)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范關(guān)于非開(kāi)挖水平定向鉆進(jìn)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范1．總則。為規(guī)范我國(guó)水平定向鉆進(jìn)穿越鋪設(shè)工程施工市場(chǎng)，統(tǒng)一施工技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)非開(kāi)挖技術(shù)協(xié)會(huì)特制定本規(guī)范。水平定向鉆進(jìn)穿越鋪設(shè)管線工程無(wú)論大小，都必須進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量控制。中國(guó)非開(kāi)挖技術(shù)協(xié)會(huì)希望通過(guò)應(yīng)用本規(guī)范，提高我國(guó)水平定向鉆進(jìn)穿越鋪設(shè)管線技術(shù)水平；提高工程承包商的施工質(zhì)量和效益。 中國(guó)非開(kāi)挖技術(shù)協(xié)會(huì)推薦本規(guī)范應(yīng)用于水平定向穿越鋪設(shè)管線工程中工程承包商與管線業(yè)主進(jìn)行業(yè)務(wù)協(xié)商、工程承包商進(jìn)行施工管理及其質(zhì)量、安全控制等。，使各種材質(zhì)的管道或纜線在障礙物之下穿越鋪設(shè)的工程施工。2．術(shù)語(yǔ) 非開(kāi)挖技術(shù)（Trenchless Technology）以最小的地表開(kāi)挖量進(jìn)行各種地下管線探查、鋪設(shè)、更換和修復(fù)的施工技術(shù)。 水平定向鉆進(jìn)（Horizontal Directional Drilling—HDD）利用水平定向鉆機(jī)以可控鉆進(jìn)軌跡的方式，在不同地層和深度進(jìn)行鉆進(jìn)并通過(guò)定位儀導(dǎo)向抵達(dá)設(shè)計(jì)位置而鋪設(shè)地下管線施工的施工方法。施工時(shí)，首先用導(dǎo)向鉆具鉆進(jìn)小口徑的導(dǎo)向孔；然后用回?cái)U(kuò)鉆頭將鉆孔擴(kuò)大至所需的口徑；最后將生產(chǎn)管拉入孔內(nèi)。（注：包括導(dǎo)向鉆進(jìn)）。 頂進(jìn)/起始工作坑（Drive/Entry Shaft/Pit）為布置水平定向鉆進(jìn)施工存儲(chǔ)泥漿而開(kāi)挖的工作坑。 接受/出口工作坑（Reception/Exit Shaft/Pit）為回收水平定向鉆進(jìn)施工中排出的泥漿而開(kāi)挖的工作坑，有稱目標(biāo)工作坑（Target Shaft/Pit）。 穿越（Crossing）在地表下鋪設(shè)跨越障礙物（河流、建筑物、鐵路、高速公路等）管線的非開(kāi)挖施工。 鉆進(jìn)液/泥漿（Drilling Fluid/Mud）通常指水和澎潤(rùn)土或聚合物的混合物。 導(dǎo)向孔（Pilot Hole）水平定向鉆進(jìn)施工時(shí),首先利用導(dǎo)向儀測(cè)控鉆孔方向鉆進(jìn)的小口徑鉆孔。 入口/出口傾角（Entry/Exit Angle）在進(jìn)行水平定向鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿柱進(jìn)入地層或從地層鉆出的傾角。 回?cái)U(kuò)水平定向鉆進(jìn)時(shí)，鉆完導(dǎo)向孔后，往往需要擴(kuò)大鉆孔直徑，此時(shí)將回?cái)U(kuò)鉆頭接在鉆桿柱的前端往回拉進(jìn)行擴(kuò)孔的施工工序。 回?cái)U(kuò)鉆頭（Back Reamer）水平定向鉆進(jìn)施工時(shí)，鉆完導(dǎo)向孔后，用于擴(kuò)大導(dǎo)向孔、接在鉆桿柱前端的切削頭。 回拉（Pullback）水平定向鉆進(jìn)施工時(shí)，經(jīng)擴(kuò)大的鉆孔將鉆桿柱從出口坑向回拉到發(fā)射坑，同時(shí)鋪設(shè)生產(chǎn)管的施工工序。 生產(chǎn)管（Product Pipe）為不同目的而鋪設(shè)的各種永久性地下管線。 定位儀（Locator/Walkover System）一種用于確定從發(fā)射探頭發(fā)射出來(lái)的電磁波信號(hào)位置和強(qiáng)度的電子儀器，也可用于探測(cè)地下管線的位置。 隨鉆測(cè)量（Measurement While Drilling—MWD）在鉆進(jìn)的同時(shí)連續(xù)不斷地檢測(cè)有關(guān)鉆孔信息的測(cè)量技術(shù)。3．技術(shù)概述始于二十世紀(jì)七十年代的水平定向鉆進(jìn)穿越技術(shù)，綜合了傳統(tǒng)的道路鉆孔、地質(zhì)勘探和油氣井定向鉆進(jìn)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)已成為一種完善的施工方法。它應(yīng)用于穿越河流和水渠、街道、高速公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)跑道、海灘、島嶼、建筑物擁擠的地方、管線通道和運(yùn)河等的石油、天然氣、自來(lái)水、污水及其它流體的管線鋪設(shè)和電力與電訊電纜的導(dǎo)管鋪設(shè)等。在非開(kāi)挖技術(shù)行業(yè)中，水平定向鉆進(jìn)是主要的增長(zhǎng)領(lǐng)域之一。目前，在石油、天然氣、自來(lái)水、電力和電信部門(mén)，水平定向鉆進(jìn)已是一種得到廣泛認(rèn)可的鋪管施工技術(shù)，由于水平定向鉆進(jìn)施工精度的提高，也可用于污水管和其它重力管線的鋪設(shè)。水平定向鉆進(jìn)穿越與其它施工方法相比，對(duì)環(huán)境的影響最小，能提供障礙物下管線覆蓋的深度大，對(duì)管線的保護(hù)作用大，維修費(fèi)用小，許多情況下費(fèi)用更低。水平定向鉆進(jìn)穿越還有一個(gè)可預(yù)測(cè)的短期施工計(jì)劃。水平定向鉆進(jìn)穿越鋪設(shè)管線技術(shù)正在全世界廣泛推廣。迄今為止，水平定向鉆進(jìn)最長(zhǎng)的穿越距離為2308米（鋪設(shè)管徑273毫米，中國(guó)）。水平定向鉆進(jìn)用于均質(zhì)土層的穿越能夠取得滿意效果，在雜填土、砂卵礫石層、冰漬層和硬巖層中的穿越也越來(lái)越多。水平定向鉆進(jìn)穿越鋪設(shè)施工普遍采用：首先鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，然后擴(kuò)孔，最后回拉鋪管的施工技術(shù)工藝（）。 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)一般采用小直徑全面鉆頭，進(jìn)行全孔底破碎鉆進(jìn)。在鉆頭底唇面上或鉆具上，安裝有專門(mén)的控制鉆進(jìn)方向的機(jī)構(gòu)。在鉆具內(nèi)或在緊接其后部位，安裝有測(cè)量探頭。鉆進(jìn)過(guò)程中，探頭連續(xù)或間隔地測(cè)量鉆孔位置參數(shù)，并通過(guò)無(wú)線或有線的方式實(shí)時(shí)地將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到地表接收器。操作者根據(jù)這些數(shù)據(jù)及其處理這些數(shù)據(jù)得到的圖表，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施調(diào)整孔內(nèi)控制鉆進(jìn)方向的機(jī)構(gòu)，從而人工控制鉆孔的軌跡，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。常用的孔內(nèi)控制鉆進(jìn)方向的機(jī)構(gòu)主要有兩類：一類是鉆頭底唇面采用非平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如常鉆頭唇面是一個(gè)斜面，當(dāng)鉆頭連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)鉆進(jìn)直孔，保持鉆頭不回轉(zhuǎn)加壓時(shí)，則鉆孔鉆進(jìn)偏斜。這類方法因需要在不回轉(zhuǎn)的條件下破碎巖層，所以在軟質(zhì)的土層大多數(shù)采用鉆進(jìn)液噴射輔助破碎方式鉆進(jìn)。另一類是鉆具采用彎外管或彎接頭，其彎曲方向即決定了鉆頭的鉆進(jìn)方向。這類方法導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆桿是不回轉(zhuǎn)的，鉆頭破碎巖石的扭矩，來(lái)自于鉆頭后部的孔底動(dòng)力機(jī)，如螺桿馬達(dá)或渦輪馬達(dá)。這類方法通常用于鉆進(jìn)巖石等硬地層。 導(dǎo)向孔完成后，必須將鉆孔擴(kuò)大至適合成品管鋪設(shè)的直徑。一般，在鉆機(jī)對(duì)面的出口坑將擴(kuò)孔器連接于鉆桿上，再回拉進(jìn)行回?cái)U(kuò)，在其后不斷地加接鉆桿。根據(jù)導(dǎo)向孔與適合成品管鋪設(shè)孔的直徑大小和地層情況，擴(kuò)孔可一次或多次進(jìn)行。推薦最終擴(kuò)孔直徑按下式計(jì)算：Ｄ’＝ K1Ｄ式中：Ｄ’——適合成品管鋪設(shè)的鉆孔直徑Ｄ——成品管外徑K1——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般K1=～，當(dāng)?shù)貙泳|(zhì)完整時(shí)，K1取小值，當(dāng)?shù)貙訌?fù)雜時(shí)，K1取大值。 擴(kuò)孔完成后，即可拉入需鋪設(shè)的成品管。管子最好預(yù)先全部連接妥當(dāng)，以利于一次拉入。當(dāng)?shù)貙忧闆r復(fù)雜，如：鉆孔縮徑或孔壁垮塌，可能對(duì)分段拉管造成困難。拉管時(shí)，應(yīng)將擴(kuò)孔器接在鉆桿上，然后通過(guò)單動(dòng)接頭連接到管子的拉頭上，單動(dòng)接頭可防止管線與擴(kuò)孔器一起回轉(zhuǎn)，保證管線能夠平滑地回拖成功。 水平定向鉆進(jìn)鋪設(shè)管線施工工藝過(guò)程 鉆機(jī)根據(jù)工作位置分為兩類：地表始鉆式和坑內(nèi)始鉆式。地表始鉆式鉆機(jī)具有行走機(jī)構(gòu)，方便遷移。鋪管施工時(shí)，可不需要起始坑和出口坑，但管線連接時(shí)需要開(kāi)挖。如果要求在地下相同深度連接其它管線，可能會(huì)浪費(fèi)幾米新管。地表始鉆式鉆機(jī)有幾種樁定方式錨固鉆機(jī)，性能完善的鉆機(jī)樁定系統(tǒng)是液壓驅(qū)動(dòng)的。一些地表始鉆式鉆機(jī)是整裝式的，載有鉆進(jìn)液用攪拌池和泵，以及動(dòng)力輔助裝置、閥和控制系統(tǒng)，有的還配置有鉆桿自動(dòng)裝卸系統(tǒng)，定長(zhǎng)的鉆桿裝在一個(gè)“傳送盤(pán)”上，隨鉆進(jìn)或回?cái)U(kuò)的過(guò)程自動(dòng)地從鉆桿柱上加、減鉆桿；有的攪拌池和泵等設(shè)備是分離配置的?？觾?nèi)始鉆式鉆機(jī)一般體積較小，施工時(shí)在鉆孔的兩端都需要挖坑，可在操作空間受限的地方使用?？觾?nèi)始鉆鉆機(jī)固定在發(fā)射坑中，利用坑的前、后壁承受回拉力和給進(jìn)力。一些設(shè)計(jì)緊湊的鉆機(jī)的起始坑，比接鉆桿所需的坑稍大一點(diǎn)即可。鉆桿單根長(zhǎng)度受坑的尺寸限制，這對(duì)鋪設(shè)速度和鉆桿成本造成影響。 鉆桿要求有很高的物理機(jī)械性能，必須有足夠的軸向強(qiáng)度承受鉆機(jī)給進(jìn)力和回拖力；足夠的抗扭強(qiáng)度承受鉆機(jī)施加的扭矩；足夠的柔韌性以適應(yīng)鉆進(jìn)時(shí)的方向改變；還要盡可能地輕，以方便運(yùn)輸和使用；同時(shí)，還要耐磨損。 多數(shù)水平定向鉆進(jìn)技術(shù)要依靠準(zhǔn)確的鉆孔定位和導(dǎo)向系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，導(dǎo)向儀器的性能已有明顯改善，能獲得相當(dāng)高的精度。導(dǎo)向系統(tǒng)有幾種類型，最常用是“手持式跟蹤（walkover）”系統(tǒng)，它以一個(gè)裝在鉆頭后部空腔內(nèi)的探測(cè)器或探頭為基礎(chǔ)。探頭發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)由地面接收器接收，除了得到地下鉆頭的位置和深度外，傳輸?shù)男盘?hào)還包括鉆頭傾角、斜面面向角、電池電量和探頭溫度等等。這些信息通常也轉(zhuǎn)送到鉆機(jī)附屬接受器上，使鉆機(jī)操作者可直接掌握孔內(nèi)信息，從而據(jù)此做出必要的軌跡調(diào)整。手持式跟蹤系統(tǒng)的主要限制是：必須要直接到達(dá)位于鉆頭上部的地面，這一不足可采用有纜式導(dǎo)向系統(tǒng)或裝有電子羅盤(pán)的探頭來(lái)克服。有纜式導(dǎo)向系統(tǒng)用通過(guò)鉆桿柱的電纜從發(fā)射器向控制臺(tái)傳送信號(hào)。雖然纜線增加了復(fù)雜性，但由于不依靠無(wú)線電傳送信號(hào)，對(duì)鉆孔的導(dǎo)向可以跨越任何地形，且可用于受電磁干擾的地方。為使電子元件免受?chē)?yán)重動(dòng)載，一種基于磁性計(jì)的導(dǎo)向系統(tǒng)用于有沖擊作用的干式水平定向鉆進(jìn)系統(tǒng)上。系統(tǒng)的永久磁鐵裝在沖擊錘體上，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)即產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的強(qiáng)度及變化由地表磁力計(jì)探測(cè)，數(shù)據(jù)交由計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算出鉆頭的位置，深度及面向角。 大量的附屬和輔助設(shè)備在水平定向鉆進(jìn)施工中起著重要的作用。拉頭——拉管的拉頭類型很多，包括壓力密封式拉頭和專用于水平定向鉆進(jìn)的改進(jìn)型拉頭。水平定向鉆進(jìn)拉頭的一個(gè)重要作用是防止鉆進(jìn)液或碎屑進(jìn)入成品管，這對(duì)鋪設(shè)飲用水管特別重要。單動(dòng)接頭——單動(dòng)接頭（又稱旋轉(zhuǎn)接頭）是擴(kuò)孔和拉管操作中的基本構(gòu)件，應(yīng)設(shè)計(jì)成防止泥漿和碎屑進(jìn)入密封式軸承。單動(dòng)接頭的承載能力從低于5 t至200 t 以上。安全接頭——可使用安全接頭保護(hù)成品管，該接頭上有一系列在預(yù)定載荷下斷開(kāi)的銷釘，可根據(jù)成品管的允許拉伸載荷斷開(kāi)接頭。這種斷開(kāi)式接頭不僅可以減少因疏忽造成損失的風(fēng)險(xiǎn)，而且可防止操作者試圖追求高效率采用超過(guò)允許載荷回拉力。其它重要的附助設(shè)備包括：聚乙烯管焊接機(jī)、管道支護(hù)滾筒和電纜牽引器。在一些特殊條件下，還可采用管道頂推裝置輔助拉管。多數(shù)定向鉆機(jī)采用泥漿作為鉆進(jìn)液。鉆進(jìn)液可冷卻、潤(rùn)滑鉆頭、軟化地層、輔助破碎地層、調(diào)整鉆進(jìn)方向、攜帶碎屑、穩(wěn)定孔壁、回?cái)U(kuò)和拖管時(shí)潤(rùn)滑管道；還可以在鉆進(jìn)硬地層時(shí)為泥漿馬達(dá)提供動(dòng)力。常用的鉆進(jìn)液/泥漿是膨潤(rùn)土和水的混合物。導(dǎo)向孔施工完成后，泥漿可穩(wěn)定孔壁，便于回?cái)U(kuò)。鉆進(jìn)巖石或其它硬地層時(shí)，可用鉆進(jìn)液驅(qū)動(dòng)孔底“泥漿馬達(dá)”。一些鉆機(jī)采用空氣作為鉆進(jìn)液，又稱為“干式鉆進(jìn)工藝”。其操作簡(jiǎn)單，廢棄物少，不需要太多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，但受鋪管尺寸和地層條件的限制。與采用泥漿鉆進(jìn)工藝不同，干式鉆機(jī)施工采用高頻氣動(dòng)錘鉆進(jìn)。與采用泥漿鉆進(jìn)工藝一樣，干鉆的鉆頭也有一個(gè)斜面，當(dāng)在某個(gè)方位停止回轉(zhuǎn)沖擊鉆進(jìn)時(shí)，可控制鉆孔軌跡。鋪設(shè)小直徑的管道、導(dǎo)管或電纜線，可使用鑲有碳化鎢合金齒的錐形擴(kuò)孔器，這種擴(kuò)孔器安裝有空氣噴嘴，氣流通過(guò)鉆桿柱進(jìn)入，在回?cái)U(kuò)時(shí)空氣氣流清除鉆屑。對(duì)于大直徑管道鋪設(shè)，采用氣動(dòng)錘擴(kuò)孔器，同樣在其后部用單動(dòng)接頭連接管道。此時(shí)回?cái)U(kuò)孔起主要作用的是氣動(dòng)錘擴(kuò)孔器的沖擊作用，而不是鉆機(jī)的回拉力，而且回?cái)U(kuò)過(guò)程中可不回轉(zhuǎn)。4 施工技術(shù) 程序安排一項(xiàng)有效的施工設(shè)計(jì)應(yīng)有下列條目：準(zhǔn)備——過(guò)去施工情況的調(diào)查——設(shè)計(jì)計(jì)算——進(jìn)一步確認(rèn)設(shè)計(jì)、圖紙及計(jì)算——施工地層情況調(diào)查——施工測(cè)量——辦理施工許可證工程實(shí)施——測(cè)量入土點(diǎn)、出土點(diǎn)、鉆孔軌跡軸線和切點(diǎn)——鉆機(jī)場(chǎng)地準(zhǔn)備——進(jìn)場(chǎng)道路準(zhǔn)備——管子場(chǎng)地準(zhǔn)備——設(shè)備和人員調(diào)動(dòng)——管子卸車(chē)——管子焊接——壓力試驗(yàn)——減阻試驗(yàn)（如果需要）——連接拉管頭——焊縫測(cè)試——處理鉆桿的過(guò)度彎曲——實(shí)施鉆進(jìn)——鉆進(jìn)——調(diào)動(dòng)鉆機(jī)和人員——安放鉆機(jī)——準(zhǔn)備鉆進(jìn)液混合設(shè)備——鉆導(dǎo)向孔——通過(guò)鉆桿清洗鉆孔——分級(jí)擴(kuò)孔（根據(jù)需要）——拉管——去掉拉管頭——實(shí)施焊縫測(cè)試——實(shí)施減阻——施工配合——清理施工現(xiàn)場(chǎng)——撤走鉆機(jī)和人員或遷移到下一個(gè)工地 設(shè)計(jì)計(jì)算 一旦選擇確定了施工位置，就應(yīng)該對(duì)鉆孔軌跡作測(cè)量并準(zhǔn)備詳細(xì)的圖紙。鉆孔軌跡和基準(zhǔn)線的最后精度取決于測(cè)量資料的精度．：覆蓋深度 完成巖土勘察，確定了穿越的軌跡，就可確定穿越的覆蓋深度，需要考慮的因素包括鉆孔施工對(duì)地面道路、建筑物或河流的影響，以及對(duì)該位置已有的管線的影響。推薦穿越的最小覆蓋深度大于鉆孔最終擴(kuò)孔直徑的6倍以上；在穿越河床時(shí)，應(yīng)在河床斷面最低處之下5m米以上。入、出土角和曲率半徑 820176。的入、出土角適用于大多數(shù)的穿越工程。對(duì)地面始鉆式，入土角和出土角應(yīng)分別在6176。至20176。之間（取決于欲鋪設(shè)管的直徑等）。對(duì)坑內(nèi)始鉆式，入土角和出土角一般應(yīng)采用0176。或近似水平。進(jìn)行大曲率的彎曲以前最好鉆進(jìn)一段直線段。曲率半徑的確定由欲鋪設(shè)管的彎曲特性確定，管徑越大曲率半徑越大。鋪設(shè)鋼管的最小允許彎曲半徑可用下列公式計(jì)算。但是，為了利于鋪管，最小彎曲半徑應(yīng)盡可能大。Rmin=206DS / K2 (m)Rmin —最小彎曲半徑 (m)206—常數(shù) (Nm/mm2)D——管子的外徑 (mm)S—安全系數(shù)，S=1～2K2—管子的屈服極限 (N/ mm2)輔助參數(shù) 入土點(diǎn)或出土點(diǎn)與欲穿越的第一個(gè)障礙物之間的距離（例如道路、溝渠等）應(yīng)至少大于3根鉆桿的長(zhǎng)度。與水體的最小距離應(yīng)至少為5—6m，以保證不發(fā)生泥漿噴涌。從鉆進(jìn)技術(shù)方面考慮，第一段和最后一段鉆桿柱應(yīng)是直線的，即沒(méi)有垂直彎曲和水平彎曲，這兩段鉆桿柱的長(zhǎng)度應(yīng)至少為10m。入土點(diǎn)與出土點(diǎn)有高差時(shí)，應(yīng)專門(mén)另作討論。鉆進(jìn)測(cè)量與精度 孔內(nèi)測(cè)量工具是測(cè)量?jī)A角(上/下控制)、方位角(左/右控制)和深度等參數(shù)的電子裝置。鉆孔軌跡精度很大程度上取決于孔內(nèi)測(cè)量的精度。當(dāng)有干擾時(shí)，如：無(wú)線電發(fā)射臺(tái)、大型鋼結(jié)構(gòu)(橋梁、樁及其它管線等)和電力運(yùn)輸線，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。合理的鉆孔軌跡精度應(yīng)是：導(dǎo)向孔出口處左右177。1m，上下177。1m。鉆孔軌跡控制 鉆進(jìn)導(dǎo)向孔時(shí)，每2～3m應(yīng)進(jìn)行一次測(cè)量計(jì)算。工程承包商在這些測(cè)量計(jì)算基礎(chǔ)上作出鉆孔軌跡圖。管線壁厚—D/T經(jīng)驗(yàn)公式 下表給出了根據(jù)鋼管直徑選擇壁厚的推薦值，這些推薦值僅供設(shè)計(jì)時(shí)參考。在最后的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)計(jì)算應(yīng)力進(jìn)行選擇。直徑(D)mm 壁厚(T)mm≤152152305305762≥762 D/