【正文】 中國非開挖技術(shù)協(xié)會 水平定向鉆進管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范關(guān)于非開挖水平定向鉆進管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范1．總則。為規(guī)范我國水平定向鉆進穿越鋪設(shè)工程施工市場，統(tǒng)一施工技術(shù)質(zhì)量標準，中國非開挖技術(shù)協(xié)會特制定本規(guī)范。水平定向鉆進穿越鋪設(shè)管線工程無論大小，都必須進行設(shè)計和施工的質(zhì)量控制。中國非開挖技術(shù)協(xié)會希望通過應(yīng)用本規(guī)范，提高我國水平定向鉆進穿越鋪設(shè)管線技術(shù)水平；提高工程承包商的施工質(zhì)量和效益。 中國非開挖技術(shù)協(xié)會推薦本規(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)主進行業(yè)務(wù)協(xié)商、工程承包商進行施工管理及其質(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 非開挖技術(shù)（Trenchless Technology）以最小的地表開挖量進行各種地下管線探查、鋪設(shè)、更換和修復的施工技術(shù)。 水平定向鉆進（Horizontal Directional Drilling—HDD）利用水平定向鉆機以可控鉆進軌跡的方式，在不同地層和深度進行鉆進并通過定位儀導向抵達設(shè)計位置而鋪設(shè)地下管線施工的施工方法。施工時，首先用導向鉆具鉆進小口徑的導向孔；然后用回擴鉆頭將鉆孔擴大至所需的口徑；最后將生產(chǎn)管拉入孔內(nèi)。（注：包括導向鉆進）。 頂進/起始工作坑（Drive/Entry Shaft/Pit）為布置水平定向鉆進施工存儲泥漿而開挖的工作坑。 接受/出口工作坑（Reception/Exit Shaft/Pit）為回收水平定向鉆進施工中排出的泥漿而開挖的工作坑，有稱目標工作坑（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）管線的非開挖施工。 鉆進液/泥漿（Drilling Fluid/Mud）通常指水和澎潤土或聚合物的混合物。 導向孔（Pilot Hole）水平定向鉆進施工時,首先利用導向儀測控鉆孔方向鉆進的小口徑鉆孔。 入口/出口傾角（Entry/Exit Angle）在進行水平定向鉆進時，鉆桿柱進入地層或從地層鉆出的傾角。 回擴水平定向鉆進時，鉆完導向孔后，往往需要擴大鉆孔直徑，此時將回擴鉆頭接在鉆桿柱的前端往回拉進行擴孔的施工工序。 回擴鉆頭（Back Reamer）水平定向鉆進施工時，鉆完導向孔后，用于擴大導向孔、接在鉆桿柱前端的切削頭。 回拉（Pullback）水平定向鉆進施工時，經(jīng)擴大的鉆孔將鉆桿柱從出口坑向回拉到發(fā)射坑，同時鋪設(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)射出來的電磁波信號位置和強度的電子儀器，也可用于探測地下管線的位置。 隨鉆測量（Measurement While Drilling—MWD）在鉆進的同時連續(xù)不斷地檢測有關(guān)鉆孔信息的測量技術(shù)。3．技術(shù)概述始于二十世紀七十年代的水平定向鉆進穿越技術(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技術(shù)。這項技術(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、機場跑道、海灘、島嶼、建筑物擁擠的地方、管線通道和運河等的石油、天然氣、自來水、污水及其它流體的管線鋪設(shè)和電力與電訊電纜的導管鋪設(shè)等。在非開挖技術(shù)行業(yè)中，水平定向鉆進是主要的增長領(lǐng)域之一。目前，在石油、天然氣、自來水、電力和電信部門，水平定向鉆進已是一種得到廣泛認可的鋪管施工技術(shù)，由于水平定向鉆進施工精度的提高，也可用于污水管和其它重力管線的鋪設(shè)。水平定向鉆進穿越與其它施工方法相比，對環(huán)境的影響最小，能提供障礙物下管線覆蓋的深度大，對管線的保護作用大，維修費用小，許多情況下費用更低。水平定向鉆進穿越還有一個可預測的短期施工計劃。水平定向鉆進穿越鋪設(shè)管線技術(shù)正在全世界廣泛推廣。迄今為止，水平定向鉆進最長的穿越距離為2308米（鋪設(shè)管徑273毫米，中國）。水平定向鉆進用于均質(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越多。水平定向鉆進穿越鋪設(shè)施工普遍采用：首先鉆進導向孔，然后擴孔，最后回拉鋪管的施工技術(shù)工藝（）。 導向孔鉆進一般采用小直徑全面鉆頭，進行全孔底破碎鉆進。在鉆頭底唇面上或鉆具上，安裝有專門的控制鉆進方向的機構(gòu)。在鉆具內(nèi)或在緊接其后部位，安裝有測量探頭。鉆進過程中，探頭連續(xù)或間隔地測量鉆孔位置參數(shù)，并通過無線或有線的方式實時地將測量數(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?shù)募夹g(shù)措施調(diào)整孔內(nèi)控制鉆進方向的機構(gòu)，從而人工控制鉆孔的軌跡，達到設(shè)計要求。常用的孔內(nèi)控制鉆進方向的機構(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，如常鉆頭唇面是一個斜面，當鉆頭連續(xù)回轉(zhuǎn)時鉆進直孔，保持鉆頭不回轉(zhuǎn)加壓時，則鉆孔鉆進偏斜。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)采用鉆進液噴射輔助破碎方式鉆進。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方向。這類方法導向鉆進鉆桿是不回轉(zhuǎn)的，鉆頭破碎巖石的扭矩，來自于鉆頭后部的孔底動力機，如螺桿馬達或渦輪馬達。這類方法通常用于鉆進巖石等硬地層。 導向孔完成后，必須將鉆孔擴大至適合成品管鋪設(shè)的直徑。一般，在鉆機對面的出口坑將擴孔器連接于鉆桿上，再回拉進行回擴，在其后不斷地加接鉆桿。根據(jù)導向孔與適合成品管鋪設(shè)孔的直徑大小和地層情況，擴孔可一次或多次進行。推薦最終擴孔直徑按下式計算：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)驗系數(shù)，一般K1=～，當?shù)貙泳|(zhì)完整時，K1取小值，當?shù)貙訌碗s時，K1取大值。 擴孔完成后，即可拉入需鋪設(shè)的成品管。管子最好預先全部連接妥當，以利于一次拉入。當?shù)貙忧闆r復雜，如：鉆孔縮徑或孔壁垮塌，可能對分段拉管造成困難。拉管時，應(yīng)將擴孔器接在鉆桿上，然后通過單動接頭連接到管子的拉頭上，單動接頭可防止管線與擴孔器一起回轉(zhuǎn)，保證管線能夠平滑地回拖成功。 水平定向鉆進鋪設(shè)管線施工工藝過程 鉆機根據(jù)工作位置分為兩類：地表始鉆式和坑內(nèi)始鉆式。地表始鉆式鉆機具有行走機構(gòu)，方便遷移。鋪管施工時，可不需要起始坑和出口坑，但管線連接時需要開挖。如果要求在地下相同深度連接其它管線，可能會浪費幾米新管。地表始鉆式鉆機有幾種樁定方式錨固鉆機，性能完善的鉆機樁定系統(tǒng)是液壓驅(qū)動的。一些地表始鉆式鉆機是整裝式的，載有鉆進液用攪拌池和泵，以及動力輔助裝置、閥和控制系統(tǒng)，有的還配置有鉆桿自動裝卸系統(tǒng)，定長的鉆桿裝在一個“傳送盤”上，隨鉆進或回擴的過程自動地從鉆桿柱上加、減鉆桿；有的攪拌池和泵等設(shè)備是分離配置的。坑內(nèi)始鉆式鉆機一般體積較小，施工時在鉆孔的兩端都需要挖坑，可在操作空間受限的地方使用。坑內(nèi)始鉆鉆機固定在發(fā)射坑中，利用坑的前、后壁承受回拉力和給進力。一些設(shè)計緊湊的鉆機的起始坑，比接鉆桿所需的坑稍大一點即可。鉆桿單根長度受坑的尺寸限制，這對鋪設(shè)速度和鉆桿成本造成影響。 鉆桿要求有很高的物理機械性能，必須有足夠的軸向強度承受鉆機給進力和回拖力；足夠的抗扭強度承受鉆機施加的扭矩；足夠的柔韌性以適應(yīng)鉆進時的方向改變；還要盡可能地輕，以方便運輸和使用；同時，還要耐磨損。 多數(shù)水平定向鉆進技術(shù)要依靠準確的鉆孔定位和導向系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的進步，導向儀器的性能已有明顯改善，能獲得相當高的精度。導向系統(tǒng)有幾種類型，最常用是“手持式跟蹤（walkover）”系統(tǒng)，它以一個裝在鉆頭后部空腔內(nèi)的探測器或探頭為基礎(chǔ)。探頭發(fā)出的無線電信號由地面接收器接收，除了得到地下鉆頭的位置和深度外，傳輸?shù)男盘栠€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)送到鉆機附屬接受器上，使鉆機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：必須要直接到達位于鉆頭上部的地面，這一不足可采用有纜式導向系統(tǒng)或裝有電子羅盤的探頭來克服。有纜式導向系統(tǒng)用通過鉆桿柱的電纜從發(fā)射器向控制臺傳送信號。雖然纜線增加了復雜性，但由于不依靠無線電傳送信號，對鉆孔的導向可以跨越任何地形，且可用于受電磁干擾的地方。為使電子元件免受嚴重動載，一種基于磁性計的導向系統(tǒng)用于有沖擊作用的干式水平定向鉆進系統(tǒng)上。系統(tǒng)的永久磁鐵裝在沖擊錘體上，當其旋轉(zhuǎn)時即產(chǎn)生磁場，磁場的強度及變化由地表磁力計探測，數(shù)據(jù)交由計算機處理，計算出鉆頭的位置，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的改進型拉頭。水平定向鉆進拉頭的一個重要作用是防止鉆進液或碎屑進入成品管，這對鋪設(shè)飲用水管特別重要。單動接頭——單動接頭（又稱旋轉(zhuǎn)接頭）是擴孔和拉管操作中的基本構(gòu)件，應(yīng)設(shè)計成防止泥漿和碎屑進入密封式軸承。單動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成品管，該接頭上有一系列在預定載荷下斷開的銷釘，可根據(jù)成品管的允許拉伸載荷斷開接頭。這種斷開式接頭不僅可以減少因疏忽造成損失的風險，而且可防止操作者試圖追求高效率采用超過允許載荷回拉力。其它重要的附助設(shè)備包括：聚乙烯管焊接機、管道支護滾筒和電纜牽引器。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)定向鉆機采用泥漿作為鉆進液。鉆進液可冷卻、潤滑鉆頭、軟化地層、輔助破碎地層、調(diào)整鉆進方向、攜帶碎屑、穩(wěn)定孔壁、回擴和拖管時潤滑管道；還可以在鉆進硬地層時為泥漿馬達提供動力。常用的鉆進液/泥漿是膨潤土和水的混合物。導向孔施工完成后，泥漿可穩(wěn)定孔壁，便于回擴。鉆進巖石或其它硬地層時，可用鉆進液驅(qū)動孔底“泥漿馬達”。一些鉆機采用空氣作為鉆進液，又稱為“干式鉆進工藝”。其操作簡單，廢棄物少，不需要太多的現(xiàn)場設(shè)備，但受鋪管尺寸和地層條件的限制。與采用泥漿鉆進工藝不同，干式鉆機施工采用高頻氣動錘鉆進。與采用泥漿鉆進工藝一樣，干鉆的鉆頭也有一個斜面，當在某個方位停止回轉(zhuǎn)沖擊鉆進時，可控制鉆孔軌跡。鋪設(shè)小直徑的管道、導管或電纜線，可使用鑲有碳化鎢合金齒的錐形擴孔器，這種擴孔器安裝有空氣噴嘴，氣流通過鉆桿柱進入，在回擴時空氣氣流清除鉆屑。對于大直徑管道鋪設(shè)，采用氣動錘擴孔器，同樣在其后部用單動接頭連接管道。此時回擴孔起主要作用的是氣動錘擴孔器的沖擊作用，而不是鉆機的回拉力，而且回擴過程中可不回轉(zhuǎn)。4 施工技術(shù) 程序安排一項有效的施工設(shè)計應(yīng)有下列條目：準備——過去施工情況的調(diào)查——設(shè)計計算——進一步確認設(shè)計、圖紙及計算——施工地層情況調(diào)查——施工測量——辦理施工許可證工程實施——測量入土點、出土點、鉆孔軌跡軸線和切點——鉆機場地準備——進場道路準備——管子場地準備——設(shè)備和人員調(diào)動——管子卸車——管子焊接——壓力試驗——減阻試驗（如果需要）——連接拉管頭——焊縫測試——處理鉆桿的過度彎曲——實施鉆進——鉆進——調(diào)動鉆機和人員——安放鉆機——準備鉆進液混合設(shè)備——鉆導向孔——通過鉆桿清洗鉆孔——分級擴孔（根據(jù)需要）——拉管——去掉拉管頭——實施焊縫測試——實施減阻——施工配合——清理施工現(xiàn)場——撤走鉆機和人員或遷移到下一個工地 設(shè)計計算 一旦選擇確定了施工位置，就應(yīng)該對鉆孔軌跡作測量并準備詳細的圖紙。鉆孔軌跡和基準線的最后精度取決于測量資料的精度．：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地面道路、建筑物或河流的影響，以及對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孔直徑的6倍以上；在穿越河床時，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）。對坑內(nèi)始鉆式，入土角和出土角一般應(yīng)采用0176?；蚪扑?。進行大曲率的彎曲以前最好鉆進一段直線段。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) 入土點或出土點與欲穿越的第一個障礙物之間的距離（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，即沒有垂直彎曲和水平彎曲，這兩段鉆桿柱的長度應(yīng)至少為10m。入土點與出土點有高差時，應(yīng)專門另作討論。鉆進測量與精度 孔內(nèi)測量工具是測量傾角(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)測量的精度。當有干擾時，如：無線電發(fā)射臺、大型鋼結(jié)構(gòu)(橋梁、樁及其它管線等)和電力運輸線，會影響測量結(jié)果。合理的鉆孔軌跡精度應(yīng)是：導向孔出口處左右177。1m，上下177。1m。鉆孔軌跡控制 鉆進導向孔時，每2～3m應(yīng)進行一次測量計算。工程承包商在這些測量計算基礎(chǔ)上作出鉆孔軌跡圖。管線壁厚—D/T經(jīng)驗公式 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)計時參考。在最后的設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)計算應(yīng)力進行選擇。直徑(D)mm 壁厚(T)mm≤152152305305762≥762 D/