1 长输管线定向钻施工的特点

定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短、人员少、成功率高和施工安全可靠等特点。易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，并且可以使管线绕过地下的障碍物。定向钻埋深一般达到三米以下，穿越河流时，一般埋深在河床下7-18米，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，所以起到自然防腐和保温的功用。与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在复杂地段施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低，施工速度快。

2 长输管线定向钻穿越施工的工艺

定向钻穿越施工工艺一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线路由钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将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。

具体如下：

2.1 钢管预制：在离定向钻穿越的出土点约5m处，布管预制成品，长度大于设计长度约3～5m，焊接后经过外观、无损检测合格后按规范中的要求进行耐压和严密性试验。并在定向钻穿越回拖前一星期进行焊口防腐，并对预制成品管道进行电火花防腐检漏，放置滚轮托架上备用。

只有当受到布管场地限制时可采用二接一或多接一布管方式，即平行布置二排和多排成品管。

2.2 钻导向孔： 钻机被安装在入土点一侧，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，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、测量和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。

2.3 预扩孔和回拖预制管线：一般情况下，直径大于200毫米时，就要进行预扩孔，视具体的钻机型号和地质情况确定预扩孔的直径和次数。由于在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。

2.4 回拖预制管线：地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，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，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1.5倍，一般不会损伤防腐层。

3 整条定向钻和定向钻“多接一”工艺的区别及风险控制要素

“多接一”回拖定向钻穿越就是当第一排成品管回拖与第二成品管首尾相接时，暂停回拖，第一排预制管回拖与第二排预制管进行焊接、无损检测和防腐补口，完毕后再继续回拖，以此类推将管线回拖至入土点为止。由于“多接一”回拖定向钻可停留的一般控制在时间为5个小时内，这5个小时里以焊接占用时间为最长，万一焊接质量不合格进行返修，那么将影响到管道回拖的成功率，这也是定向钻“多接一”风险所在。

3.1 整条定向钻穿越和“多接一”回拖定向钻穿越的区别

3.1.1 流程的区别 整条定向钻

3.1.2 施工方法的区别 定向钻“多接一”与整体回拖定向钻穿越在施工工序上主要是增加了两（几）段布管、中途焊接、无损检测及防腐补口。其中两段布管及管道中途焊接是最为关键的步序，体现了“多接一”的内涵。“多接一”回拖定向钻除整条定向钻穿越具有的特征外，主要是将回拖的钢管分两段及多段进行布管、组对、焊接、无损检测、防腐补口及水压试验。因此各项工序之间必须紧密衔接，只有合理安排好各工序之间的衔接，定向钻“多接一”才能顺利实施。随后再进行管道的回拖直至回拖结束。

3.2 风险控制 除了地质地貌等客观因素，“多接一”回拖定向钻时钻机可停顿的时间不能过长（约为5个小时），在这5个小时里必须完成管道焊接、无损检测、防腐补口后才能进行管道的回拖。因此各项工序之间必须紧密衔接，否则一旦由于时间的延误导致钻机卡钻，那么造成的损失往往是不可估量的。

那么如何规避和控制“多接一”回拖定向钻的风险，我们还是应从技术上、管理上加大施工控制和管理，规避风险，才能保证穿越的成功。具体控制如下：

3.2.1 施工方案的确定 定向钻施工前应进行工程勘察。工程勘察应按《岩土工程勘察规范》GB50021、《岩土工程勘察规范》DBJ13-84和《城市地下管线探测技术规程》，进行地质勘测及地下管道的排查：收集现场交通、水源、电源、施工运输道路、施工场地等资料；与其他部门（通信、电力、给排水等）核对地下管道，并用探测仪确定定向钻施工路线位置的其他管道的种类、结构、位置走向及埋深；用地质勘探钻取样或用局部开挖的方法，取得定向钻施工路线位置的地下土层分布、地下水位、土壤和水分的酸碱度等资料。只有在勘测结果表明现场土质较好，方可进行“多接一”回拖定向钻穿越。如有砂层不宜采用“多接一”回拖定向钻穿越，且整体回拖定向钻长度尽量减少，甚至采用分几段整体回拖定向钻进行穿越。

采用泥浆扩孔回拉的钢管，其壁厚应根据埋深、回拉长度和土层条件等确定。

施工前要仔细察看现场，确定合理的焊接位置。布管时应打土墩，两段低中间高的方法，有利管道试压时的余水排净。最佳位置为离出土点40米进行焊接。焊接位置尽量选择在平地较高处，避免在低洼和积水处。

定向钻导向孔轨迹宜由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成。其应根据管线技术要求、施工现场条件、施工机械等进行轨迹综合组合。

定向钻铺设钢管最小允许曲率半径应采用公式（式1）计算，也可用不小于1200D估算。

在穿越长度和工艺条件许可的条件下，“多接一”回拖定向钻穿越管道曲率半径应尽量取大一些，以管道的直径1500倍为宜，但最小曲率半径不应小于300m。穿越管道在入土点之后20m～30m内应为直管段。

3.2.1.1 定向钻导向孔轨迹设计可采用作图法或计算法确定：

①作图法：入、出土角和曲线段的确定可按图进行。

图中：α1——入土角

α2——出土角

A——入土点

D——出土点

B——第一曲线段和直线段轨迹变化点

C——直线段和第二曲线段轨迹变化点

h——轨迹（铺管）深度

L1+L2+L3——定向钻铺管水平长度

②计算法：入、出口角和曲线段的计算可按本上图及下列公式计算。

入土角应符合下列条件：①入土角应根据机具设备性能确定。②入土角应根据施工场地条件确定。③入土角应根据穿越路由上既有地下管线（构筑物）的分布情况确定。④入土角（点）距穿越障碍物起点的距离应能完成造斜段的钻进。⑤入土角（点）应能达到铺管深度要求。⑥入土角宜为6°～10°度为宜，“多接一”回拖定向钻时取小值。⑦出土角宜为4°～10°，“多接一”回拖定向钻时也取小值。

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设计和专业规范要求；当设计和专业规范无特殊要求时。

工作坑： 定向钻铺管应根据场地条件、管线类型、管径、材质、埋深、地质条件、既有地下管线分布情况及定向钻施工的设计参数确定工作坑的形状、大小和深度。工作坑支护形式分有钢板桩、钢筋混凝土排桩、喷锚支护及放坡支护等。

3.2.1.2 回拉力计算及定向钻机选择 定向钻回拉力宜按公式（2）计算：

定向钻机宜根据式2计算值的1.5～3倍来选择。采用“多接一”回拖定向钻穿越取3倍。

3.2.2 人员配备 整体回拖定向钻只需要一个定向钻机组即可，不需要配备管道施工机组。而“多接一”回拖定向钻要在回拖连头过程中，还需配备管道焊接、防腐机组。同时也要求回拖连头时对口管工和施焊焊工的技能较高和心理素质稳定：

3.2.3 机具配备 “多接一”回拖定向钻较整体回拖定向钻时主要增加中途焊接、防腐等工序，因此在设备上主要增加焊接、防腐补口等设备。同时在“多接一”回拖定向钻前要对焊机和发电机进行检查和保养以确保焊接顺利进行

3.2.4 材料配备上 “多接一”回拖定向钻穿越过程中对材料配备上也是有一定的要求，主材的选择：回拖连口的管材要进行选择，主要选择壁厚和圆周长相近的钢管，我们以Φ813X14.3为例，依据GB/T9711.1-1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分A级钢管》规定Φ813X14.3规格的钢管为例：

直径误差允许在1%，（即8.13mm），圆度误差允许在1%，（即8.13mm），壁厚误差在上偏差19.5%（即2.788mm），下偏差在-8%（-1.14mm）绝对值差为3.93mm。GB 50369-2006《油气长输管道工程施工及验收规范》规定的错口和错口校正要求：当壁厚14mm<t≤17mm时，不大于2mm；由于连口采用外对口器，为保证连口的焊接质量和缩短对口时间，特别是大口径钢管，在连口的钢管选择我们做了如下规定：控制连口的钢管之间的钢管相对直径误差（φ813x14.3规格的直径即1.6mm，周长在5mm内）；壁厚误差控制在0.8mm；由于连口因做强度和严密性试验后需要火焰切割，切割采用自动径向切割机，切割后采用打磨和冷压力矫正，控制圆度误差允许在0.2%（即2mm）。< p=""></t≤17mm时，不大于2mm；由于连口采用外对口器，为保证连口的焊接质量和缩短对口时间，特别是大口径钢管，在连口的钢管选择我们做了如下规定：控制连口的钢管之间的钢管相对直径误差（φ813x14.3规格的直径即1.6mm，周长在5mm内）；壁厚误差控制在0.8mm；由于连口因做强度和严密性试验后需要火焰切割，切割采用自动径向切割机，切割后采用打磨和冷压力矫正，控制圆度误差允许在0.2%（即2mm）。

辅材的选择：焊接用的焊丝选用原封未开封的焊丝和焊条，预热的气体选用满瓶装的。

3.2.5 气候和环境的要求 “多接一”回拖定向钻穿越过程前要收集当地的气象信息，避免在大风大雨潮湿的恶劣天气中进行，如无法避免应准备好放雨设施，如：防风防雨棚。“多接一”回拖定向钻穿越过程中头道钢管回拖是在一般设定在上午和清晨，这样有利途中焊接时间控制在上午10点和下午20点之间。

4 施工过程的控制

4.1 施工协调 “多接一”回拖定向钻穿越过程中的施工协调是保证穿越成功的重要措施。管道中途焊接与检测、防腐等工序衔接不好，那么穿越的后果将不堪设想。为了把协调工作落到实处，在施工前由项目部组织召开“多接一”回拖定向钻的专题会议，明确各个机组各自的职责。要求在开工当天，提前进入施工现场，进行机具设备布置。尽可能采用搭接工序，在焊接开始时由监理通知检测单位在指定施工区域待命。只有协调好各工序之间的衔接，才能确保“多接一”回拖定向钻顺利进行。

4.2 管道中途焊接 本穿越工程中管道焊接质量的好坏将影响到管道回拖的进度，因此焊接时派线路上焊接合格率最高的焊工进行焊接，焊接时的环境温度必须在0℃以上，焊接时的风速不应超过8m/s，当超过8m/s时，要采取防风措施。焊接时1m范围内的区域，大气相对湿度应不超过90%。特别在雨天应在防风棚内施工，并要对管口进行干燥处理，以确保湿度要求。这样可以确保焊接一次成功。

4.3 泥浆控制 管道回拖是“多接一”回拖定向钻穿越的关键一步。由于“多接一”回拖定向钻穿越工艺对泥浆性能要求不同于整条穿越，由于钻机中途停顿，如果泥浆的流动性不好，其悬浮和携带泥屑的作用就会大打折扣，钻具切削下来的泥屑就可能大量地沉积在孔内，从而增加管道二次回拖阻力。

因此对泥浆的性能提出了非常高的要求，要使泥浆达到以下要求：①泥浆具有良好的造壁功能；②低的降失水性；③好的成孔性；④好的流动性；⑤合适的泥浆比重：泥浆配置根据地质不同而不同，但对粘度的要求是非常高的，不应低于50s。泥浆PH值控制在8～10。

5 “多接一”回拖定向钻推广前景

由于能源紧缺，高效、清洁的天然气开发能缓解能源紧张的局面，尤其是在浙江等经济发达地区，这几年管道及复线管道安装也在紧锣密鼓的开展，同时开挖工作进行各类地下管线施工导致的社会问题和环境污染问题已越来越受关注，政策处理的成本越来越高，因此管道定向钻穿越工程量势必增加，这对于推广“多接一”回拖定向钻非常有利。