水平定向钻进管线铺设工程.pdf

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1、 水平定向钻进管线铺设工程 一、基本规定（一）工程设计前应进行工程勘察，调查分析施工区域内有关各方面情况，充分掌握现场资料。（二）既有地下管线分布情况应查明。（三）定向钻铺管使用管材通常为钢管、PE 管和 PVC 管等，其材质及性能应符合国家有关现行标准及相应规定。（四）施工中所配制的钻进泥浆应根据地层条件合理使用，并做好环保、安全防护，文明施工。（五）施工时和施工完成后，铺设管线的上覆土层及相邻建筑物不得沉陷、坍塌或隆起，相邻或相交管线及地下构筑物不受损坏。（六）定向钻铺管设计、施工、监理等单位必须具有专业资质。（七）定向钻铺管施工操作人员必须经培训考核合格后，方能上岗操作施工，同时应遵守相

2、应的安全操作技术规程。（八）定向钻铺管工程质量应符合各类地下管线的质量标准。二、工程勘察（一）一般规定 1、定向钻铺管施工前应进行工程勘察。工程勘察应符合岩土工程勘察规范GB50021、岩土工程勘察规范DBJ13-84 和城市地下管线探测技术规程CJJ61 的规定。2、工程勘察时，应由建设单位（甲方或业主）提供以下相关资料：（1）管线工程平面图（1：2001：1000）；（2）既有管线地下管网图；（3）工程技术要求。3、工程勘察应包括工程地质、水文地质、地形、地貌、地面建（构）筑物及既有地下管线探测、管线铺设路由勘察等。（二）工程地质勘察 1、现场踏勘应查明地形、地貌、地面建（构）筑物对工程施

3、工的不利条件，应查清水域覆盖面积和深度，应查实有无影响施工的干扰源。2、定向钻铺管施工应通过工程勘察取得所要穿越地层的详细资料。3、工程勘察报告中，水文地质内容应包括：地下水类型、含水层性质、测定初见水位和稳定水位。当场地存在多层对工程有影响的地下水时，应分层测量地下水位，并查明主要含水层的分布规律，地下水补给和排泄条件，提供设计、施工所需的其他水文地质参数。4、需要进行岩土试验的项目应根据定向钻施工和所铺设的生产管线的要求来确定，试验项目应按岩土工程勘察规范GB50021、岩土工程勘察规范DBJ13-84的规定执行。5、勘探取样钻孔的平面钻孔位置和深度应符合下列规定：（1）勘探孔的位置应在定

4、向钻铺管的穿越线路两侧 35m 内，勘探孔结束施工后应进行灌浆封孔；（2）勘探孔数量的确定应按定向钻穿越长度及地层的复杂程度确定。在均质地层上布孔，可沿穿越路由方向进行，孔距 50100m；在地质构造复杂且地层不连续的情况下，应加密布孔；（3）一般情况下，勘探孔的深度应在定向钻铺管轨迹以下6m；（4）勘探孔钻进遇砂层、卵石层时，宜将该层穿透；（5）在必须采用降底地下水位进行施工的地域应查清地下含水层的厚度。（三）既有地下管线探测 1、既有地下管线探测，宜遵循下列程序：搜集资料现场踏勘（确定探测方法）实地调查（仪器探察、人工探察）地下管线图绘制报告书编写成果验收。2、既有地下管线探测的范围应不小

5、于穿越路由两侧5m，并查明既有地下管线的性质、类型及所在的地下空间位置。3、既有地下管线的探测应符合城市地下管线探测技术规程CJJ61 的规定。4、既有地下管线探测后，应通过地面标志物、检查井、闸门井、人孔、手孔等进行复核。（四）定向钻穿越路由勘察 1、定向钻穿越路由勘察应先进行初步勘察，以判断路由的可行性，最后确定穿越路由。2、沿穿越路由绘制施工断面图。3、穿越路由应安全适用、经济合理、技术可行，并明确起、止点位置及长度。4、穿越路由勘察应遵循下列原则：（1）输送可燃性介质管线应远离车站、桥梁及重要构筑物；（2）穿越河流宜选择在河段顺直、水流平缓、河床和坡岸稳定、两岸有足够施工场地的有利位置

6、；（3）应避开高压电塔、电站、变电站等高压危险区；（4）应避开不良地质和不利于施工的地形、地貌；（5）保护生态环境，少占农田、绿地等。三、工程设计（一）一般规定 1、定向钻铺管工程一般情况下宜按两阶段设计：初步设计和图件设计。2、对重大的、技术复杂的穿越工程应进行初步设计。初步设计应根据国家现行标准、规范，在充分调查研究基础上，结合管线的使用功能和建设方意见，优化设计方案。3、定向钻铺管施工图设计应包括下列内容：（1）工程概况：项目、地点、内容、主要工程量、计划施工周期；（2）既有地下管线；（3）施工方法、技术工艺；（4）施工机具及材料；（5）检验及验收标准。4、设计文件应提交施工图审查，审查

7、合格后方可使用。5、设计变更应填写设计变更通知书及变更内容，并经原审图机构审查确认后方可继续实施。（二）管材 1、定向钻铺设钢管应具有足够强度、韧性、良好的焊接性能和抗腐蚀能力。2、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，钢管最小壁厚可按下表选用。定向钻铺设常用钢管的最小壁厚表 管径（D）mm 管壁厚（T）mm 168 6 168273 68 273426 810 426630 1012 6301000 D/T50 经验公式 注：管径大于 630mm，小于 1000mm 的钢管设计的壁厚由计算确定。3、定向钻铺设 PE 管的主要设计标准应满足在给定压力条件下的流量要

8、求和铺设过程中的荷载（摩擦力、弯曲应力、浮力、水动力、张应力等）作用的总应力以及回拉力的要求。PE80、PE100 管材公称压力 SDR 值应按下表选用。PE80、PE100 聚乙烯管材公称压力和标准尺寸 标准尺寸比 SDR33 SDR26 SDR21 SDR17 SDR13.6 SDR11 公称压力（Mpa）PE80 0.40/0.60 0.80 1.00 1.25 PE100/0.60 0.80 1.00 1.25 1.60 注：SDR 指管径与壁厚的比值 4、PE 管材的物理力学性能应符合下表的要求。PE 管材物理力学性能 序号 物理力学性能 要求 1 断裂伸长率（）350 2 纵面回缩

9、率（110）3 3 氧化诱导时间（200）min 20 4 耐候性（管材累计接受3.5GJ/m2老化能量后）80静液压强度（165h）不破裂不渗透 断裂伸长率 350 氧化诱导时间（200）min 10 5 静液压强度（环向压力）Mpa 201h 11.80 80170h 3.90 6 质量（g/cm3）/0.93（三）导向孔轨迹设计 1、定向钻导向孔轨迹设计应包括下列内容：（1）钻孔类型和轨迹形式；（2）选择造斜点；（3）确定曲线段的曲率半径；（4）计算各孔段钻孔轨迹参数。2、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。其设计应根据生产管线技术要求、施工现场条件、施工机械等进行轨

10、迹综合组合。3、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下图进行。2L 2R 2L3R1 L11 第二曲线段直线段第一曲线段图5.3.3 一般形式的导向孔轨迹设计图 一般形式的导向孔轨迹设计图 图中：1入土角 2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下列公式计算。L1)h2(1Rh 1=2arctghRh12 L3)h2(2Rh 2=2arctghRh22 4、入土角应符合下列条件：（1）入土角应根

11、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 820。5、出土角应根据定向钻铺设管线类型、材质、管径确定：（1）小直径钢管的出土角宜为 015；（2）铺设较大管径的钢管第二曲线段轨迹变化点 C，宜选择在下管工作坑内。在场地条件满足情况下，第二曲线段应在下管工作坑内，可按下图选用；下管工作坑替代 第二造斜段 铺设较大管径钢管轨迹设计图（3）PE 管、PVC 管的出土角宜在 020。6、在地面上采用始钻式

12、钻机钻进导向孔时，第一直线段轨迹应是入土角的斜直线段，该段最小距离不应小于一根钻杆长度；大型设备该段距离不宜小于10m。7、定向钻铺设的管线与建筑物或既有地下管线的距离应符合下列规定：（1）铺设在建筑物基础以上时，与建筑物基础的水平净距不得小于1.5m；（2）铺设在建筑物基础以下时，与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外，尚应考虑土层扰动后的变化，扩散角不得小于45；（3）在建筑物基础下铺设管线时，必须经过验算后确定深度；（4）与既有地下管线水平铺设时，200mm 以上的管线，净距应为最大扩孔径的2 倍以上；200mm 以下的管线，净距不得小于 0.6m；（5）从既有地下管线上部交叉

13、铺设时，垂直净距应大于0.6m；（6）从既有地下管线下部交叉铺设时，垂直净距应符合下列要求：1）粘性土地层应大于扩孔直径的 1 倍；2）粉土地层应大于扩孔直径的 1.5 倍；3）砂土地层应大于扩孔直径的 2 倍；4）小直径管道（110mm）垂直净距不得小于 0.5m。（7）遇可燃性管道和特殊管线及弯曲孔段应考虑加大水平和垂直净距。若达不到上述距离时，应增设有效的技术安全防护措施。8、定向钻铺设钢管最小允许曲率半径应采用以下公式计算，也可用不小于1200D估算。Rmin206D2KS 式中：Rmin 最小曲率半径（m）206常数（Mpam）D钢管外径（mm）S安全系数，一般取 12 K2钢管屈服

14、极限（Mpa）9、定向钻铺设PE管的最小允许曲率半径可采用以下公式计算：2HED 式中：曲率半径（cm）E弹性模数（Mpa）DH管外径（cm）弯曲应力（Mpa）铺设 PE 管时，钻孔轨迹的曲率半径应同时满足钻杆的曲率半径。10、钻杆的曲率半径应由钻杆的弯曲强度值确定。根据工程实践经验，一般情况下钻杆弯曲半径为 1200D 以上（D 为钻杆外径）。（四）工作坑 1、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。2、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，支护方法和适用条件可按下表选用

15、。工作坑支护方法和适用条件 工作坑支护 适用条件 排桩、喷锚 土质比较松软，且地下水又比较丰富；渗透系数110-4cm/s 的砂性土，覆土深度较大时 钢板桩 土质比较好，地下水又较少，深度3m 时；渗透系数在 110-4cm/s 左右的砂性土 放坡 土质条件较好，地下水又较少，深度3m 时 注：1 工作坑距建筑物较近，应采取特殊措施；2 采用的支护方式，其整体刚度、稳定性和支撑强度必须通过验算；施工时应进行全过程位移观测；3 工作坑内降水方法，根据水文地质条件确定；4 放坡施工的工作坑，坡顶必须无荷载，余土应弃在 2m 以外；5 工作坑支护方式应符合建筑基坑支护技术规程JGJ120 中的有关规

16、定要求。（五）回拉力计算及定向钻机选择 1、定向钻回拉力宜按以下公式计算：F拉=Lf4D2泥-d1（D-1）+K粘DL 式中：F 拉计算的拉力（t）L穿越长度（m）f摩擦系数，0.10.3 D生产管直径（m）泥泥浆密度（t/m3）1生产管壁厚（m）K粘粘滞系数，0.010.03 2、定向钻机宜根据计算值的 1.53 倍来选择。四、工程施工（一）一般规定 1、定向钻铺管施工应符合设计要求，技术措施安全可行、减少环境污染、不破坏相邻管线与建筑物。2、定向钻铺管施工前，应制订施工组织设计或专项施工方案，并做好技术交底。3、材料进场时，应进行质量检验，并附有质量证明合格文件。（二）定向钻铺管钻机 1、

17、定向钻铺管钻机分类和技术性能可按下表选用。定向钻机分类及其技术性能 分类 小型 中型 大型 给进力或回拉力（kN）100 100450 450 扭矩（kNm）3 330 30 回转速度（r/min）130 100130 130 功率（kW）100 100180 180 钻杆长度（m）1.503.00 3.009.00 9.0012.00 给进机构 钢绳和链条 链条或齿轮齿条 齿轮齿条 铺管直径（mm）350 350600 6001200 铺管长度（m）300 300600 6001500 铺管深度（m）6 615 15 导向测量系统 手持式导向仪 手持式导向仪或随钻测量仪 随钻测量仪（三）定向

18、钻铺管施工 1、定向钻铺管施工设备安装应符合下列条件：（1）设备应安装在生产管中心线延伸的起始位置；（2）调整机架方位应符合设计钻孔轴线；（3）按设计入土角调整机架倾斜角度；（4）钻机定位后，应用锚杆锚固。土层坚硬且干燥可适用直锚杆；土层松散可采用砼基础或沉箱螺旋锚杆锚固定位。2、导向系统配置应根据机型、穿越障碍物类型、探测深度及现场测量条件等选用，使用前应符合以下要求：（1）操作人员应熟悉仪器性能、适用范围、操作方法；（2）导向仪应定期进行计量鉴定。施工前尚应进行现场校准，合格后方能使用。3、孔底钻具组合应按采用导向系统、土层条件、穿越深度等要求确定；孔底钻具组合形式可参照下表选用。孔底钻具

19、组合形式 定位系统 土层条件 钻具组合 手提步履式导向仪 软土层 提供倾角、方位角、深度的泥浆喷射铲式钻头、探头（棒）室及钻杆组合 中、硬土层 铣齿牙轮钻头、提供倾角、方位角、深度的方向控制的弯接头，探头（棒）室及钻杆组合 硬土或岩土层 铣齿牙轮钻头、预先安置的泥浆马达无磁钻铤和钻杆组合 有缆式导向仪 软土层 钻头、弯接头、浮动接动、装有探头（棒）的定向钻头、泥浆马达、无磁钻铤和钻杆组合 硬土或岩土层 钻头、泥浆马达、浮动接头、定向接头、无磁钻铤和钻杆组合 4、导向钻头类型和尺寸应按岩土类型、岩土层造斜能力、造斜配套工具等要求确定钻头类型和尺寸，可参照下表选用。钻头类型和尺寸 岩土类型 钻头类

20、型和尺寸 淤泥 较大掌面的铲形钻头 淤泥质粘土 中等掌面的铲形钻头 粘土 较小掌面的铲形钻头，掌面宽度应比探头室直径大 12mm 以上，铣齿钻头或马掌面冲击钻头 砂层 小锥形掌面铲形钻头 砂、卵、砾石层 镶焊硬质合金、中等尺寸弯接头钻头 岩层 孔底动力钻具 5、钻杆使用应符合下列要求：（1）向钻钻杆机械性能主要是强度和扭矩，其规格、型号应符合孔底钻具工作扭矩、钻机顶力及回拉生产管时总拉力要求；（2）钻杆曲率半径应不小于钻杆外径 1200 倍；（3）钻杆丝扣应保持洁净，旋扣前应涂上丝扣油；（4）弯曲和损伤钻杆不能使用，钻杆内应避免杂物进入。6、导向孔施工应符合下列要求：（1）钻机开启后应进行试运

21、转，确定机具各部分都运作正常后方可钻进；（2）第一根钻杆入土钻进时，应轻压慢转稳定入土位置，符合设计入土角后方可实施钻进；（3）导向孔钻进时，造斜段测量计算频率一般情况每 0.51.0m/次，直线段测量计算频率一般每根钻杆一次；测量参数应符合设计轨迹要求，且应按下列要求进行数据记录：1）采用手提步履式导向仪钻孔轨迹测量方法的现场记录内容，并按记录绘制钻孔轨迹剖面图。2）采用有缆式导向系统钻孔轨迹测量，钻孔轨迹监视和调控应随时观察计算机处理的随钻数据，且应进行采集。（4）曲线段钻进时，应按地层条件调整推进力，避免钻杆发生过度弯曲；（5）造斜段顶进时，一次顶进长度宜小于 0.51.0m，同时应观察

22、延伸长度顶角变量，顶角变量应符合钻杆极限弯曲强度要求，采取分段施钻，使延伸长度顶角应变化均匀；（6）导向孔相邻两测量点之间轨迹偏离误差不得大于终孔孔径，发现偏离误差应及时纠偏。7、终孔孔径应为设计铺设生产管径的 1.21.5 倍，终孔孔径可按下表选用。生产管径和终孔孔径的关系 生产管直径 D（mm）钻孔扩孔直径（mm）备注 200 D+100 经验数据 200600 D（1.21.5）600 D+（300400）8、扩孔钻头（扩孔器）小眼孔正常喷浆时，方能开始扩孔，严禁干扩。9、按配套扩孔钻头由小到大逐级扩孔。中、大型钻机在松软土层中扩孔，可跨越一级钻头直径扩孔。10、扩孔钻头类型选择可参照下

23、表选用。扩孔钻头适用的地层 钻头类型 适用地层 挤压型扩孔钻头 松软地层 切削型扩孔钻头 软土层 组合型扩孔钻头 地层适用范围较广，属普通型扩孔钻头 牙轮型扩孔钻头 硬土和岩石 11、扩孔中出现钻机扭矩、拉力异常时，应进行“洗孔”。12、回拉生产管进入钻孔时入孔角应和导向孔钻杆出土角一致，回拉作业应连续进行。13、应根据地形地貌及铺管长度、材质、管径等因素，确定是否需要开挖发送沟（道）或设置钢托架。管径大于 1m 时，宜进行回拉时浮力控制。管材环刚度不足，可采用加大管内气压以增加环刚度，并匀速拉管，避免出现孔内瞬间真空现象，造成孔内坍塌。14、拉管就位后，应对生产管两端进行封堵，避免异物进入管

24、内。完成连接、实验和检测后，应及时清理现场泥浆、渣土及废弃物，并按要求回填压实工作坑。15、定向钻进应按不同地层条件配制泥浆，泥浆性能指标应符合下列要求：（1）泥浆粘度应能确保孔壁稳定，并能将钻屑携带到地表。泥浆粘度可参照下表选用。泥浆粘度表 项目 管径 地质（s）粘土 亚粘土 粉砂 细砂 中砂 粗砂 砾砂 岩石 导向钻孔/3540 3540 4045 4550 5055 4050 扩 孔 及 回拖 426 以下 3540 3540 4045 4550 5055 4050 426711 4045 4045 4550 5055 5560 4555 7111016 4550 4550 5055 5

25、560 6080 5055 1016 以上 4550 5055 5560 6070 6585 5565（2）泥浆 PH 值控制在 810；（3）定向钻进在砂土和卵砾石中施工，配制泥浆应加入适量润滑剂；（4）定向钻进施工过程应保持稳定的泥浆环流；（5）泥浆应在专用搅拌容器或搅拌池中配制，从钻孔内返出的泥浆应符合下列处理要求：1）经沉淀池或泥浆净化设备处理后再利用；2）废弃泥浆应妥善处置。（6）定向钻施工应根据施工阶段选择泥浆压力和流量。（四）安全施工 1、进入施工现场生产人员必须进行安全培训教育，并了解施工现场地下设施和高空设施的位置和类型，做好危险源辨识，消除事故隐患。2、建立健全安全制度，认

26、真检查，监督执行。3、在高压电线、易燃、易爆及重要设施附近施工时，应取得相关主管部门的配合和支持，采取相应的安全防护措施，确保施工安全。4、穿越城市道路、公路、铁路、河流时，制定有效防护措施，并应派专人负责看护和指挥交通。5、施工场地应设置安全警示屏障，避免非施工人员进入现场，施工用电应设置漏电保护和防雷接地措施。6、施工人员应着装安全标志服，佩戴安全帽、手套、工作鞋及防护口罩等劳保品。7、夜间施工应安装有效的照明设备和耀眼的现场装置。8、现场施工各岗位人员必须保持良好的工作联系，用对讲机或其他通信方式联系工作时，信号不清晰时不得随意判定信号内容。9、钻机设备放置在边坡上施工，应采取措施防止滑

27、落、翻倒，雨天施工时应有防滑措施。10、生产管的焊（连）接过程应遵守相应的安全制度。11、施工现场应具有消防措施和设备。五、工程质量验收（一）一般规定 1、施工单位应由质检人员对工程质量进行检验，由建设单位、监理机构应对工程质量进行监督和检查。2、生产管材应符合下列要求：（1）应有产品合格、技术质量证明文件；（2）外观无缺陷、裂纹、弯曲、变形；（3）材质的物理性能应符合国家现行有关标准规定；（4）焊接材料和焊接设备应符合设计要求。当设计无要求时，焊接材料和焊接设备应与选用管材相匹配。3、铺设后管线纵、横断面位置应符合设计要求。4、定向钻铺设不同生产管类型，应按符合相应管道的要求进行验收。（二）

28、试验与检测 1、复测导向钻孔起迄点的平面位置和高程。2、导向孔轨迹测量应采用导向仪随钻测控深度、顶角、方位角、工具面向角等基本参数。3、实钻导向孔轨迹应符合设计轨迹要求，偏差应在设计允许范围内。4、配制泥浆现场检测应包括下列内容：（1）采用 PH 值试纸检测配浆用水的 PH 值；（2）采用泥浆密度计或泥浆密度秤检测泥浆密度；（3）采用马氏漏斗检测泥浆粘度；（4）采用气压式失水仪检测泥浆失水量。5、钢管焊缝质量应符合现场设备工业管道焊接工程及验收规范GB50236 的有关规定。6、PE 管连接的质量应符合相关技术标准的规定。7、根据定向钻铺设的生产管类型，应按相应的检验方法进行质量验收。（1）铺

29、设通信管和电力管（管内径98mm）的工程，宜选用定径（长）试通棒检测验收：1）定径试通棒可选用木质或铁质材料制作；2）定径试通棒的直径可用 D 为 1.25d 确定，其中 D生产管的公称内径，d试通棒直径；3）定径试通棒长度为 0.45m。（2）铺设通信管和电力管（管内径98mm）的工程，宜选常用的玻璃钢质制成的通管器检测验收，通管径直径为 15mm；（3）铺设给水、排水管道工程检测验收，轴线偏差小于100mm、管内底高程偏差小于50mm。管道严密性试验和允许渗水量应按 给水排水管道工程施工及验收规 范GB50268 执行；（4）铺设城镇燃气管工程检测验收应按城镇燃气输配工程施工及验收规范CJ

30、J3 执行；（5）铺设油气长输管道工程检测验收应按 油气长输管道工程施工及验收规范GB50369 执行；（6）铺设城镇供热管道工程检测验收，应按城镇供热管网工程施工及验收规范CJJ28 执行。（三）工程竣工验收 1、工程竣工验收应在施工单位自检合格后进行，由建设、勘察、设计、监理、施工等单位共同参与完成。2、竣工验收前，施工单位应编制竣工报告，其内容包括：（1）工程概况、工程项目、工程设计要求、具体工程量、开工及竣工日期；（2）工程地理位置、工程地质水文条件及原地下管线分布情况；（3）施工方法及主要施工机具；（4）施工工艺及施工过程质量控制；（5）检验程序、内容及质量评定；（6）结论与建议；（7）竣工图：平面图、纵横剖面图及其他附图。3、竣工后工程文件及施工记录（管材资料、图纸会审、技术交底或洽商记录、设计变更通知书、隐蔽工程签证记录、预（决）算书、施工组织设计、竣工资料、工程合同书等）的归档管理，建立定向钻铺管信息库。4、工程竣工后应进行质量跟踪。