關于燃氣管道水平定向鉆穿越的設計要點探討

陸海宇

摘要：本文主要闡述了燃氣管道水平定向鉆穿越設計應該遵循的基本原則和相關設計規范。提出了工程測量和地質鉆探在燃氣管道水平定向鉆設計中的基本要求，分析了燃氣管道水平定向鉆穿越的設計要點。希望通過本文的分析，為相關設計人員提供依據和思路，以供參考。

關鍵詞：燃氣管道；水平定向鉆穿越；設計要點

燃氣管道的敷設不時需穿越河道、鐵路、箱涵等障礙物，同時明槽開挖敷設管道所導致的社會、交通及環境污染等問題也越來越受人民的關注。水平定向鉆HDD（Horizontal Directional Drilling）技術，因其自身特點在應對上述兩方面問題時具有顯著的優勢。

1.水平定向鉆穿越技術概述及優勢

1.1水平定向鉆敷管技術概述

水平定向鉆敷管技術是管道敷設中的一種新型技術，采用非開挖方式，利用水平定向鉆機在不同深度以及不同地層的環境下進行鉆進，并結合導向儀達到精準的設計位置。在施工中可按照預先設定的軌跡鉆取一個導向孔，再將擴孔器安裝在導向孔出口端的鉆桿頭部，進行擴孔處理。擴孔達到一定的標準后，將管道、旋轉接頭以及拉管頭連接在擴孔器的后端，進行回拉敷設地下管道。

1.2水平定向鉆敷管技術的優勢

該項技術較傳統的管道敷設技術有以下幾點優勢：①縮短了施工進度，運用該技術進行管道敷設可實現較長的穿越長度和較大的深度，施工速度較快。②提高了施工質量，導向精準，不僅具有較高的效率，還對施工的質量具有一定的保障。③確保了施工的安全性，運用該技術規避了傳統施工過程中施工難的問題，也有效降低了施工中安全事故的發生率。④不損壞地面構筑物，不影響交通、航運，減少環境污染，而且工程造價低，有顯著的社會效益和經濟效益。

2.燃氣管道水平定向鉆設計前期的相關要求

在水平定向鉆設計前期，設計單位應嚴格按照《城市燃氣設計規范》、《輸氣管道設計規范》、《巖土工程勘察規范》等提出工程測量及地質鉆探方面的相關要求。

1）要求提供的平面地形圖的比例為1：500或1：1000，斷面圖的豎向比例為1：100或1：200，縱向比例為1：500或1：1000。

2）要求提供管線穿越段的地質勘探報告，包含水文地質、巖土力學指標、地質斷面圖、柱狀圖等資料。在給地勘單位布置勘測鉆孔點時，一般可取管道中心兩側約20～30cm處，每50m交叉布置。若遇到環境復雜的土質條件，可適當增加鉆探孔的密度。勘探鉆孔分為控制鉆孔及一般鉆孔，控制鉆孔一般占勘探鉆孔總數的1/2～2/3。勘探鉆孔的深度一般可取河床底或路面下20m，確保大于管道敷設深度的10m。

3）要求提供管線穿越段的物探資料，例如已建管道和其他埋設物的位置及標高等，物探結果需反映在平面圖及縱斷面圖上，為定向鉆的穿越軌跡提供設計依據。一般要求物探的范圍是穿越管段四周的50m～100m。

3.燃氣管道水平定向鉆穿越的設計要點

在對燃氣管道水平定向鉆進行穿越方案的設計時，必須對管道壁厚以及管道抗拉力進行校核，并確定曲率半徑。管道壁厚以及抗拉力的校核是為了保障燃氣管道的基本安全性，而曲率半徑R的設計也必須符合一定的科學性，一般取管道外徑的1500倍，且必須大于300m。除了保障這些基本的技術參數外，還需注意對以下幾個方面的內容加以足夠的重視：

3.1根據地勘及物探資料合理設計穿越軌跡

水平定向鉆比較適用于粘土、沙土及硬不高的巖石，故根據地勘資料，選擇穿越土層時應優先考慮以上土層，盡量避免在卵石層等硬度較大的土層中進行定向鉆穿越。如實在難以避免，須采取相應有效的措施，近年隨著技術水平的進步，在卵石這類不理想的土層也有成功穿越的例子。而在《油氣輸送管道穿越工程設計規范》GB50423—2007中有規定穿越水域時，穿越管段管頂埋深應設在河流最大沖刷線2.5M以下，穿越管段管頂到河床底部的最小距離宜大于穿越管徑的10-15倍，且不小于6M。因此當穿越河流等水域時，需注意看地勘報告，根據河流最大沖刷線、河床底標高等資料設計燃氣管道定向鉆的管頂埋深。同時鑒于當今地下管線越來越復雜，設計定向鉆穿越軌跡時也需注意根據物探報告對地下管線及構筑物進行避讓。特別是污水管線一般采用無壓自流方式，埋深通常都較深，對我們燃氣管線的穿越軌跡有一定影響。

3.2根據現場條件合理設計定向鉆出入土點

燃氣管道水平定向鉆常見的設計斷面圖如圖1所示。

圖1水平定向鉆常見的設計斷面圖

圖中定向鉆入土角為α，出土角為β，一般情況下入土角宜為8o～18o，出土角宜4o～12o。入鉆點之后的直線段距離L1不可小于20m，水平段長度L2最好不低于10m。當實際施工時，定向鉆入土及出土位置是需要進行一定范圍的開挖，開挖面積一般約在1.5mX2.0m，開挖深度約1.2-1.5米。同時小型號的鉆機系統一般也需要有8mX3m操作空間，另外在出土點延伸方向要需要有足夠空間堆放預制好的燃氣管道。故在設計定向鉆出入土點時，也要根據上述施工時場地需求結合地形圖及現場踏勘的實際場地條件進行綜合的考慮。

3.3定向鉆設計方案需適應穿越區主管部門的要求

燃氣管道一般會經過多個區域，為了保證一定的安全性，設計方案也必須通過穿越區各主管部門的批準。因為各區域的主管部門對穿越管線的要求都存在一定的差異，只有符合了不同地段的標準，才是合格的設計方案。例如，在經過通航水域區時，必須取得航道主管部門的批準。航道部門要求穿越段的測量范圍要保證上下游兩端大于300m，標高要求采用珠基水系標高，坐標要求采用指定坐標系，同時要求航道的位置和寬度都要在斷面圖上反映出來。

結束語

綜上所述，我國燃氣管道使用水平定向鉆穿越的技術歷程較短，因此各項技術還不夠完善，施工中也容易出現各種問題。為了規避這一現象，必須從設計層面開始抓起，提高設計的質量和要求，從根本上完善各項技術問題。本文認為燃氣管道對安全的要求相比其他管線要高，在水平定向鉆穿越設計時一定要嚴格遵守各項規范要求，同時對地勘及物探資料、場地條件、部門要求等方面進行綜合的考慮。

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