管道穿越工程投資寶典
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一、概述
A、發(fā)展與使用
水平定向鉆技術(shù)最早出現(xiàn)在70年代，是傳統(tǒng)的公路打孔和油田定向鉆井技術(shù)的結(jié)合，這已成為目前廣受歡迎的施工方法，可用于輸送石油、天然氣、石化產(chǎn)品、水、污水等物質(zhì)和電力、光纜各類管道的施工。不僅應(yīng)用于河流和水道的穿越，同時(shí)還廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路、機(jī)場、海岸、島嶼以及密布建筑物、管道密集區(qū)等。
B、技術(shù)限制
定向鉆施工技術(shù)首先應(yīng)用于美國海岸地區(qū)的沖積層穿越，現(xiàn)在已經(jīng)能夠開始在粗沙、卵石、冰磧和巖石地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行穿越施工。最長的穿越施工已達(dá)6000英尺、管道直徑為18英寸。
C、優(yōu)勢
事實(shí)證明：水平定向鉆穿越是對環(huán)境影響最小的施工方法。這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)還可以為管道提供最的保護(hù)層，并相應(yīng)減少了維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)不會(huì)影響河流運(yùn)輸并縮短施工期，證明是目前效率最高，成本最低的穿越施工方法。
D、施工過程和技術(shù)
1、導(dǎo)向孔：導(dǎo)向孔是在水平方向按預(yù)定角度并沿預(yù)定截面鉆進(jìn)的孔，包括一段直斜線和一段大半徑弧線。在鉆導(dǎo)向孔的同時(shí)，承包商也許會(huì)選擇并使用更大口徑的鉆桿（即沖洗管）來屏蔽導(dǎo)向鉆桿。沖洗管可以起到類似導(dǎo)管的作用，還可以方便導(dǎo)向鉆桿的抽回和更換鉆頭等工作。導(dǎo)向孔的方向控制由位于鉆頭后端的鉆桿內(nèi)的控制器（稱為彎外殼）完成。鉆進(jìn)過程中鉆桿是不做旋轉(zhuǎn)的，需要變換方向時(shí)若將彎外殼向右定位，鉆進(jìn)路線即向右沿平滑曲線前進(jìn)。鉆孔曲線由放置在鉆頭后端鉆桿內(nèi)的電子測向儀進(jìn)行測量并將測量結(jié)果傳導(dǎo)到地面的接收儀，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和計(jì)算后，以數(shù)字的形式顯示在顯示屏上，該電子裝置主要用來監(jiān)測鉆桿與地球磁場的關(guān)系和傾角（鉆頭在地下的三維坐標(biāo)），將測量到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以便確定鉆頭的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置的偏差，并將偏差值控制在允許的范圍之內(nèi)，如此循環(huán)直到鉆頭按照預(yù)定的導(dǎo)向孔曲線在預(yù)定位置出土。
2、預(yù)擴(kuò)孔：導(dǎo)向孔完成后，要將該鉆孔進(jìn)行擴(kuò)大到合適的直徑以方便安裝成品管道，此過程稱為預(yù)擴(kuò)孔，（依最終成孔尺寸決定擴(kuò)孔次數(shù)）。例如，如需安裝36英寸管線，鉆孔必須擴(kuò)大到48英寸或更大。通常，在鉆機(jī)對岸將擴(kuò)孔器連接到鉆桿上，然后由鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)回拖入導(dǎo)向孔，將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，同時(shí)要將大量的泥漿泵入鉆孔，以保證鉆孔的完整性和不塌方，并將切削下的巖屑帶回到地面。
3、回拖管道：預(yù)擴(kuò)孔完成以后，成品管道即可拖入鉆孔。管道預(yù)制應(yīng)在鉆機(jī)對面的一側(cè)完成。擴(kuò)孔器一端接上鉆桿另一端通過旋轉(zhuǎn)接頭接到成品管道上。旋轉(zhuǎn)接頭可以避免成品管道跟著擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn)，以保證將其順利拖入鉆孔?；赝嫌摄@機(jī)完成，這一過程同樣需要大量泥漿配合，回拖過程要連續(xù)進(jìn)行直到擴(kuò)孔器和成品管道自鉆機(jī)一側(cè)破土而出。
二、現(xiàn)場布局和設(shè)計(jì)
A、道路
施工現(xiàn)場兩側(cè)都需要重型設(shè)備，為縮減成本，通往兩側(cè)施工現(xiàn)場的道路應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有道路以減少新修道路距離，或利用管道線路的施工便道，所有相關(guān)道路使用權(quán)的協(xié)議都應(yīng)由業(yè)主提供，在投標(biāo)階段再來討論這些問題為時(shí)已晚。
B、工作場地
1、鉆機(jī)一側(cè)——鉆機(jī)施工場地至少需要30M（100FT）寬，長45M（150FT）的面積。該面積從入土點(diǎn)算起，入土點(diǎn)應(yīng)位于規(guī)定的區(qū)域內(nèi)至少3M（10FT）處，同時(shí)由于許多鉆機(jī)配套的設(shè)備或配件沒有規(guī)定的存放地點(diǎn)，所以鉆機(jī)一側(cè)施工現(xiàn)場可由許多不規(guī)則的小塊組成，以便節(jié)省占地面積，現(xiàn)場盡量要平整，堅(jiān)硬，清潔，以便有利于進(jìn)行施工。由于穿越施工時(shí)需要大量的淡水供攪拌泥漿用，所以施工現(xiàn)場要盡量靠近水源或便于連接自來水管道的地方。
2、管道一側(cè)----為便于預(yù)制成品管道，管道一側(cè)要有足夠長度的施工現(xiàn)場，這也是要重點(diǎn)考慮的事情?，F(xiàn)場寬度應(yīng)滿足管道施工的需要（一般為12----18米）。同樣在出土點(diǎn)一側(cè)也需要30米（100FT）寬乘以45米（150FT）長的施工現(xiàn)場。總長度以能夠擺放下所預(yù)制的管道為準(zhǔn)，（場地的總長度一般為穿越管道長度再加上30米，）在回拖前，要將管道預(yù)制完成，包括焊接，通球，試壓防腐等工序，在回拖過程中，不能再進(jìn)行管道的連接工作，因?yàn)榛赝线^程是要連續(xù)進(jìn)行的，若此時(shí)進(jìn)行管道連接將可能造成地下孔洞的塌方，極可能造成整個(gè)工程施工的失敗。
C、施工現(xiàn)場勘察
一旦施工地點(diǎn)確定，應(yīng)對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行勘測并繪制詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)地貌圖紙。最終施工的精度取決于這一勘測結(jié)果的精度。
D、施工設(shè)計(jì)參數(shù)
1、覆蓋層厚度----考慮的因素包括所穿越河流的流量特征，季節(jié)性洪水沖刷深度，未來河道的加寬和加深，現(xiàn)有管道和電纜的位置等因素。一旦確定了施工地點(diǎn)并完成地質(zhì)調(diào)查，穿越層的厚度也就確定了，一般來說，覆蓋層應(yīng)至少是6米（20FT）厚。以上僅是針對河流穿越而言的，對于其它障礙物的穿越會(huì)有另外的要求。
2、鉆進(jìn)角和曲率半徑----在大多數(shù)穿越施工中，入土角通常選擇在8--12度之間，多數(shù)施工應(yīng)首先鉆一段斜直線，然后再鉆一段大半徑曲線。此曲線的曲率半徑由成品管線的彎曲特性決定，隨直徑增大而增大，鋼管道曲率半徑的拇指法則是100FT/IN（一般取管道直徑的1000—1200倍）。斜直線將導(dǎo)向孔曲線按照預(yù)定的走向引導(dǎo)到設(shè)計(jì)的深度，然后是一段在此深度上的長長的水平直線，然后到達(dá)向上的彎曲點(diǎn)再到出土點(diǎn)。出土角應(yīng)控制在5-12度之間，以便于成品管道的回拖。
E、鉆孔施工
所有的測向控向工具都包括地下測量電子設(shè)備和地面接收設(shè)備，可以測得鉆頭所在位置的磁方位角（用于左/右控制）和傾斜角（上/下控制）以及鉆頭的鉆進(jìn)方向。
1、精度：穿越施工精度很大程度上取決于磁場的變化。例如，大型鋼結(jié)構(gòu)（橋梁，樁基，其它管道）和電力線路會(huì)影響磁場讀數(shù)。而穿越出土點(diǎn)的導(dǎo)向孔目標(biāo)偏差值應(yīng)控制在左右3米（10FT），長度——3米～10米（-10～30FT）的范圍內(nèi)。
2、完工圖紙：一般來說，導(dǎo)向孔的測量和控制應(yīng)在鉆導(dǎo)向孔時(shí)每鉆進(jìn)一根鉆桿或隔9米（30FT）測量計(jì)算一次。以上測量計(jì)算完成的導(dǎo)向孔施工圖紙承包商應(yīng)向業(yè)主提供。也有采用替代方法如陀螺儀，穿地雷達(dá)和智能清管球用來做定位工作。
三、地質(zhì)調(diào)查
A、探孔數(shù)量
探孔數(shù)量取決于計(jì)劃穿越地點(diǎn)的地層情況及穿越長度。如果穿越長度為300米（1000FT），在兩側(cè)的穿越工地各鉆一個(gè)鉆孔就足夠了，如果鉆孔結(jié)果表明該地區(qū)地質(zhì)狀況比較單一，就不必進(jìn)行進(jìn)一步的鉆探取樣。如果勘探報(bào)告表明該地區(qū)地質(zhì)條件比較復(fù)雜，或者發(fā)現(xiàn)有巖石或有粗沙層存在，這時(shí)就需要做進(jìn)一步的詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查。長距離大口徑穿越施工時(shí)，如出現(xiàn)粗砂，卵石，風(fēng)化巖或硬巖應(yīng)每隔180米----240米（600--800FT）取樣一次，若有明顯跡象表明地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，這時(shí)就需要打更多的地質(zhì)探孔進(jìn)行更多的采樣工作。所有采樣探孔都應(yīng)沿穿越斷面方向，采樣深度以計(jì)劃的穿越深度為準(zhǔn)。如有可能，取樣探孔最好選在穿越中線一側(cè)約8米（25FT）處?？碧饺蝿?wù)完成后，探孔必須封好以防止在施工過程中的泥漿泄漏。
B、探孔深度
所有的探孔深度都應(yīng)至少達(dá)到穿越點(diǎn)以下12米（40FT）或預(yù)定的穿越深度以下6米（20FT），兩者之中取其大者。有時(shí)將穿越深度定的深一些或?qū)嶋H穿越曲線比設(shè)計(jì)的位置深一些，無論對承包商還是對業(yè)主來說都是很有益的，關(guān)鍵是穿越位置要選在地層結(jié)構(gòu)一致的利于成孔的地層中進(jìn)行，這樣才利于穿越的成功。
C、土壤的標(biāo)準(zhǔn)分類
一名合格的地質(zhì)技師或地質(zhì)學(xué)者，應(yīng)能依據(jù)統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)或ASTM設(shè)計(jì)書D-2487和D2488對材料進(jìn)行分類。能夠擁有一份由現(xiàn)場技師或鉆探公司提供的現(xiàn)場鉆探記錄，對以后的施工將是非常有益的，此記錄會(huì)包括對材料的目測分類以及由鉆探公司根據(jù)取樣結(jié)果對地層結(jié)構(gòu)所做的解釋和評價(jià)。
D、標(biāo)準(zhǔn)穿刺測試
SPT為了更好地確定顆粒材料的密度，地質(zhì)工程師通常會(huì)依據(jù)ASTM規(guī)范D1586做標(biāo)準(zhǔn)穿刺測試SPT。這是一種現(xiàn)場測試方法，利用標(biāo)準(zhǔn)重量的重錘將勺形取樣器打入土層中的一定深度，記錄下進(jìn)入到12寸深時(shí)的擊打次數(shù)。所獲數(shù)據(jù)即為標(biāo)準(zhǔn)穿刺阻力值并可用于估算試驗(yàn)地點(diǎn)非聚合土壤的相對密度。也有些鉆探公司會(huì)選擇在結(jié)合性土壤或巖石地區(qū)進(jìn)行小范圍的這項(xiàng)試驗(yàn)，以此來確認(rèn)密實(shí)土壤的一致性及巖石的硬度。
E、取芯取樣法
多數(shù)地質(zhì)勘探公司更喜歡使用取芯取樣器來獲取地下巖心的樣本，這些測試一般根據(jù)ASTM規(guī)范D-1587進(jìn)行。除取樣器為液壓驅(qū)動(dòng)的有鋒利切割刃的薄壁無逢鋼筒外，此類測試類似上述標(biāo)準(zhǔn)穿刺測試。需要的液壓數(shù)值可在現(xiàn)場記錄中找到，這種方法可取到相對完整的樣本以便對其進(jìn)行更詳細(xì)的試驗(yàn)室分析。樣本可在現(xiàn)場利用手持式穿刺儀分析，對于定向穿越來說，通常使用上述切割式勺狀取樣器即可滿足施工需要。
F、顆粒度分析
將樣品進(jìn)行顆粒度篩網(wǎng)分析，是對于用切割式勺狀取樣器在施工現(xiàn)場取得的顆粒狀物質(zhì)所進(jìn)行的一種機(jī)械試驗(yàn)，這些樣品被送到試驗(yàn)室，在通過一系列的篩網(wǎng)后，根據(jù)其顆粒的大小和重量得出不同粒徑的百分比，這是最重要的試驗(yàn)之一。
G、巖石情況
如果在土壤勘測中發(fā)現(xiàn)巖層的存在，必須確定巖層類型，相對硬度和非限定性壓縮強(qiáng)度，要由專業(yè)勘探公司利用金剛石鉆頭取芯桶進(jìn)行取樣，典型的巖心樣本直徑為50毫米（2英寸）。巖石類型由地質(zhì)專家根據(jù)巖心與總?cè)⌒拈L度關(guān)系對巖石進(jìn)行質(zhì)量分類，巖石硬度依據(jù)巖石與以知硬度的十種材料相比較得知，壓縮強(qiáng)度通過精確測量巖心然后進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)取得。這些數(shù)據(jù)屬于巖石的物理參數(shù)，以便于確定采用什么類型的穿越設(shè)備和鉆頭，并且穿越進(jìn)尺也可以估計(jì)到。
相關(guān)標(biāo)簽:
