燃气工程定向钻穿越河流施工方案文档格式.docx

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《油气输送管道穿越工程施工验收规范》（GB50424-2007）。

三、定向穿越铺管技术

非开挖导向钻进铺设管线是在传统顶管法和不能定向的水平钻进铺管法的基础上，引进现代的导向技术而发展起来的铺管技术。

它利用地面放置的铺管钻机，沿待铺管线的设计轨道先钻成一个导向机，然后将导向孔扩大，并将工作管拉入孔内，实现不开挖铺管的一种先进技术。

与顶管法相比有如下突出优点：

导向孔施工时，深度位置可以由导向仪测量，并根据设计轨迹进行校正调整，因此铺管精度高，成功率高。

此外，铺设的管径、管材范围更广，使用的地层环境更宽。

大量的工程实例表明，该方法铺设管线的地段，竣工后地面不变形，稳定性好。

施工原理

1、利用水平定向钻机在障碍物（如河流、公路、铁路和沟渠等地面构筑物）下面沿预定轨迹钻一导向孔，钻头在障碍物一侧入土，从另一侧出土，然后利用钻机通过钻杆把要敷设在障碍物下面的管道沿导向孔回拖到钻机一侧的地面出土。

2、定向钻孔法敷设管道的关键是按照预先设计的曲线钻出圆滑的导向孔。

其原理是：

钻机通过钻杆推动钻头沿预定的轨迹前进，泥浆系统提供的高压泥浆流经过钻杆内腔，由钻头水嘴喷射泥浆冲刷钻头前端的泥土并起到冷却润滑和固定孔壁作用，从而减少钻杆旋转和推进的阻力，钻孔的方向控制（控向）及泥浆的配制对导向孔的质量有重要影响。

钻头的位置及钻进方向有两种控制方式：

地面无线控制方式是用手提式信号接收装置，接收钻头内发射器发出的信号，由控向员进行分析判断；

有线式控向方式由控向员根据计算机提供的钻头在孔内的位置参数实施控制。

两种方式均包括方向测定和动态调整过程。

施工特点

1、施工质量好：

采用定向钻孔法敷设障碍物下埋地管道，其埋深能够满足设计要求，有效地避免了常规开挖穿越往往因埋深不足给管道安全运行留下的隐患。

2、节省工程投资，施工人员少：

实现了完全的非开挖施工，节省大量的人力和挖沟费用且不影响交通及航运。

3、减少施工占地，避免了开挖管沟对环境造成的破坏，可最大限度地减少对工农业生产的影响。

4、施工周期短，实现了由地表到地表的非开挖施工，大大缩短了施工工期。

5、灵活机动性强：

从普通电缆管（一般加套管或PVC管）到大口径钢质管道穿越障碍都可采用。

长度从数十米到上千米（长度较短时，须认真衡量经济性）。

适用范围

1、适用于管道穿越湖泊、沼泽、河流、高等级公路、多股铁路及其它不宜进行开挖施工的地段。

2、适合水平定向钻机施工的地质条件为岩石、砂土、粉土、粘性土。

对仅在出土点或入土点侧含有卵砾石等不适合水平定向钻施工的地质条件时，经采取措施后也可进行水平定向钻穿越施工。

四、施工流程

定向钻穿越施工流程示意图：

定向钻穿越XX河平面示意图：

定向钻穿越XX河断面示意图：

说明：

1、定向钻穿越XX河管道管径为PE100SDR11，DE315。

2、穿越位置在XX。

3、定向钻穿越XX河长度约为XXm，管段最深处距离车田河河床底部距离约为5m。

4、定向钻入土点距离车田河护堤约1m。

5、泥浆排放地点选择：

定向钻入土点泥浆排放在护堤基础以外的空地上，定向钻出土点泥浆排放在左侧的竹林中。

泥浆排放地的选择都已协商并经同意。

1、测量放线

根据设计图纸和现场实际情况放出管线中心线及入土点、出土点位置，在入土点一端测量确定钻机安装位置，标出地锚箱、泥浆池的占地边界线。

在出土点一端，根据穿越中心轴线放出管线预制、场地及泥浆池占地界线、进出场地路线。

2、场地施工准备

（1）勘察现场：

勘察并复测入土点、出土点标高和水平距离；

对穿越现场的周围建筑物、地形面貌、河床情况、土壤状况、水源进行考察；

对穿越钻机等设备的场地大小进行测量确认；

如果雨季多雨地面松软，由于需放置重型设备，场地必须进行修垫后才能放置钻机、发电机、钻杆、泥浆罐等设备。

（2）查明地下设施：

咨询当地有关部门政府在穿越中心线上是否有电讯、电力、供水、输油、燃气等地下线路设施，并用信号探测器沿穿越路线全线进行探测。

（3）检验水质情况：

取附近水源化验，看水质能否满足泥浆制浆的要求。

（4）穿越出、入土点的施工场区的道路应确保畅通，能满足大型施工车辆的正常通行，否则应对施工便道进行整修。

施工便道的修筑可通过挖掘机平整、铺设砂石和铺设钢板或管排等方法，做到三通一平。

3、设备进场及调试

确定入土点，将钻机就位在穿越中心线位置上，钻机就位调试完成后，进行系统连接、试运行，保证设备正常工作，进行设备调试运转，同时严格按控向系统调校程序对定位系统进行调校。

4、泥浆配置

（1）泥浆的混配

①水源：

配制泥浆用水应尽量保持低含沙量，可将水泵放置在水位相对较深的位置，同时备足相应的水龙头。

为预防沙石抽入搅拌水缸内，现场设一水罐，

搅拌缸内的水必须经水罐加碱调和PH值后方可使用。

②加料：

现场禁止采用割袋方式加料，应在加料斗设置过滤网，严格控制编织袋线，塑料布等进入泥浆马达。

③过滤：

泥浆进入高压泥浆泵前设置过滤网和过滤器，每班至少清洗过滤器、过滤网一次，并做好交接班记录。

④场地：

泥浆罐高压泥浆泵四周挖排水沟，利于排浆排水，泥浆场地禁止铺垫碎石，以防止碎石带人罐内造成严重后果，当班人员应控制上罐人员，防止脚底将场地碎石，线绳等带人罐内。

（2）按照不同的地质构造，详细制定出合理的泥浆配比方案，在不同的地质情况下选用不同的泥浆方案，该工程中需要加适量大分子聚合物及一些多功能处理剂，增加泥浆的粘度，降低泥浆的失水，使其性能控制在密度1.02—1.05g/cm3左右，粘度45——55s，失水10ml，以利于更好的保护孔壁，提高泥浆在孔洞中的悬浮携带能力。

（3）为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，增加泥浆储存罐和泥浆快速水化装置，在造斜段使用的泥浆中加入适量的润滑剂，能降低孔壁的摩擦系数，防止管道粘卡。

（4）防止冒浆预案

①在施工过程中，密切注意泥浆压力变化，在正常情况下泥浆压力应小于300psi。

当泥浆压力突然出现增大的情况，立即停止钻进，回撤1—2米保持旋转和正常泥浆流量，过5—10分钟后，缓慢前行至泥浆压力突增处，缓慢钻进，待泥浆压力降至小于300psi时，正常钻进；

当出现泥浆压力突然降低时，此时泥浆已泄露空洞，应快速钻进突破这个区域，到达下一个泥浆压力稳定的区域，保持空洞中的返降速度，这样可以避免泥浆憋出地面。

②在施工时发现有泥浆憋出地层的可能时，应调整泥浆添加剂，增加堵漏剂。

堵漏剂功能就是在缝隙中形成阻碍，是泥浆不能从缝隙中溢出。

当出现泥浆憋出地层时，此时正常作业，在泥浆憋出处，开钻一个泥浆倒流孔，将冒出的泥浆倒流到泥浆洞中。

避免再次憋出地面。

5、管线组对、熔接、焊口翻边切除及检验、管线试压

（1）管线组对、熔接

①管道连接前，应核对欲连接的管材、管件规格、压力等级；

不宜有磕、碰、划伤，伤痕深度不应超过管材壁厚的10％。

②热熔对接连接前，两管段应各伸出夹具一定自由长度，并应校直两对应的连接件，使其在同一轴线上，错边不应大于壁厚的10%，且不大于1mm。

③管道连接应在环境温度–5～45℃范围内进行。

当环境温度低于–5℃或在风力大于5级天气条件下施工时，应采取防风、保温措施等，并调整连接工艺。

管道连接过程中，应避免强烈阳光直射而影响焊接温度。

④当管材、管件存放处与施工现场温差较大时，连接前应将管材、管件在施工现场搁置一定时间，使其温度和施工现场温度接近。

⑤连接完成后的接头应自然冷却，冷却过程中不得移动接头、拆卸加紧工具或对接头施加外力。

（2）焊口翻边切除及检验

热熔焊接完成后，应对焊接接头进行100%翻边切除及10%的翻边对称性和接头对正性检验。

①翻边对称性检验：

接头应具有沿管材整个圆周平滑对称的翻边，翻边最低处的深度不应低于管材表面。

②接头对正性检验：

焊缝两侧紧邻翻边的外圆周的任何一处错边量不应超过管材壁厚的10%。

③热熔焊接完成，经对翻边对称性和接头对正性检验合格后，还应用专用削刀在不损伤管材和接头的情况下，切除外部的翻边。

翻边应是实心圆滑的，根部较宽。

翻边下侧不应有杂质、小孔、扭曲和损坏。

翻边切落后每隔50mm进行1800的背弯试验，不应有开裂、裂缝，接缝不得露出熔合线。

（3）管线试压

①强度试验

A.管道焊接检验、清扫合格。

B.管道应分段进行压力试验，试验管道分段最大长度不超过1000m。

C.试压用的压力表已经校检合格，精度不低于1.5级，并不少于2块，压力表满刻度1.0Mpa。

D.压力试验介质为压缩空气，工作温度不超过40℃。

E.将空气压缩机出口接至试压管道接口上，向管道内加入压缩空气；

强度试压压力为设计压力的1.5倍。

当达到试验压力0.6Mpa后，稳压1小时后，观察压力计不应少于30分钟，全部无漏气现象为合格；

试验时所发现的缺陷，应在试验压力降至大气压力时进行修补，修补后应进行复试；

若发现有漏气处可放气后进行修理，修理后再次试验，直至合格。

②气密性试验

A.试验用的压力计应在较检有效期内，其量程应为试验压力的1.5-2.0倍，其精度等级不得低于1.5级；

弹簧压力表精度应为0.4级。

B.强度试压合格的管道，可将试验压力降至管道设计的1.15倍，即0.46Mpa后进行气密性试验，待管道内试验介质的温度、压力稳定后开始记录试验参数。

气密性试验持续时间不应少于24小时，每小时记录不小于1次，当修正压力降至133Mpa为合格。

6、导向孔施工

导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，该穿越工程的钻具组合是：

ф100导向钻头+泥浆马达+无磁钻铤+60×

3000mm的钻杆，定向系统采用美国的DCI公司生产的DigiTrakSE定向系统。

导向孔应根据设计曲线及穿越曲率半径进行钻进，每根钻杆的折角应根据管径大小确定，钻杆折角应符合下表要求。

钻杆折角表

穿越管径（mm）

每根钻杆最大折角（°

）

4根钻杆累加折角（°

325以下

2.1

6.0

377

1.7

5.7

406

1.6

5.4

508

1.4

4.3

610

1.2

3.6

711

1.1

3.0

813

1.0

2.6

914

0.9

2.4

1016以上

0.8

2.2

（1）在钻进过程中根据控向系统显示的数据随时调整钻头的走向。

（2）钻孔施工同时采用人工磁场法对钻头进行跟踪，确保曲线的规则和出土点的精确度。

（3）导向孔钻完成后实际出土点与设计出土点的误差：

纵向不大于穿越长度的1%，横向不大于穿越长度的0.5%，曲线偏移量小于2m。

7、扩孔施工

预扩孔示意图

（1）扩孔施工中，如果发生扩孔不顺畅等，要进行一次洗孔。

（2）最终扩孔直径应根据管径、穿越长度、地质条件、钻机能力以及最后一次扩孔扭矩来确定。

一般情况下，最小扩孔直径与穿越管径的关系见表：

最小扩孔直径与穿越管径关系表（mm）

穿越管段的直径

最小扩孔直径

﹤219

管径+100

219—610

1.5倍管径

﹥610

管径+300

（3）扩孔宜采取分级、多次扩孔的方式进行。

一般地层扩孔级差不大于150mm。

（4）扩孔时钻具组合顺序为：

钻杆——扩孔器——钻杆

（5）扩孔器公母扣两端应加保护短接，防止扩孔器扣型损坏。

（6）扩孔过程中，各工序紧密衔接，扩孔器进洞前，应开泵检查扩孔器水眼有无堵塞，保证水眼泥浆压力正常后再进行扩孔，以免水眼堵塞引起卡钻。

8、清孔

（1）清孔的主要目的就是进一步将孔眼内的泥沙、岩屑携带出来，减少钻屑的沉积而使孔清洁；

清孔的另一个目的是在一定程度上修正孔眼。

（2）清孔的次数通常根据泥浆循环时间、切削量等因素灵活把握，扩孔过程中，如果扭矩、拉力较大，可考虑进行清孔作业；

清孔结束后，再继续进行扩孔。

回拖前应进行清孔作业直至扭矩、压力稳定正常。

（3）岩石地层通常扩两遍孔后至少清孔一次。

9、管线回拖

（1）回拖前，应完成以下事项：

①连接前用泥浆冲洗钻杆，以确保钻杆内无异物。

②连接后要进行试喷，确保扩孔器畅通无阻。

③旋转接头内应注满油，旋转应良好，无卡阻现象。

④回拖前应对钻机、泥浆泵等设备进行保养和小修。

（2）管道回拖时，管道与钻具连接应符合下列要求：

①扩孔器内各通道及泥浆喷嘴是否通畅，确认合格后才能连接。

②全部连接完成后应送泥浆冲洗，检查各泥浆喷嘴是否正常，合格后回拖施工。

回拖前在管道下方加叠层（沙包袋等），以防止在回拖中擦伤管道外壁。

③扩孔器旋转和回拖速度应均匀，回拖速度小于2.5m/min。

管道回拖施工应连续进行，除发生不可抗拒的原因外，严禁在施工中无故停止，避免因停工造成阻力增大。

特殊情况下，停止回拖时间不宜超过4h。

④回拖施工过程中，要认真观察泥浆运行情况，在软基地层时适当降低泥浆的粘度，保持在50-60s,添加pac和khj,保证其流动性，在岩石层时泥浆粘度小于80s，同时添加khj和其他润滑剂，运用泥浆制浆系统，泥浆循环处理系统和利用泥浆回收处理坑尽力分离除沙，回收泥浆残物，尽量减少环境污染。

10、设备撤场

在所有作业完成后，系统撤除连接，设备撤场。

按照钻机、泥浆系统、动力系统、机具钢板等顺序依次撤离。

11、地貌恢复，泥浆排放

（1）设备撤场完成后，清除地上的杂物，用单斗车及人工回填开挖的沟渠等，分层压实。

（2）根据现场情况，泥浆排放地点选择在定向钻出土点左侧的竹林中，我方已与竹林主人协商并经同意。

12、施工中应该注意的问题

（1）钻进过程中应定时检测泥浆浓度，做好护壁措施，避免孔壁坍塌。

（2）施工中应随时检查回渣情况，对钻进土层进行判别，并以此做为依据，控制钻进压力。

（3）考虑到不均匀介质中钻进所引起的钻头偏离轨道、钻杆变形等因素，严格控制钻进方向，钻进过程中应根据导向系统及时修正正钻进方向，避免产生较大误差。

五、主要机械设备及劳动力

本次穿越工程使用ZT—18型水平定向钻施工主要配备为：

序号

机械

型号

数量

1

钻机

ZT—18型

2

发电机

/

3

钩机

小松7型50匹

4

污水泵

4寸

5

潜水泵

6

管线探测仪

7

车辆

人员配备：

人员

人数

机长

司机

控向工

泥浆工

司钻

普工

电工

六、质量保证措施

1、认真做好设计交底和技术交底，把设计要求和技术要求贯彻落实到操作人员的实际工作中去。

2、做好质量控制点的把关工作，对影响质量的因素认真研究切实可行的对策和预案，保证各道工序的科学性和合理性。

3、加强过程质量控制和质量自检工作，认真把好工序质量关，对上一道工序不合格的项目，不得进行下道工序，确保过程质量的可靠性。

4、认真做好勘测、复测工作、掌握地层地质情况。

5、做好设备机具的检查校验工作，保证设备和机具良好的工作性能。

6、严格按照设计要求施工，准确测出管线中心位置点，复验钻机导向孔的入土点和出土点位置。

7、认真细致地做好导向设计及施工，把握好关键环节。

8、回拉孔时，钻具应保证在小扭矩、小回拉力的情况下进行，不得强行快速扩孔。

9、做好泥浆的配制与使用工作，严格按比例调配泥浆。

七、安全文明施工措施

1、安全管理目标

目标

指标

不发生重大工伤、死亡、交通责任事故

重大死亡责任事故：

死亡率：

重伤率：

重大机损责任事故：

重大交通事故：

不发生重大火灾

重大火灾次数：

工作环境符合国家规定

照明、通风、废水、噪音符合标准规范；

劳动防护符合规定；

2、安全管理制度及办法

（1）在施工中认真贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针和坚持管施工必须管安全的原则。

各级工程技术人员和生产管理人员，必须熟悉和遵守定向钻施工安全规程的各项规定，做到“安全为了生产，生产必须安全”，确保本工程施工顺利进行。

（2）开展经常性的安全教育，上岗前对施工进行安全技术、操作规程、交通安全规则教育，提供全员的安全施工意识。

（3）施工现场应做到布局合理，机械设备安设稳固，材料堆放整齐，用点设施安装符合安全规定，场地平整，为安全施工创造良好的环境。

（4）施工现场和交通要道设立醒目的安全警示标志。

（5）夜间施工要安装足够的照明灯具。

3、突发事故应急处理措施：

（1）当在钻进过程遇到障碍物时；

如果在钻进过程中遇到的障碍物可破碎时可以用钻头的搅刀破碎来去除障碍物。

（2）遇到钻头快速下沉时

当遇到软土层时，或遇到暗河（塘）时，钻头将会下沉而无法纠缠，此时可采用加固的方法，如注浆等，或降低地下水位（井点降水），以保证钻头不下沉。

（3）钻进施工质量通病及防治

①在钻进过程中压力突然增大

首先要原因是以下几种情况引起的：

钻头前段遇到障碍物，管道轴线偏差形成弯曲；

减阻介质注入不及时或不足；

钻进设备发生障碍；

停顿时间过久等几种情况引起的。

防止措施：

钻进过程中严格执行勤测、勤纠编，小量纠编操作要求。

按不同的地质条件配置适宜的泥浆，并做到“同次、及时、足量”。

施工前对设备进行认真的验收保养，发生故障及时排除。

总之，发生钻井阻力过大的情况时，应立即停止钻进，查明原因，判明情况后采取相应的措施进行治理。

②地面的沉降与隆起

定向钻施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生沉降与隆起，使管道周围建筑物和道路交通及管道等公共设施受到影响，甚至危及到正常使用和安全；

A、开挖端面的取土量过多或过少，使钻进压力与开挖土体压力不平衡，造成地面的沉降与隆起。

B、管道轴线偏差或纠缠不当造成的地层土体损失。

C、管道外围环空隙引起的地基土体损失或钻进完成后未置换泥浆造成的土体损失。

A、施工前对工程地质条件和环境情况进行周密细致地调查，制定切实可行的施工方案，并对距离管道近的建筑物和其他设施采取相应的加固保护措施。

B、设置测力装置，以便掌握钻进压力，保持钻进压力与前端土体压力平衡。

C、严格控制钻头轴线偏差，执行勤测量、勤纠编，小量纠编操作方法。

③钻头管线圆周方向旋转，使钻进操作发生困难。

原因分析：

A、钻头前端土层软硬不均匀，使钻头受力不均匀，造成钻头向土软层的方向旋转。

B、钻头千斤顶及油路布置不合理，千斤顶之间存在着钻进时间差，使钻进合力线偏移，造成钻头工具管旋转。

C、钻头轴线偏差时，纠缠量过大，使钻头工具管发生旋转。

预防措施：

A、遇前端土层软硬不均匀，采取多控硬、少空软的办法。

B、钻进前应将千斤顶逐台试好，要采用同规格油缸，并使液压泵到千斤顶之间的距离相等、管径一致。

C、严格控制轴线的偏差，执行勤测量、勤纠编，小量纠编操作方法。

治理方法：

A、可采用单侧配重的方法加以纠正。

B、可以利用纠编同旋转间的规律，配合上下方向纠编，造成一定的左右偏差使工具管得到一个反方向的旋转力，将钻头工具管逐渐纠正。

4、安全组织技术措施

为搞好本次施工过程中的安全问题，依据本工程的特点、环境施工、机器设备等，按照国家和地方有关安全的法令、法规、规章制度的要求，编制本工程的安全保证措施如下：

（1）本工程安全施工的方针：

安全第一、预防为主，科学管理、狠抓落实。

（2）认真落实业主单位提出的有关安全施工的指令和要求，现场安全管理和技术工作必须体现施工规范和国家的劳动保护政策，加强事前预防、严格过程控制，落实安全生产责任制。

（3）根据工程特点编制基础施工作业等安全管理规定，加强施工管理、严格环境保护。

通过探测及和有关部门联系协作，摸清原有地下管线，防止施工中对其造成破坏；

①机械转动件及工作区内放置安全标识。

②工作坑周围夜间要设置标识。

③加强安全管理，项目负责人时刻注意检查电、机械、交通等安全，不放过任何安全隐患。

④按规定的场地、道路进行作业，不乱挖弃，天气干燥，注重道路洒水养护，减低粉尘对环境的污染，雨季做好疏通，防止填料因水剥离冲下水道或河流造成污染。

⑤及时修理机械设备，防止跑、冒、漏油，已污染地面要及时清理。

⑥在施工过程中，加强对周围的观测，及时发现问题，及时报告，及时处理。

⑦工程竣工后，认真清理现场杂物，将垃圾弃置指定地点。

八、安全生产事故预防及应急响应与救援预案

1、总则

（1）目的：

为了防止施工现场的生产安全事故发生，完善事故预防和应急救援工作机制，在工程项目发生事故状态下，迅速有序地开展事故的应急救援工作，抢救伤员，减少事故损失，制定本预案。

（2）编制依据

《中华人民共和国安全生产法》、《建设工程安全生产管理条例》、《生产经营单位安全生产事故应急预案编制导则》、《中华人民共和国消防法》。

（3）应急工作原则

安全第一，预防为主；

以人为本，减少危害；

快速反应，协调统一。

2、危险性分析

根据项目特点，可能发生和重大危险因素的生产安全事故有触电事故、穿越挖掘坍塌事故、电气焊伤害事故、交通安全事故、机械伤害事故等。

3、应急组织机构与职责

项目经理是应急救援领导小组的第一负责人，担任组长，负责紧急情况处理的指挥工作。

成员分别由总工程师、机电经理、安全员、施工员组成。

安全员是应急救援第一执行人，担任副组长，负责紧急情况处理的具体实施和组织工作。

4、预防与预警