管道定向钻水平穿越施工技术方案第一节管道定向钻水平穿越施工工艺过程介绍使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线（一般为钢管，PE 管道，光缆套管）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
1）钻导向孔: 要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头/导向板（或地下泥浆马达），开动泥浆泵对准入土点进行钻进，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，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时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。
见示意图一：钻导向孔。
钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。
2）预扩孔和回拖产品管线：一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200 毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。
见下面的示意图二：预扩孔3）回拖产品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、回拖旋转活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，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，产品管线在回拖过程中是不旋转的，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，所以不会损伤防腐层。
下面的示意图三：回拖管线。
第二节水平定向钻进管线铺设工程技术方案第一小节技术概述【1】优越性在非开挖技术行业中，水平定向钻进是主要的增长领域之一。
目前，在石油、天然气、自来水、电力和电信部门，水平定向钻进已是一种得到广泛认可的铺管施工技术，由于水平定向钻进施工精度的提高，也可用于污水管和其它重力管线的铺设。
水平定向钻进穿越与其它施工方法相比，对环境的影响最小，能提供障碍物下管线覆盖的深度大，对管线的保护作用大，维修费用小，许多情况下费用更低。
水平定向钻进穿越还有一个可预测的短期施工计划。
【2】技术工艺水平定向钻进穿越铺设施工普遍采用：首先钻进导向孔，然后扩孔，最后回拉铺管的施工技术工艺。
水平定向钻进铺设管线施工工艺过程【2.1】导向孔导向孔钻进一般采用小直径全面钻头，进行全孔底破碎钻进。
在钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制钻进方向的机构。
在钻具内或在紧接其后部位，安装有测量探头。
钻进过程中，探头连续或间隔地测量钻孔位置参数，并通过无线或有线的方式实时地将测量数据发送到地表接收器。
操作者根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整孔内控制钻进方向的机构，从而人工控制钻孔的轨迹，达到设计要求。
常用的孔内控制钻进方向的机构主要有两类：一类是钻头底唇面采用非平衡结构设计，如常钻头唇面是一个斜面，当钻头连续回转时钻进直孔，保持钻头不回转加压时，则钻孔钻进偏斜。
这类方法因需要在不回转的条件下破碎岩层，所以在软质的土层大多数采用钻进液喷射辅助破碎方式钻进。
另一类是钻具采用弯外管或弯接头，其弯曲方向即决定了钻头的钻进方向。
这类方法导向钻进钻杆是不回转的，钻头破碎岩石的扭矩，来自于钻头后部的孔底动力机，如螺杆马达或涡轮马达。
这类方法通常用于钻进岩石等硬地层。
【2.2】扩孔导向孔完成后，必须将钻孔扩大至适合成品管铺设的直径。
一般，在钻机对面的出口坑将扩孔器连接于钻杆上，再回拉进行回扩，在其后不断地加接钻杆。
根据导向孔与适合成品管铺设孔的直径大小和地层情况，扩孔可一次或多次进行。
推荐最终扩孔直径按下式计算：Ｄ'＝K1Ｄ式中：Ｄ'——适合成品管铺设的钻孔直径Ｄ——成品管外径K1——经验系数，一般K1=1.2～1.5，当地层均质完整时，K1取小值，当地层复杂时，K1取大值。
【2.3】拉管扩孔完成后，即可拉入需铺设的成品管。
管子最好预先全部连接妥当，以利于一次拉入。
当地层情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，可能对分段拉管造成困难。
拉管时，应将扩孔器接在钻杆上，然后通过单动接头连接到管子的拉头上，单动接头可防止管线与扩孔器一起回转，保证管线能够平滑地回拖成功。
【3】钻进液/泥浆多数定向钻机采用泥浆作为钻进液。
钻进液可冷却、润滑钻头、软化地层、辅助破碎地层、调整钻进方向、携带碎屑、稳定孔壁、回扩和拖管时润滑管道；还可以在钻进硬地层时为泥浆马达提供动力。
常用的钻进液/泥浆是膨润土和水的混合物。
导向孔施工完成后，泥浆可稳定孔壁，便于回扩。
钻进岩石或其它硬地层时，可用钻进液驱动孔底“泥浆马达”。
一些钻机采用空气作为钻进液，又称为“干式钻进工艺”。
其操作简单，废弃物少，不需要太多的现场设备，但受铺管尺寸和地层条件的限制。
与采用泥浆钻进工艺不同，干式钻机施工采用高频气动锤钻进。
与采用泥浆钻进工艺一样，干钻的钻头也有一个斜面，当在某个方位停止回转冲击钻进时，可控制钻孔轨迹。
铺设小直径的管道、导管或电缆线，可使用镶有碳化钨合金齿的锥形扩孔器，这种扩孔器安装有空气喷嘴，气流通过钻杆柱进入，在回扩时空气气流清除钻屑。
对于大直径管道铺设，采用气动锤扩孔器，同样在其后部用单动接头连接管道。
此时回扩孔起主要作用的是气动锤扩孔器的冲击作用，而不是钻机的回拉力，而且回扩过程中可不回转。
第二小节施工技术【1】工程设计【1.1】程序安排一项有效的施工设计应有下列条目：1、准备（1）过去施工情况的调查（2）设计计算（3）进一步确认设计、图纸及计算（4）施工地层情况调查（5）施工测量（6）办理施工许可证2、工程实施（1）测量入土点、出土点、钻孔轨迹轴线和切点（2）钻机场地准备（3）进场道路准备（4）管子场地准备（5）设备和人员调动（6）管子卸车（7）管子焊接（8）压力试验（9）减阻试验（如果需要）（10）连接拉管头（11）焊缝测试（12）处理钻杆的过度弯曲（13）实施钻进（14）钻进1）调动钻机和人员2）安放钻机3）准备钻进液混合设备4）钻导向孔5）通过钻杆清洗钻孔6）分级扩孔（根据需要）（15）拉管1）去掉拉管头2）实施焊缝测试3）实施减阻4）施工配合3、清理施工现场4、撤走钻机和人员或迁移到下一个工地【1.2】设计计算【1.2.1】轨迹测量一旦选择确定了施工位置，就应该对钻孔轨迹作测量并准备详细的图纸。
钻孔轨迹和基准线的最后精度取决于测量资料的精度．【1.2.2】轨迹设计参数：【A】覆盖深度完成岩土勘察，确定了穿越的轨迹，就可确定穿越的覆盖深度，需要考虑的因素包括钻孔施工对地面道路、建筑物或河流的影响，以及对该位置已有的管线的影响。
推荐穿越的最小覆盖深度大于钻孔最终扩孔直径的6倍以上；在穿越河床时，应在河床断面最低处之下5m米以上。
【B】入、出土角和曲率半径8-20°的入、出土角适用于大多数的穿越工程。
对地面始钻式，入土角和出土角应分别在6°至20°之间（取决于欲铺设管的直径等）。
对坑内始钻式，入土角和出土角一般应采用0°或近似水平。
进行大曲率的弯曲以前最好钻进一段直线段。
曲率半径的确定由欲铺设管的弯曲特性确定，管径越大曲率半径越大。
铺设钢管的最小允许弯曲半径可用下列公式计算。
但是，为了利于铺管，最小弯曲半径应尽可能大。
R min=206·D·S / K2(m)R min—最小弯曲半径(m)206—常数(Nm/mm2)D——管子的外径(mm)S—安全系数，S=1～2K2—管子的屈服极限(N/ mm2)【C】辅助参数入土点或出土点与欲穿越的第一个障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）应至少大于3根钻杆的长度。
与水体的最小距离应至少为5—6m，以保证不发生泥浆喷涌。
从钻进技术方面考虑，第一段和最后一段钻杆柱应是直线的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这两段钻杆柱的长度应至少为10m。
入土点与出土点有高差时，应专门另作讨论。
【D】钻进测量与精度孔内测量工具是测量倾角(上/下控制)、方位角(左/右控制)和深度等参数的电子装置。
钻孔轨迹精度很大程度上取决于孔内测量的精度。
当有干扰时，如：无线电发射台、大型钢结构(桥梁、桩及其它管线等)和电力运输线，会影响测量结果。
合理的钻孔轨迹精度应是：导向孔出口处左右±1m，上下±1m。
【E】钻孔轨迹控制钻进导向孔时，每2～3m应进行一次测量计算。
工程承包商在这些测量计算基础上作出钻孔轨迹图。
【1.2.3】管线壁厚—D/T经验公式下表给出了根据钢管直径选择壁厚的推荐值，这些推荐值仅供设计时参考。
在最后的设计中，应根据计算应力进行选择。
对高密度聚乙烯管（HDPE管），推荐D/t值小于或等于11，并且咨询制造厂家。
另外，选择管线壁厚应考虑铺管长度。
铺管长度越长，管壁应越厚。
【1.3】校核计算【1.3.1】校核计算内容——开始拉管时的管线应力（摩擦力、重力）——全部拉入时的管线应力（摩擦力、浮力、弯曲）——由于过度弯曲造成的管线应力（出土角度）——拉入过程中的管线应力（内部压力、温度、弯曲、过度弯曲）——钻机的锚固力（水平和垂直）——钻进设备的尺寸（土壤、管线尺寸、钻孔剖面）在最后的校核设计计算中，必须计算管道在施工和使用时的应力大小，校核是否在材料强度允许的范围内。
计算中，每一阶段的应力都必须从单独受力和联合受力分别考虑。
如：拉管时，滚柱间跨距造成的应力、作静压试验产生的应力、铺设时的拉力、管入孔时弯曲和钻孔轨迹弯曲产生的应力、钻孔内的附加力和工作应力。
1．铺管前a．计算静压试验产生的环向和轴向应力；b．根据滚柱间的距离，可计算出管线的最大上拱和下垂，并计算出管线的最大张应力。
注：在静压试验期间管线是注满水的，因此计算中必须计入水的重量。
2．铺设中a．在1.b中计算张应力的方法可用于铺设阶段；b．为了计算出应力，必须先计算理论拉力。
考虑管线的安全性和拉管时钻孔弯曲的影响，推荐孔内摩擦系数为1.0。
最大预测拉力用于计算轴向应力。
c．当计算轴向弯曲应力时，允许有10%的实际偏差，即按设计曲率半径的90%计算。
d．必须考虑孔内液体静压力产生的附加应力。
考虑到液体静压力的轴向和周向力的影响，推荐安全系数取值1.5。
3．铺设后a．轴向弯曲应力的计算见2c；b．附加外力的计算见2.d；c．计算最后的静压试验产生的环向和轴向应力。
4．使用中a．钻孔曲率的影响见2.c；b．附加外力的计算见2.d；c．用于计算的管线在使用中的最大工作压力而产生的轴向和周向应力。
