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IP屬地：上海 上傳時間：2022-03-05 格式：DOCX 頁數(shù)：7 大小：406.26KB 積分：20 舉報 版權(quán)申訴

1、 燃?xì)夤艿蓝ㄏ虼┰降某?、入土角的研究上海燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)研究有限公司 劉 峰摘 要 從設(shè)計(jì)實(shí)例計(jì)算分析著手，根據(jù)理論和實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)綜合分析研究影響定向穿越的出、入土角和穿越深度的因素，并針對性的提出一些建議和措施。關(guān)鍵詞：定向穿越 出土角 入土角 直線段 弧線段 回拖力1 引言傳統(tǒng)的燃?xì)夤艿来┰降缆贰⒑恿鞫嗖捎瞄_挖施工，施工中帶來了交通阻塞、出行不便、城市綠化被毀等一系列問題。同時,城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)也使燃?xì)獾鹊叵鹿芫€的施工將經(jīng)常面臨城區(qū)內(nèi)河流、景觀道路(或交通要道)及其它地上構(gòu)筑物的影響。非開挖技術(shù)把施工對環(huán)境的影響減少到最小，而且當(dāng)管線要通過重要道路、河流、集市時，非開挖技術(shù)就顯得尤為重要

2、?，F(xiàn)在人們的環(huán)境意識越來越強(qiáng)，施工對環(huán)境的破壞程度成為施工方法是否合理的一個重要指標(biāo)。另外作為一項(xiàng)新興的管道敷設(shè)施工技術(shù),水平定向穿越以其具有精確導(dǎo)向,有利環(huán)保,施工周期短、效率高等眾多優(yōu)勢。水平定向穿越在輸送人工煤氣的管道施工中由于無法解決管道凝結(jié)水的問題(因人工煤氣含水量較多)，在上海地區(qū)的使用受到了相當(dāng)大的限制。隨著東海天然氣的擴(kuò)建，“西氣東輸”天然氣工程的啟動，上海城市的管網(wǎng)改造及建設(shè)付諸行動，適應(yīng)大規(guī)模管線施工及環(huán)保和施工進(jìn)度的要求，定向鉆穿越河流、溝渠、橋梁、公路、鐵路、樓群集聚地等的施工受到越來越多的關(guān)注。在上海天然氣的主干網(wǎng)建設(shè)中穿越大于70米的大型河流、高速公路、大型互通式立

3、交基本上采用了定向鉆工藝。 本文主要就從事燃?xì)夤芩蕉ㄏ蜚@穿越設(shè)計(jì)以及施工的實(shí)踐中對入土角、出土角、穿越長度、穿越深度等參數(shù)的確定進(jìn)行研究。2定向鉆穿越工藝簡介定向鉆穿越施工時，首先鉆機(jī)被安裝在入土點(diǎn)一側(cè)，從入土點(diǎn)開始，沿著設(shè)計(jì)好的線路，鉆一條從入土點(diǎn)到出土點(diǎn)的曲線；作為預(yù)擴(kuò)孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。詳見圖1圖1 穿越步驟一然后在鉆導(dǎo)向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑，為了使鉆出的孔徑達(dá)到回拖管線直徑的1.5倍以上；需要用擴(kuò)孔器從出土點(diǎn)開始向入土點(diǎn)將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至要求的直徑。圖2 穿越步驟二最后地下孔經(jīng)過預(yù)擴(kuò)孔，達(dá)到了回拖要求之后，將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)、被安裝管線依次連接好，從出土點(diǎn)開始

4、，一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點(diǎn)為止。圖3 穿越步驟三3管道穿越設(shè)計(jì)參數(shù)的確定以上海郊環(huán)線設(shè)計(jì)壓力6.0MPa超高壓天然氣管道為例。根據(jù)上海城市輸氣主干網(wǎng)工程項(xiàng)目可行性研究報告及上海的實(shí)際情況，確定管道管材選用X60板材，管徑為813毫米，其中穿越段采用直縫埋弧焊鋼管。3.1 管道壁厚的確定l 直管段管道壁厚按下式計(jì)算：式中:：管道計(jì)算壁厚（cm）P：設(shè)計(jì)壓力6.0MPaD：鋼管外徑81.3cms:鋼管的最小屈服強(qiáng)度415MPaF：強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，由于本工程高壓管道均處于城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)，屬類地區(qū)，故根據(jù)規(guī)范選擇設(shè)計(jì)系數(shù)0.4：焊縫系數(shù)取1t：溫度折減系數(shù)，小于120取1計(jì)算結(jié)果為鋼管壁厚14.7m

5、m，選用壁厚為15.9mml 弧線段壁厚按下式計(jì)算：b=·m式中：b管彎壁厚（mm） 管頭或彎管所連接直管段壁厚（mm） m弧線段壁厚增大系數(shù) R弧線段的曲率半徑（mm）規(guī)范要求R1500D D鋼管的外直徑（mm）經(jīng)過計(jì)算m=1，弧線段的壁厚為15.9毫米。3.2 穿越長度計(jì)算根據(jù)石油天然氣管道穿越工程施工及驗(yàn)收規(guī)范的有關(guān)規(guī)定：一般入土角控制在90120、出土角控制在4080為宜，曲率半徑以1500D為宜（D為穿越管段外經(jīng)），穿越管段在入土點(diǎn)之后20m內(nèi)應(yīng)為直線段。我選擇了入土角為9.50，出土角為50。水平段長度為50米（詳見表1），可以通過調(diào)整敷設(shè)深度，將入土段直線段的長度控制在

6、20m左右，計(jì)算得出穿越水平距離為559.77米，穿越管道長度561.82米。圖4 穿越管道曲線示意圖表1 定向鉆穿越計(jì)算表序號代號名稱計(jì)算式計(jì)算結(jié)果1D×管徑(mm)*壁厚（mm）813x15.92D外徑(mm)813.03管材X60直縫埋弧焊鋼管4防腐層雙層環(huán)氧粉末， 800m5(度)入土角9.56(度)出土角5.07(弧度)入土角0.28(弧度)出土角0.191(米)規(guī)劃河床底（設(shè)計(jì)道路路面）標(biāo)高4.010L0(米)河道藍(lán)線寬度0.0112(米)入土點(diǎn)地面標(biāo)高4.0123(米)出土點(diǎn)地面標(biāo)高4.0134(米)入土點(diǎn)管中心標(biāo)高424.0145(米)出土點(diǎn)管中心標(biāo)高534.015h

7、0(米)穿越水平段距規(guī)劃河床底（設(shè)計(jì)道路）深度20.016R(米)穿越弧線段曲率半徑R=1500D1219.517H1(米)入土點(diǎn)管中心距水平段管中心深度41h0D/220.418H2(米)出土點(diǎn)管中心距水平段管中心深度51h0D/220.419c(米)規(guī)劃河床底寬(米)0.020L1(米)管道水平段長度50.021l2(米)入土段直線段長度H1R.(1COS()./SIN() 22.322l3(米)入土段弧線段長度R.2/360202.223l4(米)出土段直線段長度H2R.(1COS()./SIN() 180.924l5(米)出土段弧線段長度R.2/360106.425L2(米)入土段直線

8、段投影距離H1R.(1COS()./TAN() 22.027L3(米)入土段弧線段長度投影距離R.SIN()201.326L4(米)出土段直線段投影距離H2R.(1COS()./TAN() 180.228L5(米)出土段弧線段長度投影距離R.SIN()106.329l(米)穿越水平距離L1L2L3L4L5559.830L(米)穿越管道長度L1l2l3l4l5561.84出、入土角的變化對穿越長度、深度的影響 根據(jù)石油天然氣管道穿越工程施工及驗(yàn)收規(guī)范的有關(guān)規(guī)定：一般入土角控制在90120、出土角控制在4080為宜，現(xiàn)在許多鉆機(jī)的生產(chǎn)商制造的鉆機(jī)的鉆桿的入土角最大可設(shè)定為180，最小為70左右。選

9、擇不同的出、入土角都會對穿越的長度和深度產(chǎn)生影響，換言之，如果要控制穿越的長度和深度，可以通過調(diào)整出、入土角來控制穿越的長度和深度。當(dāng)然影響穿越的長度和深度的因素還很多，后篇再敘。從圖5中我們看到相同管徑的鋼管，弧線段的曲率半徑為1500D（D為穿越管段外經(jīng)），在穿越深度相同時，如果穿越的水平直線段距離相同，那么出、入土角越大，穿越的長度就越短。但出入土角越大，拖拽管道的阻力就越大，施工難度就越大。圖5 出入土角對穿越長度的影響（相同深度）因?yàn)楦黝愩@桿的長度通常為810米，穿越的弧線段鉆孔時，就是利用鉆桿與鉆桿之間的折角來形成的，在鉆桿剛?cè)胪習(xí)r，必然是直線段。根據(jù)石油天然氣管道穿越工程施工及驗(yàn)

10、收規(guī)范的有關(guān)規(guī)定：穿越管段在入土點(diǎn)之后20m內(nèi)應(yīng)為直線段。我們從圖6中看到相同管徑的鋼管，弧線段的曲率半徑為1500D（D為穿越管段外經(jīng)），在保證入土點(diǎn)之后20m的直線段的情況下，那么入土角越大，穿越的長度就越長。圖6 入土角對穿越深度的影響（相同的入土段直線段長度）綜上所述，我們在嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范的前提下，選擇一個合理的出入土角和穿越深度就顯得非常重要。5影響出、入土角和穿越深度的因素5.1 施工場地 由于在施工過程中，擴(kuò)孔完成后，鉆機(jī)回拖管道必須一次拖完，所以所有穿越用鋼管都必須在事先全部焊接完工，并驗(yàn)收合格。這就要求有一個比穿越長度略長的布管場地，見圖7。因此在現(xiàn)場勘察時就必須考慮布管場

11、地，如果沒有足夠的布管場地，就必須縮短穿越長度，增加出入土角的角度。增加出入土角，就相應(yīng)增加了穿越深度和施工難度。 圖7 穿越管道布置示意圖 5.2 地質(zhì)條件定向穿越對地質(zhì)條件有相當(dāng)嚴(yán)格的要求，規(guī)范規(guī)定適宜于穿越的地質(zhì)條件有：粘土層、亞粘土層、粉砂層、中砂層。上海地處長江三角洲，是沖積平原，土質(zhì)情況多以上述幾個類型為主，這類土質(zhì)雖然比較適合穿越，但優(yōu)缺點(diǎn)各半，這類土中如果含水量少，在穿越過程中的固孔效果很好，但硬度增加，增加施工難度。如果含水量過多，就會形成流沙層，固孔效果非常差，嚴(yán)重的地方，根本無法實(shí)施穿越工程。以“西氣東輸”上海城市輸氣管網(wǎng)一期工程標(biāo)段曹安路、西虬江組合定向鉆為例，由于穿越

12、的范圍以前是吳淞江的古河道，土質(zhì)情況極其惡劣，地面的吳淞高程為4.00米，從2.00米10.00米約12米的范圍內(nèi)全部為流沙層，如果將穿越軌跡全部設(shè)置于流沙層中，風(fēng)險就相當(dāng)大，所以只有增加穿越深度，把穿越水平段定在粘土層，標(biāo)高為16.00米，使穿越管道有一定的長度處于比較穩(wěn)定的土層中，起支撐作用。另外此處施工場地較小，在規(guī)范允許的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)大出入土角，控制好穿越長度，保證施工的順利進(jìn)行。5.3 障礙物由于穿越工程為非開挖工程，在穿越河流、公路時，對地下障礙物必須進(jìn)行詳盡的探測。這些障礙物對穿越工程的安全實(shí)施，影響很大，例如，公路（道路）下的地下管線、地上建筑物的地下基礎(chǔ)，互通式立交橋的樁基，

13、河道防汛墻的樁基，重要河流岸邊碼頭的樁基等等，設(shè)計(jì)管路時都必須考慮到。以“西氣東輸”上海城市輸氣管網(wǎng)一期工程標(biāo)段吳淞蘊(yùn)藻浜定向鉆為例，按照正常的設(shè)計(jì)，最深處（水平直線段）管頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)高為16.00米，結(jié)果物探資料顯示，浜北正好有一排碼頭樁，樁底標(biāo)高為22.00米，設(shè)計(jì)時只能增加深度，最深處（水平直線段）管頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)高修改為28.26米，以保證管路距碼頭樁底的凈距達(dá)到3.00米的安全距離。為達(dá)到這個深度，只能將出入土角定在規(guī)范規(guī)定的上限，入土角為120，出土角為80，增加了施工風(fēng)險。5.4 鉆機(jī)由于目前國內(nèi)的鉆機(jī)大都依賴進(jìn)口，而生產(chǎn)商的技術(shù)水平也不盡相同，有些鉆機(jī)可以將入土角定為180。這類鉆機(jī)適用于電力電纜，塑料管等軟質(zhì)材料。對于剛性較強(qiáng)的鋼制管道不是很適用，所以在設(shè)計(jì)時，也必須對施工采用的鉆機(jī)有一個全面的了解，以控制出入土角，以免超出鉆機(jī)所能達(dá)到的最大入土角。5.5 相關(guān)部門（鐵路部門、水務(wù)部門）的要求我們的穿越工程主要是穿越大型通航的河流；交通繁忙的公路（道路）、高速公路、互通式立交橋；鐵路。這些河流、公路、鐵路都有專門的管理部門來管理，而各部門對管道穿越其下的要求也各不相同，例如鐵路部門要求：一般