通信管道水平定向钻穿越建设规范.docx
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通信管道水平定向钻穿越建设规范
通信管道水平定向钻穿越建设规范
1.
目的
为了加强中国电信上海公司通信管道水平定向钻穿越设计、施工及验收，提高工程建设质量，特制定本规范。
2.适用范围
本规程适用于上海地区采用水平定向钻穿越方法进行通信管道的设计、施工及质量验收。
本规范若与国家、行业相关强制性标准、规范有矛盾时，应按国家和行业相关规定执行。
3.引用文件/标准
a）GB50021-2001岩土工程勘察规范
b）CJJ61-2003城市地下管线探测技术规程
4.定义/术语
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4.
4.1.非开挖技术
即利用微开挖或不开挖技术对地下管线、管道和地下电缆进行铺设、修复或更新的技术。
4.2.水平定向钻进
是采用安装于地表的钻孔设备，以相对于地面较小的入射角钻入地层形成先导孔，然后将先导孔扩径至所需大小并铺设管道（线）的一种管道施工技术。
4.3.入土点泥浆池
为水平定向钻进施工导向孔、扩孔钻进及拉管就位存储、回收泥浆和确定起始入口位置而开挖的泥浆坑。
4.4.出土点泥浆池
为回收、储存水平定向钻进施工中排出的泥浆和确定出口位置而开挖的泥浆坑。
4.5.钻孔泥浆
指水和膨润土或聚合物的混合物，在施工过程中起辅助切削、降低扭矩、排渣、护壁、冷却、润滑的作用。
4.6.先导孔
指利用带斜面的、直径相对较小的导向钻头按照预先设计轨迹首先形成的小直径的导引孔。
4.7.入、出土角
在水平定向钻进施工过程中钻头进入地层或从地层钻出时，钻杆柱与水平面的夹角。
4.8.顶角
钻孔轴线在给定点的切线与通过该点与水平面之间的夹角。
4.9.方位角
钻孔轴线在水平面上的投影或钻孔轴线在给定点上的切线在水平面上的投影与正北方向之间的夹角。
4.10.导向系统/定位仪
在施工过程监控钻头的位置变化，提供钻头和钻孔的位置参数，用于控制钻孔方向的测量定位系统。
4.11.扩孔
在钻机的牵拉作用下，通过钻杆带动回扩钻头将先导孔扩径至所铺设管道要求尺寸的施工过程。
4.12.管线回拉
通过钻杆将成品管从钻孔的出土点一侧，沿扩孔后的孔洞回拉至钻杆入土点一侧实现铺设管道目的的施工过程。
4.13.穿越
在地表下避开障碍物（河流、建筑物、铁路、公路、街道、绿化、其他管线等）铺设管道的非开挖施工技术。
4.14.持力层
地基基础设计时，直接承受基础及基础传递的上部结构荷载的地层称为持力层。
4.15.扩散角
地基基础设计中，基础及基础传递的上部结构荷载在持力层引起附加应力，该应力向持力层下方扩散的角度为扩散角。
5.管理和职责
本规范非管理规范。
6.流程图
无。
7.管理内容/工作程序
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7.1.基本规定
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7.1.
7.1.1.水平定向穿越通信管道施工一般使用在穿越公路、河流、地表障碍物以及不允许大面积开挖的情况下时使用，也可用于常规的地下通信管道的施工。
7.1.2.水平定向钻铺设通信管道的设计、施工、监理等单位必须具有专业资质。
7.1.3.水平定向钻穿越通信管道使用的管材应符合国家有关现行标准及相应规定。
管材的焊接应按设计和相关标准执行。
7.1.4.水平定向钻穿越通信管道施工前，应对管线穿越段区域进行工程勘察，调查分析施工区域内地下各类设施、管线分布和周边环境等各方面情况，充分掌握现场资料。
7.1.5.施工单位施工前应根据设计人员的现场交底和工程设计图纸勘察现场，对设计的管线穿越段既有管线进行实地核实，并做出该工程的施工组织设计书。
施工组织设计的审批应符合相关建设程序。
7.1.6.水平定向钻设备进场前应进行维护调试，设备进场后清点设备附件，进行现场调试。
施工现场应设置围栏。
7.1.7.水平定向钻施工单位应建立操作人员工作记录制度，由钻机操作人员或主管人员填写施工日志。
7.1.8.工程建设中所需的原材料、半成品和成品的质量和性能要求，应符合国家及行业的有关规范、标准，并应选用符合中国电信上海公司合格供应方提供的产品。
7.2.工程勘察
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7.2.1.一般规定
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7.2.1.
7.2.1.1.工程勘察应符合《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）和《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61-2003）的规定。
7.2.1.2.工程勘察应提供如下资料：
1）管线工程平面图（1:
200~1:
1000）；
2）既有管线地下管网图；
3）现场勘察记录。
7.2.1.3.工程勘察应包括工程地质、水文地质、地形、地貌、地面建（构）筑物及既有地下管线探测等。
7.2.2.工程地质勘察
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7.2.2.1.现场踏勘，应查明地形、地貌、地面建筑对工程的不利条件，应查清水域覆盖面积和深度，应查实有无影响正常施工的干扰源。
7.2.2.2.水文地质内容应包括：
地下水类型、含水层性质、测定初见水位和稳定水位。
7.2.2.3.需要进行岩土试验的项目应根据定向钻施工和所铺设的生产管线的要求来确定，试验项目应按《岩土工程勘察规范》（GB50021）的规定执行。
7.2.2.4.勘探取样钻孔的平面钻孔位置和深度应符合下列规定：
1）勘探孔的位置应在定向钻铺管的穿越线路两侧3~5m内，勘探孔结束施工后应进行灌浆封孔；
2）勘探孔数量的确定应按定向钻穿越长度及地层的复杂程度确定。
在均质地层上布孔，可沿穿越路由方向进行，孔距50~100m；在地质构造复杂且地层不连续的情况下，应加密布孔；
3）穿越公路、铁路、地表障碍物等，宜在其两侧布孔，孔数不宜少于2个；穿越河谷、河谷两岸及河床应布置勘探孔，勘探孔数不应少于3个；
4）勘探孔的深度宜在管道穿越轨迹以下6m；
5）勘探孔钻遇砂层、卵石层时，宜将该层穿透；
6）在必须采用降低地下水位进行施工的地域应查清地下含水层的厚度。
7.2.3.既有地下管线探测
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7.2.3.1.对既有地下管线探测应符合下列程序：
搜集资料→现场踏勘（确定探测方法）→实地调查（仪器探测、人工探察）→地下管线图绘制→报告书编写→成果验收。
7.2.3.2.对既有地下管线探测的范围应不小于穿越路由两侧各5m，并查明既有地下管线的性质、类型及所在的地下空间位置。
7.2.3.3.对既有地下管线的探测应符合中华人民共和国建设部《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61-2003）的规定。
7.2.3.4.对既有地下管线探测后，应通过地面标志物、检查井、闸门井、人孔、手孔等进行复核。
7.3.工程设计
7.3.
7.3.1.一般规定
7.3.1.1.水平定向钻穿越通信管道施工设计应包括下列内容：
1）工程概况：
项目、地点、内容、主要工程量、计划施工周期；
2）既有地下管线；
3）施工方法、技术工艺；
4）施工场地布置；
5）施工机具及材料；
6）人手孔设计；
7）检验及验收标准。
7.3.2.管材
7.3.2.1.水平定向钻铺设通信管道宜采用聚乙烯（PE）管。
如有新技术，新材料管道满足使用也可采用。
7.3.2.2.采用水平定向钻穿越铺管长度低于100m，穿越深度低于5m，采用DN110*8.0mm的PE管材，穿越铺管长度在100-200m，穿越深度在5-10m，采用DN110*9.0mm的PE管材，穿越铺管长度大于200m，穿越深度大于10m，采用DN110*10.0mm的PE管材。
7.3.2.3.PE管规格及技术要求应符合《通信管道水平定向钻穿越用聚乙烯（PE）管材采购标准及检验检测方法》
7.3.2.4.管道SDR与覆土厚度的的关系可参照公式7.3.2.5确定，HDPE管的最小壁厚与深度关系如表7.3.2.5-2所示：
（7.3.2.5）
式中：
qt—管道总的外部压力（MPa）；
D—管道直径（m）；
t—管道壁厚（m）；
SDR—管道标准尺寸比；
Rw—水浮力因子（最小取0.67）；
Hw—管顶以上地下水位高度（m）；
H—管顶覆土厚度（m）；
w—土体重度（kN/m³）；
WS—动荷载（MPa），按《给排水工程管道结构设计规范》
GB50332-2002的要求计算；
B—弹性支撑系数；
EL—管道长期弹性模量（MPa），一般取150以上；
ES′—土体反作用模量（MPa），对现场条件了解少的情
况下，一般可取4.8；
N—安全系数，一般取2.5；
C—椭圆度折减因子，如表7.3.2.5-1；
q—管道的椭圆度（%）。
7.3.2.5-1椭圆度折减因子表
椭圆度（%）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
椭圆度折减因子
0.91
0.84
0.76
0.70
0.64
0.59
0.54
0.49
0.45
0.41
7.3.2.5-2管道SDR与埋深的关系（假设地下水位为1m）
参数：
EL=150MPaHW=H-1mWs1C=0.76ES’=4.8MPaN=2.5
土层重度
管顶埋深
（m）
沙砾层w（17.62KN/m3）
一般粘土w（19.22KN/m3）
SDR
t（mm）
（D=110mm）
t（mm）
（D=32mm）
SDR
t（mm）
（D=110mm）
t（mm）
（D=32mm）
3
21.74
5.06
1.47
20.95
5.25
1.53
4
18.79
5.85
1.70
18.13
6.01
1.77
5
16.86
6.52
1.90
16.27
6.76
1.97
6
15.48
7.11
2.07
14.94
7.36
2.14
7
14.42
7.62
2.21
13.93
7.89
2.30
8
13.59
8.09
2.35
13.13
8.38
2.44
9
12.89
8.53
2.48
12.46
8.83
2.57
10
12.29
8.95
2.60
11.88
9.26
2.69
11
11.76
9.35
2.72
11.37
9.68
2.81
12
11.29
9.75
2.84
10.91
10.08
2.93
注1：
动荷载的计算参考《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002，车辆为单行车辆，车辆技术标准参照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004.
注2：
水平导向钻进铺管的壁厚还与铺管回托力有直接关系，选择壁厚时应首先考虑是否能满足回拖力的要求.
注3:
该表仅供参考，实际计算时表中参数应根据实际情况选取。
7.3.2.5.单根管道回拖时的允许拖拉力应按下式计算：
（7.3.2.6）
式中：
F—允许拖拉力（N）；
σ—管材的屈服拉伸强度（MPa或N/mm²）σ＝20
或实测值
DN—管道外径（mm）；
DO—管道内径（mm）。
7.3.2.6.多根管道回拖时的允许拖拉力应按下式计算：
（7.3.2.7）
式中：
Fn—允许拖拉力（N）；
n—同时回拖聚乙烯管道根数。
7.3.3.导向孔设计
7.3.3.1.定向钻导向孔轨迹设计应包括下列内容：
1）钻孔类型和轨迹形式；
2）选择造斜点；
3）确定曲线段的曲率半径；
4）计算各孔段钻孔轨迹参数。
7.3.3.2.导向孔轨迹设计应综合考虑生产管线技术要求、施工现场条件、施工机械等因素。
7.3.3.3.导向孔轨迹设计参数（见图1）可按下列公式计算：
图1管道穿越示意图
式中：
a2—入土端曲线的水平长度（m）；
b2—入土端曲线的高度（m）；
b1—入土端直线段的高度（m）；
c1—出土端曲线的水平长度（m）；
d2—出土端曲线的高度（m）；
d1—出土端直线段的高度（m）；
L1—底部直线段的长度（m）；
R—曲率半径（m）；
θ入—入土角（º）；
h1—入土端地面与底部直线段的高度（m）；
a1—入土端直线段的水平长度（m）；
θ出—出土角（º）；
h2—出土端地面与底部直线段的高度（m）；
c2—出土端直线段的水平长度（m）；
L—穿越长度（m）。
7.3.3.4.入土角、出土角应根据设备性能和现场条件确定，塑料管道应不超过30º，对坑内始钻式入土角和出土角一般采用零度或近似水平。
7.3.3.5.当钻机安放于地面时，第一直线段轨迹应是入土角的斜直线段，该段最小距离不应小于一根钻杆长度；大型设备该段距离不宜小于10m。
7.3.3.6.定向钻铺设通信管道穿越公路、铁路、河流、地面建筑物时，最小覆土深度应符合表7.3.3.6的规定。
表7.3.3.6最小覆土深度
项目
深度
城市道路
与路面垂直净距＞1.5m
公路
与路面垂直净距＞1.8m；路基坡角地面以下＞1.2m
高速公路
与路面垂直净距＞2.5m；路基坡角地面以下＞1.5m
铁路/电车轨道
路基坡角处地表下5m；路堑地形轨顶下3m；0点断面轨顶下6m
河流
一级主河道百年一遇最大冲刷深度以下>3m
二级河道河底最低标高以下＞3m，最大冲刷深度以下2m
地面建筑
根据基础结构类型，经计算后确定。
备注：
1.最小覆盖深度还应大于钻孔最终扩孔直径的6倍以上；
2.通信管道与铁路及有轨电车道的交越角不宜小于60°，并且与道岔及回归线的距离不应小于3m。
7.3.3.7.水平定向钻穿越铺设通信管道时，钻孔与建筑物或既有地下管线的距离应符合表7.3.3.7中的规定。
表7.3.3.7与建筑物或既有地下管线的距离
既有地下
管线及建筑物
与通信管线位置
平行静距（m）
垂直静距（m）
建筑物基础
以上
不小于2.0m
以下
必须在持力层扩散角之外，扩散角不得小于45度
经过验算后确定深度
既有地下管线
以上
最大扩孔径的2倍以上，且不得小于0.6m
大于0.6m
以
下
粘性土地层
大于0.5m
应大于扩孔直径的1倍
粉土地层
应大于扩孔直径的1.5倍
砂土地层
应大于扩孔直径的2倍
备注：
1.遇可燃性管道和特殊管线及弯曲孔段应考虑加大水平和垂直净距。
若达不到上述距离时，应增设有效的技术安全防护措施。
2.当与煤气管道相交时，交越处应与煤气管接合装置和附属设备保持至少2m的距离，否则应加保护措施。
7.3.3.8.除满足7.3.3.6和7.3.3.7的规定外，还应满足《通信管道与通道工程设计规范》YD5007-2003中的要求。
7.3.3.9.扩孔直径应为所铺管道或管束的等效直径的2倍以上。
7.3.3.10.钻孔的曲率半径应根据钻杆的弯曲强度值确定，一般情况下取1200d以上（d为钻杆外径）。
7.3.4.回拉力计算及定向钻机选择
7.3.4.1.定向钻回拉力宜按公式（7.3.4.1）计算：
（7.3.4.1）
式中：
F－计算的拉力（t）；
L－穿越长度（m）；
f－摩擦系数，0.1~0.3；
D－生产管直径（m）；
－泥浆密度（t/m³或g/cm³），一般取1.1~1.2；
－管材密度（t/m³或g/cm³）；
δ－生产管壁厚（m）；
k－粘滞系数，一般取k=0.01~0.03。
7.3.4.2.水平定向钻机的回拖能力宜根据式7.3.4.1计算值的1.5~3倍来选择，并应考虑施工场地的大小。
7.3.4.3.钻机类型和特性如下表所示：
表7.3.4.3HDD钻机的类型和特性
分类
小型
中型
大型
给进力或回拉力（kN）
﹤100
100~450
﹥450
扭矩（kN·m）
﹤3
3~30
﹥30
回转速度（r/min）
﹥130
100~130
﹤130
功率（kW）
﹤100
100~180
﹥180
钻杆长度（m）
1.50~3.00
3.00~9.00
9.00~12.00
给进机构
钢绳和链条
链条或齿轮齿条
齿轮齿条
铺管直径（mm）
﹤350
350~600
600~1200
铺管长度（m）
﹤300
300~600
600~1500
铺管深度（m）
﹤6
6~15
﹥15
7.3.5.钻具选择
7.3.5.1.导向钻头类型和尺寸应按岩土的类型、土层的造斜能力、造斜配套工具等要求进行确定，钻头类型和尺寸可参照表7.3.5.1选用。
表7.3.5.1导向钻头类型选择
土层类别
钻头类型
淤泥质粘土
较大掌面的铲形钻头
软粘土
中等掌面的铲形钻头
砂性土
小锥形掌面的铲形钻头
岩石
牙轮钻头
7.3.5.2.扩孔器的选择可参照表7.3.5.2选用：
表7.3.5.2扩孔钻头使用的地层
钻头类型
使用地层
挤压型扩孔钻头
松软地层
切削型扩孔钻头
软土地层
组合型扩孔钻头
地层使用范围较广，属普通型扩孔钻头
牙轮型扩孔钻头
硬土和岩石
7.3.6.钻孔泥浆
7.3.6.1.施工前应按地层条件配制泥浆，泥浆粘度应能确保孔壁稳定，并能将钻屑携带到地表。
泥浆粘度可参照表7.3.6.1选用。
表7.3.6.1泥浆粘度表
项目
孔径（mm）
地质（s）
粘土
亚粘土
粉砂
细砂
中砂
粗砂
砾砂
岩石
导向钻孔
/
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
扩孔及回拖
φ426以下
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
φ426~φ711
40~45
40~45
45~50
50~55
55~60
45~55
φ711~φ1016
45~50
45~50
50~55
55~60
60~80
50~55
φ1016以上
45~50
50~55
55~60
60~70
65~85
55~65
7.3.6.2.泥浆的失水水量控制，一般地层30min内泥浆的失水量宜控制在10~15ml；水敏性易坍塌和松散地层失水量宜控制5ml以下。
7.3.6.3.泥浆的PH值应控制在8~10之间。
7.3.6.4.通信管道水平穿越泥浆用量的计算公式如下：
（7.3.6.4）
式中：
V=孔的体积，m³；
D=孔的直径，m；
L=孔长，m；
K=取值范围为1~3,一般取3。
7.3.6.5.泥浆应在专用的搅拌器中配制，并具有足够的供应量，从钻孔中返回的泥浆应及时外运，满足工程文明施工和环保要求处理。
7.3.7.场地布置和人手孔设计
7.3.7.1.水平定向穿越通信管道施工场地包括设备场地和管道场地，场地大小由钻机的型号、终孔直径和铺管长度决定。
7.3.7.2.施工场地还应考虑影响施工的空中设施、地下设施、和交通高峰期的影响。
7.3.7.3.入出土工作坑是穿越工程的必要组成部分，也是水平定向钻进中需开挖的部分。
工作坑的尺寸一般为：
深（300~900mm）⨯宽（300~600mm）⨯长（600~1800mm）。
实际工作坑尺寸依据钻孔直径、钻机尺寸、钻进参数和现场地形而定。
可依据图2来确定。
（a）平面图
（b）剖面图
其中：
α为入土角；
D为孔径；
c1满足人手井的要求取0.4m；
c2=D/cosα；
c为坑深，c=c1+c2；
b为坑宽，b>D；
a为长度，a=c/tanα。
对于出土坑则将α换成出土角。
图2工作坑尺寸示意图
7.3.7.4.城市中水平定向穿越通信管道施工场地应尽可能小，场地布置可参照图3。
（a）起始端场地平面布置图
（b）终止端场地平面布置图
其中：
钻机；
②钻杆/钻具；
③入出土点工作坑；
④吊车/挖土机；
⑤泥浆泵/泥浆设备；
⑥工作室/存储区；
⑦管道；
⑧铺管区
图3场地平面布置图
7.3.7.5.设备场地的面积一般应保证钻进设备周围具有至少大于钻杆单根长度的操作空间，主要由钻机占地面积来确定。
7.3.7.6.管道场地应能满足铺设管子的连接，并尽可能避免水平向弯曲的情况下一次性拉入。
7.3.7.7.通信管道水平定向穿越施工场地面积的确定如下：
假设钻机尺寸为l（长）×d（宽），铺管长L；
则设备场地的面积a×b=3l×（l+d）。
管道场地面积a×b=（L+l）×（l+d）。
7.3.7.8.通信管道人手孔的设计应满足《通信管道与通道工程设计规范》YD5007-2003的要求。
7.4.工程施工
7.4.1.一般规定
7.4.1.1.通信管道定向钻铺设应符合设计要求，技术措施安全可行、减少环境污染、不破坏相邻管线和建筑物。
7.4.1.2.应根据地形地貌及铺管长度、管径等因素，确定是否需要开挖发送沟（道）或设置钢托架；
7.4.1.3.定向钻施工前，应制定施工组织设计或专项施工方案，并做好技术交底。
7.4.1.4.钻机进场前应进行调试，按施工组织设计中的要求带齐机械附件、钻杆、扩孔钻头等。
7.4.1.5.钻杆备量应大于被铺管线的1.2倍，其使用应符合以下要求：
1）钻杆的机械性能主要是强度和扭矩，其规格、型号应符合扩孔扭矩和回拉力的要求；
2）钻杆丝扣应保持洁净，旋扣前应涂上丝扣油；
3）不应使用弯曲和损伤钻杆，钻杆内应避免杂物进入。
4）施工过程中，应随时对钻杆进行检查。
7.4.1.6.材料进场时，应进行质量检验，并附有质量证明合格文件。
7.4.1.7.施工完成后应清理现场。
7.4.2.施工前准备
7.4.2.1.应由专业测量单位按工程设计图纸进行测量定桩、定高程，并对施工人员现场交桩，并做记录。
7.4.2.2.应由工程设计人员到现场对施工人员进行现场设计交底，施工人员做好记录。
7.4.2.3.施工人员在交底接桩后应勘察现场、校核桩点、了解周边环境、确定临水临电接点、确定设备的进出路线。
7.4.2.4.施工人员在勘察现场后应认真审图，了解设计思想，做出施工组织设计和专项方案。
7.4.2.5.根据施工组织设计中的施工平面布置图确定材料码放位置、钻机位置、泥浆泵和设备位置、泥浆存储位置、临设位置和工作坑位置。
7.4.2.6.在施工现场放出被铺设管线的中心线，并在中心线上标示穿越障碍物和交叉管线的位置。
7.4.2.7.根据设计要求开挖工作坑，对需支护的进行支护，并满足下列要求；
1）工作坑周围应按要求设置围挡；
2）在了解周围管线，与权属单位联系，并现场交底落实保护措施；
3）应保持工作坑周边清洁。
7.4.2.8.定向钻机安装应符合下列要求：
1）钻机应安装在生产管中心线延伸的起始位置；
2）调整机架方位与设计钻孔轴线一致；
3）按设计入土角调整机架倾斜角度；
4）钻机定位后，应用锚杆
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