水平定向钻穿越高速公路施工方案.docx
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水平定向钻穿越高速公路施工方案
煤层气输气管道工程
高速公路水平定向钻穿越施工方案
编制：
审核：
批准：
二O一二年十一月一日
一、编制依据
1.1设计文件
施工图。
1.2现行的法律、法规
1）《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号（2002）；
2）《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号（1989）；
3）《建设项目环境保护管理条例》国务院令第253号（1998）；
4）《中国石油化工集团公司安全、环境与健康（HSE）管理体系》Q/HSE0001.1-2001。
1.3遵循的验收规范、质量检验评定标准等
1）《油汽长输管道工程施工及验收规范》（GB50369-2006）；
2）《油汽输送管道穿越工程施工规范》（GB50424-2007）；
3）《石油天然气金属管道焊接工艺评定》（SY/T0452-2002）；
4）《钢质管道焊接及验收》（SY/T4103-2009）；
5）《石油天然气建设工程施工质量验收规范输气管道线路工程》（SY4208-2008）；
6）《石油天然气建设工程施工质量验收规范管道穿跨越工程》（SY4207-2007）。
1.4根据建设单位组织的现场勘察所获取的有关资料
1.5根据我公司现有的技术装备和施工能力
二、工程概况
高速匝道定向钻穿越工程,穿越总长为428米,经过勘察，本次穿越横跨太原环城高速罗城段及若干条匝道，环城高速车流量较大且作用非常重要。
穿越入土点为距风峪河南岸35m的晋祠路东侧60m处，管端回拖深度为1.8m（管底）；穿越出土点为建材市场大院桩A102处，管尾回拖深度为1.8m（管底）；穿越管线最深处为入钻点水平下5m，高速路面以下12m,管道输送介质为煤层气。
管线为Φ508mm直缝钢管外套3PE防腐层。
三、现场分析和方案选择
1.现场分析
通过对穿越地点地质的勘探，发现水平定向钻需穿越卵石层，卵石层实密度较好，而为了在水平定向钻过程中满足管道的曲率半径，必须穿越卵石层，这样虽不易塌孔，但使得钻进较困难。
但由于环城高速车流量较大且作用非常重要，该段煤层气输气管线不能采用开挖敷设，顶管穿越工期较长，为保证工期进度，故采用定向钻敷设管道。
2.方案选择
为保证施工进度安全顺利，且不影响高速的正常运行，经与建设单位、设计院和监理单位共同协商，针对罗城高速匝道的地理条件和实际情况，采用水平定向钻施工。
四、施工准备工作
1.施工设备
水平定向钻机、钻杆、发电机、泥浆泵、水罐车、硼润土、麻袋等。
2.测量放线
根据设计交底（桩）与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。
3.施工场地准备
施工作业带、管道预制场地的准备、入土点和出土点工作面的准备。
1）管道预制场地在罗城建材市场院内，所需预制场地长220米。
但因罗城建材市场木材堆放场地局限，故预制4根9接1的管，每根107米。
为不影响木材经销，故在施工作业带内挖一个长120米、宽1.4米、深0.6米的管沟，而后将预制的管其中两根拖拽至该沟内并做回填（图中阴影部分），再与建材市场院内的剩余两根进行组对焊接，（如图）过路地段需并列加设2根DN800的长度为6m的钢套管，在此过程中，所开挖的土方量为：
V=120*1.4*0.6=100.8m3
而在拖拽的过程中，为了减小摩擦力，并使防腐层不被刮伤划破，因而在管道底端垫装有细土的麻袋，麻袋上涂抹润滑油，每6m/个，垫高0.4米。
2）入土点工作面：
宽30米，长40米。
而在入土点与晋祠路搭接处，需修筑5米宽的施工便道，并加以平整、压实，地面承载力满足运输机械要求。
施工便道完成后，在钻机场地一侧挖泥浆池（15m*30m*2.5m），同时排浆池底部采用防渗水工布处理，做好防渗措施。
钻机场地油料区用砖砌隔离墙1次，4米宽，6米长，2米高。
搭设泥浆料棚。
场地四周挖0.8m*0.8m的排水沟并围栏。
如图所示：
晋祠路与所钻机场地的林带区具有近2.8米的高差，由于晋祠路无法开挖降坡，为保证机械设备顺利进场，将拉运土方修筑施工便道，如下图：
回填土方量计算如下：
已知晋祠路与林带地面高差为2.8米，坡度为12º，施工便道两边的放坡系数为1:
1。
a、施工便道：
V1=13.15*2.8*5/2=92.05m3
b、施工便道两边坡度：
V2=13.15*2.8*2.8=103.096m3
则所需外运土方量为：
V=V1+V2=103.096+92.05=195.15m3
3）出土点工作面：
宽30米，长30米。
平整压实后，用于放置钻杆和出土点设备。
在穿越中线的一侧挖泥浆池（8m*15m*2.5m）。
在出土点位置顺钻机方向挖穿前发送沟，宽1.5m，深2.5m，长50m。
4）场地准备完成后，对机械设备进场道路进行修筑，并压实。
路面承载力必须满足进场机械的要求。
4.定向钻前期准备（如图）
管道预制场地在罗城建材市场院内，高速公路之间穿越距离428米，而为了防止管道在拖运过程中左右摆动，因而挖了一个长30米，宽1.5米，深1.8米的发送沟，在拖拽的过程中，为了防止管道的防腐层被刮伤，在管道底下每隔6米垫装有细土的麻袋，麻袋上涂有润滑油，且采用4台25T汽车吊、一台300挖机同时起吊并向前推进以减小钻机拖拽力。
4.材料准备
管材（A102—A103）共428米、热缩套36个、麻袋、润滑油。
管材到位后，开始在预制场地布管、焊接。
5.机械准备
主要施工机械设备见各项资源需要量计划。
6.建设单位提供相关的地勘资料
五、施工顺序及方法
1.穿越点位置
穿越入土点为风峪河南岸晋祠路东侧60m处，管端回拖深度为1.8m（管底）；穿越出土点为建材市场大院A102处，管尾回拖深度为1.8m（管底）。
2.穿越主要技术参数
序号
项目
内容
1
穿越管径
Φ508mm
2
铺管长度
428m一条
3
穿越长度
428m一条
4
拖管长度
428m一条
3
入土角
5°
4
出土角
5°
5
管材
甲供
6
穿越管线曲率半径
Re=762m
3.工程地质
穿越地层为杂填土，粉沙层，粗沙砾层，卵石层，穿越难度较大。
4.施工环境
本工程管线穿越轨迹距离公路较近，在有限的施工条件下，最大限度的降低穿越管线对沿途道路的影响，以保证穿越施工安全成功。
5.交通条件
本工程位于晋祠路旁，交通条件较为便利。
6.主要工程量
序号
项目
单位
数量
备注
1
钻机进场调试安装
次
1
2
导向孔钻进
m
428
3
一次预扩孔φ300mm
m
428
4
二次预扩孔φ400mm
m
428
5
三次预扩孔φ500mm
m
428
6
四次预扩孔φ600mm
m
428
7
五次预扩孔φ700mm
m
428
8
六次预扩孔φ800mm
m
428
9
清孔（φ800mm一至二次）
m
428
10
Φ508mm管线回拖
m
428
7.计划工期
钻机设备进场，满足施工要求，有效工期22天。
（见附图一）
六、穿越施工方案
1.定向钻施工工艺流程
2.穿越管道施工技术措施
2.1管线焊接
a.管线的焊接抗拉强度应该能满足钻机回拖力的要求,最少不能低于8T。
b.回拖所需管线在拖管前要全部焊接好摆至现有管沟内就位,回拖过程要连续进行。
c．管线应从出土点以后至少25米开始向远离钻机方向预制。
2.2定向钻穿越参数复测及场地测量
a.用水准仪测量穿越沿线的地面高程并放出穿越路线，在穿越线路上做出明显标记。
b.穿越入土侧：
钻机场地占地面30m×40m,包括泥浆池。
c.穿越出土侧预扩孔、回拖作业场地：
为满足管线回拖时顺利进入孔洞，须挖深1.8m，宽1.5m，长30m管线引沟,包括泥浆池。
2.3场地修筑
1）入土侧场地需平整压实，钻机要坐在风峪河南岸晋祠路东侧60m入钻点处，须占用场地30m×10m，锚固钻机。
2）入土侧要开挖长5m宽1.5m深2.0m的工作坑，管线回拖至此，并作为临时储存泥浆及摘卸回扩器工作坑，施工过程中产生的泥浆要及时抽走。
2.4设备进场、组装调试
2.4.1将钻机主机就位，并将地锚锚护好、泥浆系统、钻杆、辅助动力等就位。
2.4.2连接好各种液压管线、泥浆管线及施工所需电缆等。
2.4.3全部组装完毕，以仔细检查确认后，设备进行试运转：
调试钻机系统，认真观察各表盘指示是否正常，各操作手柄是否回位；调校控向系统，调试泥浆系统。
2.5泥浆控制
2.5.1泥浆是定向穿越中的关键因素，对泥浆的性能要很高。
为克服不利因素我们将采取以下措施：
（1）按照事先确定好的泥浆配比用一级钠基膨润土加上泥浆添加剂，配出符合要求的泥浆。
（2）使用的泥浆添加剂有：
降失水剂、固壁剂、悬浮剂、纤维素、粘土分散剂等。
（3）为确保泥浆的性能，保证膨润土有足够的水化时间，我们采取两套加料配浆系统，延长泥浆循环周期。
2.5.2强化各施工过程泥浆性能调整
（1）斜孔段：
泥浆的流动性能要好，结构性要强，保证钻屑携带和孔眼清洁；控制泥浆的失水，防止塌孔。
需增大固壁剂、降失水剂含量。
（2）水平孔段：
要及时提高润滑剂剂量，适当降低粘度和切力，保证泥浆的流变性能良好，使钻屑顺利返出地面；增强泥浆的润滑性，减小钻机旋转及推进阻力。
（3）扩孔：
增强泥浆的造壁性能，防止孔壁塌陷，防止缩径；需增大固壁剂、悬浮剂、纤维素、降失水剂剂量。
（4）回拖：
提高泥浆的润滑性，降低摩擦阻力。
增强携屑效果；需提高润滑剂剂量。
2.5.3泥浆的粘度：
根椐穿越段地层情况，在钻导向孔阶段，泥浆粘度控制在45~50S；在预扩孔和回拖阶段泥浆粘度提高5～10S即达到50～55S；实际使用过程中，泥浆的配比随地层不同而随之变化，并选用不同的添加剂。
2.6定向钻穿越
2.6.1钻导向孔
（1）制定详细周密的导向计划，曲线半径要大于钢管的弯曲半径。
（2）把好控向关。
在导向孔钻进过程中使用DCI公司的无线控向系统，在出入土两侧和沿途做好标记,每根钻杆至少要测量一次数据以保证在整个控向过程中及时纠偏,从而达到曲线要求。
（3）导向孔钻进精度目标：
导向孔曲线与设计曲线的偏移差半径不大于0.3米；出土点沿设计曲线应不大于0.3米，最大不超过0.5米；横向偏差应不大于0.3米，最大0.5米。
（附：
导向计划表）
导向计划表
钻杆长度：
6m导向孔钻进长度：
408m
钻杆根数（根）
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
钻进长度（m）
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
78
84
90
96
探测深度（m）
1.5
1.7
1.9
2.2
2.5
2.8
3.2
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.7
4.8
4.9
5
钻杆倾斜度（%）
-7.5°
-7°
-7°
-6.5
-6°
-5.5°
-5°
-4.5°
-4°
-3.5°
-3°
-2.5°
-2°
-1.5°
-1°
-0.5°
0°
钻杆根数（根）
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
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