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
28
29
30
31
32
33
钻进长度(m)
102
108
114
120
126
132
138
144
150
156
162
168
174
180
186
192
198
探测深度(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
钻杆倾斜度(%)
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
钻杆根数(根)
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
钻进长度(m)
204
210
216
222
228
234
240
246
252
258
264
270
276
282
288
294
300
探测深度(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
钻杆倾斜度(%)
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
钻杆根数(根)
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
钻进长度(m)
306
312
318
324
330
336
342
348
354
360
366
372
378
384
390
396
402
探测深度(m)
5
5
5
5
4。
9
4.8
4.7
4.6
4。
4
4。
2
4
3。
8
3。
6
3。
2
2。
8
2.4
1。
8
钻杆倾斜度(%)
0°
0°
0°
0°
0。
5°
1°
1.5°
2°
2。
5°
3°
3。
5°
4°
4.5°
5°
5。
5°
6°
6.5°
钻杆根数(根)
68
钻进长度(m)
408
探测深度(m)
1。
5
钻杆倾斜度(%)
7°
出钻
注:
入钻造斜长度90m(第1—第15根钻杆),出钻造斜长度234m(第16—54根钻杆),
水平段长度84m(第55—第68根钻杆)。
导向计划:
晁玉士
2。
6.2预扩孔
完成导向孔工作后,开始进行预扩孔,根据本工程实际情况和水平方向钻穿越施工技术要求,扩孔分六级进行,依次选用φ300mm、φ400mm、φ500mm、φ600mm、φ700mm、φ800mm的扩孔器进行预扩孔,扩孔完成后为保证孔洞的通畅,进行一至两次的清孔,清孔完成后再进行管线回拖。
2.6。
3预制管道试压
已预制好的管道试压。
因已进入冬季,环境温度比较低,经与甲方、监理协商,采用空气作为介质来进行压力试验。
如图所示:
管材试压过程中,要按以下规范操作:
用空压机向待试管道系统中加注空气,压力应逐级缓升,首先升到试验压力的50%进行检查,若无泄漏及异常现象,继续按试验压力的10%逐级升压,直至强度试验压力,每级稳压3分钟,达到试验压力后稳压10分钟,以无泄漏,目测无变形等为强度试验合格。
然后降至设计压力,用涂刷肥皂水方法检查,如无泄漏,稳压时间根据查漏工作需要而定,以发泡剂检验不漏、压力不降,则严密性试验为合格。
试压过程及注意事项:
1、试压介质为压缩空气。
2、试验用的压力表应经过校验,并在有效期内,压力表精度应不低于1。
5级,量程为被测最大压力的1.5~2倍,表盘直径不应小于150㎜,最小分度值应能显示0。
05MPa。
2、试压时的压力表应不少于2块,分别安装在试压管段两端,稳压时间应该在管段两端压力平衡后开始计算。
试压管段的两端应各安装1支温度计,且应避免阳光直射,温度计的最小刻度应小于或等于1℃。
3、试压装置,包括阀门和管道应经过试压检验后方能使用,现场开孔和焊接应符合压力容器制造、安装有关标准的规定。
4、试压时的升压速度不宜过快,压力应缓慢上升,每小时升压不得超过1MPa。
当压力升至30﹪强度压力时,停压30分钟,对管道进行观察检查,若未发现异常情况或问题方可继续升压;再升压至60﹪强度压力时,停压30分钟,再次对管道进行观察检查,若未发现异常情况或问题方可继续升压.管道继续升压到强度压力6MPa,然后停止试压,待管段两端压力平衡后,稳压4小时。
4、检漏人员在现场检漏时,管道的环向应力不应超过刚才规定的最低屈服强度的20%,在管道的环向应力首次开始从钢材规定的最低屈服强度的50%提升到最高试验压力,直到又降至设计压力为止的时间内,试压区域内严禁有非试压人员,试压巡检人员亦应与管线保持6m以上的距离,距试压设备和试压段管线50m以内为试压区域。
4、在试压过程中,严禁敲击被试压管道以及管道连接的任何部件。
5、当压力升至强度压力时,停止升压,随时注意超压现象的发生,严禁超压。
6、强度试验的稳压期间及稳压结束时,管道无断裂、无异常变形,且压降不大于强度试验压力的1﹪为合格;在升压或稳压期间,若发现异常情况,应首先停止试压,然后进行卸压,将压力降掉以后,方可进行处理。
7、当试压管段压力降为4Mpa时,进入严密性试压阶段,严密性试压稳压时间24小时,稳压24小时后,对全线进行详细检查,检查有业主、监理参加,检查包括:
管道有无渗陋和压降情况;压降不大于严密性试验的1﹪为合格。
8、稳压24小时后无超值降压,说明试压合格,开始放空,放空分三个步骤:
先由专业人员站在合适的位置,不要面对放空阀及阀门手动轮。
放空阀开启三分之一,降至30%后,再开启阀门至三分之二,降至60%,然后将阀门全部打开,直至放空完成。
9、试压全程纪录每十五分钟记录一次,其试压记录作为原始资料存档。
2。
6。
4回拖管线
(1)穿越管段预制完成后,在管端焊上回拖头,回拖头保证满足回拖力,同时完成打压、焊口防腐工作。
(2)出土侧需开挖发送沟,管线回拖时,须用4台吊车、一台钻机将管线同时吊起并向前推进,以保护防腐层和减少回拖力。
(3)管线和钻具的连接:
钻杆+φ700mm扩孔器+50T“U”型环+回拖头,总体连接完成一起回拖。
(4)一切准备工作就绪后开始回拖,回拖时应一气呵成,中间不得停顿,直至成品管线拖至预定位置为止。
管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固.为保证回拖的顺利将采取以下措施:
(1)连管回拖前,保证预制管线(至少出土点附近的200米管线)和穿越轴线的一致性,减少管线进入孔洞时的侧向摩擦力,确保防腐层完好进入孔洞.管道放置在装有土的麻袋上,离地0。
4米,在麻袋上涂上润滑油(黄油等),以减小管线底部与地面的摩擦力.
(2)为了保证管线回拖过程中管线不左右晃动,回拖采用发送沟的方式进行.发送沟采用单斗作业,其尺寸为上口宽2.8m、下口宽1.5m、深1.8m,长30米;在挖发送沟时,计算好发送沟,特别是管线进入孔洞的这一段发送沟的坡度,确保发送沟,特别是管线进入孔洞的这一段发送沟与穿越孔洞的圆滑平缓。
(3)管道回拖前将检验合格的穿越段管线放入发送沟内,就位时布置4台吊车1台钻机,起吊高度以1m为宜,起吊点间距不超过19m,吊具用尼龙吊带发送沟内不得有石块、树根和硬物等,沟内注水,确保将管道浮起,避免管线底部与地层摩擦。
(4)在回拖作业时,增加高润滑泥浆,使高润滑泥浆象薄膜一样附着于表面。
(5)回拖前,对预制管线焊缝进行100%X射线探伤及100%超声波探伤,探伤合格后,按设计要求进行防腐补口,并对管线进行单独水压试压。
准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪,安排专人巡视管线。
(6)在扩孔回拖时,把扭矩控制在合理的范围内,保证扩孔回拖时的顺利进行.
(7)回拖时注意加强两岸联系,时刻注意表盘的读数.同时,做好每一遍扩孔的记录,有助于下一级扩孔借鉴,使扩孔、回拖具有可溯性,保证扩孔回拖的顺利。
(8)根据地质情况及上一级扩孔情况,合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水咀的数量和直径,保证泥浆的压力和流速,从而提高携带能力,减少岩屑床的生成。
以保证扩孔回拖的顺利。
回拖前后,准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪,安排专人巡视管线。
2.6.5回拖完成以后,设备退场,然后进行场地清理、发送沟回填地貌恢复。
3。
劳动组织、主要施工机具配备及主要消耗材料
3.1劳动组织
序号
工种
单位
数量
备注
1
项目经理
人
1
2
技术负责人
人
1
兼安全员
3
队长
人
1
4
控向员
人
2
5
司钻工
人
2
6
泥浆工
人
2
7
技术工人
人
2
8
普通工人
人
4
9
司机
人
2
3。
2主要施工机具配备
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
定向钻机
威猛D130×150
台
1
美国
2
泥浆搅拌系统
威猛
套
1
美国
3
钻杆
Φ89mm
根
90
6.0m/根
4
控向系统
月蚀
套
1
美国
5
地锚
威猛
套
1
美国
6
柴油发电机组
30KW
套
1
钻机侧用
7
汽油发电机组
5KW
台
1
出土侧用
8
挖掘机
PC220
台
1
9
汽车吊(25T)
台
4
10
污泥泵
4寸
台
2
11
清水泵
3寸
台
1
12
经纬仪
部
1
13
水准仪
部
1
14
现场通勤车
辆
1
15
货车
辆
1
16
钻机300
辆
1
3.3主要消耗材料
序号
材料名称
规格型号
单位
数量
备注
1
膨润土(一级)
NV-1
T
180
钠土
2
固壁剂
KH—931
T
5。
0
视地质情况而定
3
润滑剂
RT-988
T
6。
0
视地质情况而定
4
纯碱
T
3.0
视地质情况而定
5
清屑剂
QH—352
T
6.0
视地质情况而定
6
增粘剂
PAC
T
4。
0
视地质情况而定
7
悬浮剂
T
5.5
视地质情况而定
8
纤维素
T
2。
0
视地质情况而定
9
丝扣油
KG
130
钻杆丝扣保护,进口
10
液压油
KG
150
11
柴油
KG
7000
12
汽油
KG
1000
13
润滑脂
锂基脂
KG
110
14
枕木
m3
6
15
铁丝
8#
kg
40
16
铁丝
10#
kg
20
17
水龙带