浅谈燃气管道穿越时几种常用非开挖施工技术
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摘要:本文对穿越障碍物时的几种常用非开挖施工技术进行分析，列出各种穿越技术的原理及优缺点，在工艺条件下（工艺条件是指工艺技术、穿越长度、施工场地、施工周期、管材选用、工程地质等方面），根据相关部门的意见提出最优穿越方案，在保证管道安全运行的同时减少工程投资费用。
关键词:穿越；障碍物；大开挖；非开挖；顶管；定向钻；穿越结合
中图分类号：E951.2文献标识码：A文章编号：
引言:非开挖技术的定义为用最小的地表开挖量来完成各类地下管线的铺设，改换，修复，检测和定位的工程施工技巧。目前随着非开挖技术的不断发展、完善，相应施工配套设备技术水平不断提升，非开挖技术已经基本成熟，非开挖技术不但减少路面开挖，降低施工费用及解决一些在传统开挖术不能施工的问题，而且在修复旧管道及安装难度高的工程时与传统技术相比，有着显著地社会经济效益。
随着近几年燃气事业的发展，燃气管道敷设时不可避免会遇到穿越公路、铁路、河流等障碍物的情况，穿越障碍物施工办法重要就是开挖技术和非开挖技术两种，两者比拟各有其长处。开挖施工法的长处是施工容易，间接本钱低，适用于在开阔的地表，不存在任何妨碍物（河流，街道，建造物等），施工不会影响交通的要求下铺设地下管线。非开挖施工法和其相比具有不毁坏环境，不影响交通，施工周期短，社会效益明显等长处，此外，它还可在少许没法施工开挖作业的地域（繁华的郊区，古迹维护区，农作物和植被维护区，以及穿越高速公路，铁路，建造物，河流，湖泊等）实行各类地下管线施工。本文就几种常用非开挖技术施工原理及施工工序进行简单分析。
1．顶管施工原理及工艺
1.1工艺原理
顶管施工是一种土层地下工程施工方法，可以用于地下燃气管的施工。它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。
1.2施工工序
先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，借助主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起，与此同时，紧随工具管或掘进机后面，将预制的管段顶入地层。边顶进，边开挖地层，边将管段接长的管道埋设方法。
施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为一段顶管的起点和终点，工作井中有一面或两面井壁设有预留孔，作为顶管出口，其对面井壁是承压壁，承压壁前侧安装有顶管的千斤顶和承压垫板（即钢后靠），千斤顶将工具管顶出工作井预留孔，而后以工具管为先导，逐节将预制管节按设计轴线顶入土层中，直至工具管后第一节管节进入接收井预留孔，施工完成一段管道。为进行较长距离的顶管施工，可在管道中间设置一至几个中继间作为接力顶进，并在管道外周压注泥浆。顶管施工可用于直线管道，也可用于曲线等管道。
顶管施工的示意图
2．水平定向钻施工工艺
水平定向钻进铺管技术是一种现代非开挖施工技术，主要用于穿越河流、公路、铁路、建筑物等障碍物铺设各种管道。其特点是技术含量高，时间短、造价高。
2.1工艺原理及工程施工工序
定向钻进的基本原理：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部，安装扩孔器回拉扩孔。当扩孔达到尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管道，回拉铺设地下管道。
水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探及地下管道探测、规划和设计钻孔轨迹、配置钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管。
定向钻施工的示意图
2.2 工程施工各工序的作用及要求
地质勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配置钻液提供依据。地下管道探测主要了解有关地下已有管道和其他埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。
导向孔轨迹设计是否合理对管道施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具置、钻杆的入、出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管道的性能等，给出最佳钻孔路线。
钻液是由水、膨胀土和聚合物组成。钻液在施工中起着非常重要的作用，除了具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、钻具的作用外，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆。在钻导向孔阶段，需要泥浆能顺利地排出孔外，维持孔壁的稳定；在预扩孔阶段，需要泥浆具有很好的护壁能力，防止地层坍塌，为回拖管道提供足够的环形空间。
回拉扩孔铺管施工关键技术是根据不同的土层、地下水位及最终成孔直径，正确地选择回扩钻具和每次的进刀量，正确地选配钻液和确定钻液的流量。
为保证回拖管道畅通，一般要求选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的1.2～2倍，这样能够保持泥浆流动畅通，保证管道能安全、顺利地拖入孔中。在长距离回拉扩孔铺管中，泥浆作用尤其重要。一旦地层泥浆漏失，回拖孔中将缺失泥浆，钻杆及管道与孔壁间的摩擦力也将增大，导致拉力增大。孔中缺失泥浆往往是工程失败的主要原因。
3．定向钻与顶管穿越结合
定向钻穿越与顶管穿越相结合施工法是在长输管道工程在特殊环境下，定向钻和顶管穿越不能单独完成的穿越工程，将定向钻穿越和顶管技术相结合，从而完成整个穿越工程的施工工法。通过工程施工实践，总结形成本工艺。
3.1特点
本工艺能节省投资费用，减少了施工工序环节，加快施工进度，与单独完成定向钻和顶管穿越施工相比，由于减少了连头工作能更好的保证施工质量，减少工程中的风险，并且由于减少了顶管接收坑的开挖，没有在特殊的区域地面进行施工活动，具有很好的社会效益。
3.2适用范围
本工法适用长输管道工程的大中型穿越工程，或类似需要穿越的工程（比如光缆或电缆工程不能跨越某个特殊的地方），不能单独一种施工工艺完成的穿越施工工程以及特殊的区域不能进行开挖施工的管道敷设工程。
3.3工艺原理
在顶管顶进工作完成后，不进行接收坑的开挖，而在套管前段做必要的处理，然后把顶管操作坑改造为定向钻施工的接收坑，再进行定向钻的导向和扩孔施工。待定向钻扩孔完成后，在顶管穿越的顶管操作坑位置改造为定向钻的发送沟，进行回拖作业。确保主管穿越就位后，对相关的部位进行技术处理，从而保证穿越工程完成。
3.4施工工艺流程图
4．结论
在实际工程中，设计部门在确定采用何种施工工艺时，首先应充分结合实际情况，任何工艺都有其适用范围，如果工艺选择不当，不仅不能体现工艺原有的优势，反而会给后续施工及管理造成诸多麻烦；并且应加强施工单位的质量安全意识，尽可能避免施工过程中可能出现的质量隐患。为此，施工单位在非开挖施工前，应做好周密的前期准备工作，尽可能摸清地下的土质及各类管线的资料，指定科学合理的施工方案；施工过程中应严格按照各种施工工艺的操作规程进行操作，在下管工序开始前，对管道工序的质量进行严格自检，发现问题及时解决。管线的维护管理部门应尽快制定具有针对性的管线维护管理措施，以应对非开挖新工艺敷设管道的维护管理，防患于未然。
总的来说，非开挖地下管线施工技巧由于具有净化环境，不影响交通，施工周期短，综合施工本钱高等长处，无疑会在地下管线施工中取得较普遍的使用。
参考文献：
[1] 张传安. 软土地区双排大口径顶管施工技术[J].铁道标准设计，2009（3）.
[2] 冯梦林. 浅谈定向钻进技术.广东建材[J]，2007（1）.
[3] 何俊. 定向钻穿越与顶管穿越相结合施工工艺.化学工程与装备[J]，2010（9）.