关于定向钻与管道交叉施工的风险防护措施的方案

 关于定向钻与管道交叉施工的风险防护措施的方案

唐静  ,杨凯

国家管网集团联合管道有限责任公司西气东输分公司武汉管理处

摘要：

为避免定向钻施工伤及天然气管道，目前使用最普遍的方法是在管道两侧附近开挖观测沟。观测沟存在很多弊端，如：1、天然气管道如果埋的较深，观测沟开挖难度较大2、观测沟易塌方、出水或者雨天积水，会影响观测沟的实效3、光侧沟在施工现场也会带来深坑坠落、抽水临时用电等风险4、在无人监护和人为操作失误的情况下，钻头如果走向出现偏差仍继续向前推进，观测沟不能起到阻止和报警的作用。

通过对问题进行仔细梳理，襄阳作业区用槽钢板、震动报警器等制作一套自带报警的隔离防护屏。隔离防护屏可有效的防止定向钻施工给天然气管道带来安全隐患。

关键词：定向钻  管道交叉  施工  风险防护

一、项目背景

    定向钻技术在施工作业中现已普遍运用。很多定向钻施工会进入到我方天然气管道安全界限内（如：1、在安全界限内定向钻施工与管道并行、2、定向钻出土点在管道附近、3、定向钻施工穿越管道），给天然气管道安全带来很大的安全隐患。定向钻施工下穿天然气管道时安全隐患最为突出。

定向钻对于高压天然气管道来说是一个破坏性很强的机械设备。定向钻属于地下隐蔽性施工技术，主要靠仪器的探测和人为的操控。仪器出现偏差、钻头走向和深度计算的错误、人为的操控失误、地勘不够准确等多种因素都会造成钻头的走向出现偏差。定向钻钻头一旦走向出现偏差，很容易伤及天然气管道。

二、研究及实施方案

通过对问题进行仔细梳理，襄阳作业区用槽钢板、震动报警器等制作一套自动报警的隔离防护屏。隔离防护屏可以有效的防止定向钻施工伤及天然气管道。

三、主要创新点

通过隔离防护屏的使用，可有效的防止定向钻施工给天然气管道带来安全隐患,且该措施简单、便捷、使用期长。

四、应用情况

模拟实验效果较好，操作便捷，并且计划在定向钻施工项目里进行投入试用。

五、投资成本及效益分析

隔离防护屏措施简单，防护效果好，且可自动监测报警，可有效的防止定向钻施工给天然气管道带来安全隐患。

六、推广价值及建议

可应用在定向钻、顶管穿越管道等地下隐蔽性施工中，有效的防止施工给天然气管道带来安全隐患。

附页：

定向钻下穿天然气管道示意图

定向钻下穿管道的隐患主要有以下5种情况：

情况1：直接伤及管道

情况2：钻头变向骤然上行伤及管道

  情况3、定向钻穿越管道底部间距不足，前期小钻头可以安全下穿通过管道，但后期扩孔换大钻头后，大钻头触及伤害到管道

情况4、定向钻下穿管道间距H值不合规，日后维修或者焊缝检测作业空间不足

情况5、由于地质或其他因数，定向钻和推进杆整体上移

槽钢板防护屏（带监测功能）有效消除以上隐患的原理解析：

根据定向钻机械的原理：由于定向钻的每一根推进杆都是金属钢制的，受刚度硬度影响，上行夹角有一个最小值θ（不论钻头怎样陡然上行，上行的夹角都不能小于θ），一旦上行夹角小于最小值θ，推进杆就会受应力约束被折断或者推进杆之间会被拉脱节，动力就无法传送，钻头就不再继续前行。根据施工现场定向钻机型（机器说明书或者查找参考资料）可以知道定向钻上行走向最小夹角的θ值。数学几何解释即为：钻头垂直方向上行A米，水平方向至少要前进B米。

   在管道入土点一侧，距离管道一定距离L1处打入一排钢板防护桩，打入的最低深度为L（下面有L值的计算解析）。

把控好下面三个点，无论钻头正常行驶还是变向陡然上行，都可确保定向钻下穿管道的间距。第一、监测控制好钻头水平前进的走向，确保钻头先行交叉穿越钢板桩，如果钻头走向偏离钢板桩屏障，立即停机。第二、如果定向钻在先行下穿钢板防护桩时，钻头深度不够，钻头就会打到防护桩上，防护桩就会被钻头打的剧烈震动，震动报警器就会报警，立即对定向钻进行停机。第三、如果出现上述特殊的情况5，钻头和推进杆出现整体上移，但是还是在钢板防护桩以下，则无影响，如果钻头和推进杆出现整体上移将钢护防护桩顶推升起，立即停机。 

钢板防护桩打入地下的最低深度L计算如下:

Tanθ=L1/H4

L1根据现场具体情况来取具体值

θ值为定值（对每一个定向钻机型来说θ有一个定值），可计算出H4

如果要保证定向钻下穿管道间距大于等于H2（H2为按标准规范要求的最小间距）

则：L= H4+H2+D+H1（H1为管道埋深、D为管道直径、H2定向钻下穿管道按标准规范要求的最小间距）

如果保证定向钻下穿管道间距大于等于下穿设计间距（设计间距为H2+H5），同上

则：L= H4+H2+H5+D+H1（H1为管道埋深、D为管道直径、H2+H5为定向钻下穿管道设计间距）

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