热力工程水平定向钻施工重点问题分析

热力工程水平定向钻施工重点问题分析

李彤

泰安市泰山城区热力有限公司 山东省泰安市 271000

摘要：近几年，热力管道施工穿越中普遍使用水平定向钻机的应用率增加。水平定向钻机被认为是一种先进的非开挖施工方式。该系统由水平定向钻机、分动器、钻杆、导向仪器、扩孔钻头、导向钻头和泥浆（液）等部分构成。热力工程管道分为直埋开挖敷设、穿越和跨越3种方式。而穿越方案可采用盾构、夯管、浅埋暗挖、水平定向钻、密闭式顶等多种施工方法。水平定向钻施工相较于其他方案，具有施工速度快、管道运营安全、施工周期短、影响环境小、综合造价低等优势。本文探讨了热力工程水平定向钻施工的关键问题。

关键词：热力工程；水平定向钻；施工

一、适用条件及前期准备

（一）适用条件

适合用定向钻施工的地层包括硬性黏土和风化泥页岩、中硬-硬质黏土和泥浆、卵砾石层以及低强度岩石地层。这些地层的含量相对较少或强度不高。水平定向钻方案更适用于这些地层。在选择穿越出入点时，需要确保两侧都有便利的道路通往穿越场地附近，以方便钻机组装施工。此外，场地应尽可能宽阔，以便满足定向钻施工的要求，例如管道回拖施工等。

（二）水平定向钻先导孔轨迹与角度设计

1.钻孔种类和轨迹结构

2.确定各个轨迹参数，包括进入地面的角度、离开地面的角度以及曲线过渡段的曲率。

3.为了减少施工的困难和对环境的影响，在考虑到热力工程管道通常采用钢质材料的前提下，我们以钢管为例。通过调整水平定向钻孔的入土角度，我们可以将其控制在8°~18°之间，同时将出土角度控制在4°~12°之间。此外，为了保证施工的顺利进行，我们要求曲率半径应大于1500D，且不得小于1200D。此外，我们需要避开汛期，在枯水期进行水平定向钻施工，并且必须一次性完成施工，不得中途中断。

（三）穿越施工场地布置与平整

根据计划位置和设计尺寸，清除周围的杂物，确保场地平整，场地的压实程度符合规范和设计要求，并设置集水明沟以排除积水。在适当的位置挖掘一个泥浆池，其尺寸为长宽不小于30米，深度约为1~2米，池底使用土工布等隔水材料以防止泥浆渗漏到地层中。根据实际情况，应修建适当的施工通道，以满足大型设备进场的承载力要求。回拖管道时，应采用挖沟的方式。对于具体的场地布置和处理措施，施工时应根据实际情况来确定使用定向钻机适合的方针。

二、重点技术

穿越设计压力与原管道线路部分相同，两者压力均为1.6MPa，建议使用埋弧焊制成的钢管。

（一）钻孔最终扩孔直径

在钻探工程中，扩大定向钻扩孔的孔径并不是越大越好，也不是扩孔次数越多越好。需要根据地层地质条件、钻机设备的大小以及设计曲率半径进行调整确定。扩孔方式可以分为一次性扩孔和多级扩孔，目前大多数情况下采用多级扩孔。为了避免踏孔，导向孔完成后应立即拆卸导向钻头，并安装外观良好、质量合格的合金扩孔器来进行扩孔操作。为了保证施工质量和安全，可以考虑增加预先进行扩孔和清孔的步骤。在处理泥浆液方面，要及时供应并确保其流量和压力等符合施工要求。在进行扩孔作业时，应详细记录并保留，以备查证。

表1穿越管道所需的钻孔最终扩孔直径推荐

（二）防腐层的确定

以给水管道为例，在减少保温层厚度、不降低保温效果的前提下，考虑层间以及各层与钢管相互间的粘结强度，防止层间损坏、分离回调过程中。目前，硬质聚氨酯泡沫塑料广泛用作埋地管道的保温材料。从某种角度看来，这对于防腐层没有具体规定。多采取使用聚丙烯胶带、三层PE、熔结环氧粉末和酚醛环氧玻璃钢。防腐层的优缺点如下：

1.聚丙烯胶黏带的优点是便于实施、机械设备简单，可作为防腐层。它能有效避免保温层因钢材变形而破裂，并与聚氨酯有一定的黏结强度，可减少保温层从防腐层脱落。不过，聚丙烯胶黏带采用缠绕方法，容易造成带间横缝较多并导致搭接处黏结力失效，从而降低防腐效果。其耐温性一般不超过100℃。

2.3层PE是一种常用的长输管道防腐方式，由高密度聚乙烯、热熔胶和环氧粉末组成的三层结构。它具有优异的机械性能、良好的绝缘性能以及抗杂散电流干扰的特点。此外，3层PE还具有出色的耐冲击性能，其复合结构将环氧粉末和聚乙烯的优点集于一身，综合性能优良。然而，相对而言，3层PE的价格较高，并且其耐温性约为100℃。

3.在进行涂层喷涂之前，对钢管表面必须进行严格处理，以免导致黏结失效。此外，涂层的水汽渗透率相对较高，外层一旦失效接触到水介质，可能产生鼓泡现象。常用的熔结环氧粉末的耐温不超过100℃，其耐温性能相对较低。

4.酚醛环氧玻璃钢具有优异的耐腐蚀性、高温稳定性（耐温超过100℃），具备较高强度和硬度，且与钢管粘接力强。此外，它与聚氨酯泡沫塑料的粘接性良好，可在工厂预制以保证质量。

（三）硬质聚氨酯泡沫塑料保温层的确定

一般来说，工厂常温下，硬质聚氨酯泡沫塑料被用于制作保温层。这种保温层具备制造重量轻、隔热性好、工艺简单、耐低温和施工方便等优点。此外，聚氨酯发泡料具有轻质、使用寿命长、抗老化性能好、导热系数低等特点，为管道运营提供了保障。

现阶段，生产硬质聚氨酯泡沫塑料保温层的方法主要有一步法、管中管预制和喷泡法。然而，传统的“一步法”存在管径受限的问题。而“管中管”工艺容易导致大口径管道泡沫层偏心、密度不均匀，还容易出现保护层开裂和夹层脱壳等缺陷。相较于传统的“管中管”发泡预制工法，硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制工法规避了不均匀质量和密度的问题，使得保温管的泡沫更加均匀细腻，整体效果更佳。同时，制作完成后，保温管将进行一段时间的静置，尺寸将变得稳定，泡沫的强度逐渐增加。此外，这种工法还使用挤出绕制技术来制造聚乙烯的保护层。在冷却后，这层保护套会使保温层和外护层更加紧密地粘在一起，从而降低地下水进入保温层的可能性。由于使用了特殊配方的胶黏剂，聚乙烯外护层与泡沫层的结合更加牢固，有效地解决了过去工艺中存在的“两层皮”问题。特别是在生产过程中，通过胶辊滚压，胶黏剂和聚乙烯使两层聚乙烯更为紧密，将聚乙烯的出色防水性能与聚氨酯泡沫的良好保温效果有机地结合，进而明显延长了使用寿命。

在使用“管中管”制作过程中，需考虑外护管本身强度问题。由于外护管为PE材质，可通过增加壁厚来提高其强度。而喷涂缠绕工法则无需考虑穿管强度问题，PE厚度可显著减小，同时节约了原材料。

（四）管道补口

经过调查研究发现，保温管道的补口是整个工程中最容易受损的部分。所有埋地保温管道发生腐蚀的地方几乎都是在补口位置。因此，补口的质量好坏直接影响整条管道的质量。补口处的每一层材料都需要与主管道材质基本一致。需要注意的是，为了确保管道补口的密封性，防止地下水渗入，所有的补口都需要进行严密性试验。而补口聚乙烯外护使用电熔焊工艺。为了增强补口防护层的密封性，可以使用电热熔套（带）缝进行热收缩带的封闭。

三、其他注意事项

（一）阴极保护

例如，在热力管道系统交叉位置分布有高压电力系统线路的地方，为了避免管道系统中金属的腐蚀，应将管道系统埋地，并设置一套abs塑料定向钻穿越颈内动脉时应安装牺牲阳极（制作3组，每组4个），借助试桩和连接管，保护管道系统并起到排水作用。

（二）地面标识

线路辨识组成包括里程碑、警示带以及指示牌。当穿越河流时，设置穿越里程碑于两侧。为了防止临近施工工程或其他活动对已建热力管道产生不良影响甚至造成破坏，我们在管道上方安装了警示带，并让其与管道路径垂直对齐。而在管道穿越河流的两端则安装了指示牌。

结束语

综上所述，鉴于多个成熟的热力管道项目已普遍使用了水平定向钻设计和施工，所积累的经验使得工程能够应对复杂的地质条件，使通过人工或天然障碍变得更加轻松、方便和安全。

参考文献：

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