定向钻设计在保沧干渠工程中的应用

2016-03-12鲁虎成

河北水利 2016年5期

关键词：支渠复合管管材

□鲁虎成

定向钻设计在保沧干渠工程中的应用

□鲁虎成

本文主要介绍了定向钻穿越小堡支渠的设计过程，该工程定向钻采用DN900钢塑复合管，在河北省水利工程中属于较大管径的工程设计及应用，可供类似工程的设计、施工参考。

南水北调配套；保沧干渠；定向钻；大管径

河北省南水北调配套保沧干渠工程担负向保定、沧州、廊坊3市12个县(市)15个供水目标的供水任务，是河北省南水北调配套工程的重要组成部分，线路全长约243km，设计最大引水流量9.9m3/s。管线在廊坊市文安县境内穿越小堡支渠，为DN900单排布置。

管道基础位于Ⅱ单元黏土和壤土层中，具中等偏高压缩性，易产生沉降变形。地下水位高于建基面。基坑边坡主要由壤土、含有机质壤土、粉砂、砂壤土和杂填土组成，受地下水影响，稳定性较差，地质条件适用于水平定向钻。

1.定向钻设计

1.1 管材选择

定向钻工程常用的管材为钢管、钢塑复合管和PE管。钢塑复合管其本质为已做好内外防腐的钢管，故仅对PE管和钢塑复合管这两种管材的适用性进行比较分析。

PE管即聚乙烯塑料管，与钢管相比，施工工艺简单，有一定的柔韧性，无需作防腐处理，可以节省大量工序。其缺点是耐压性、耐温度变化性能较差，易应力开裂，现场安装时需要专业焊机，施工速度较慢，而且产品不能裸露于阳光下，否则易老化。

钢塑复合管相对PE管具有承压高、抗冲击力强等优势；内外层的塑料起到了防腐蚀的作用，具有内壁光滑、耐化学腐蚀、无污染、流体阻力小、不结垢、不滋生微生物、流体不受二次污染等优点，使用寿命达50年。该管材既克服了钢管存在的易锈蚀、有污染、笨重、使用寿命短和PE管存在的强度低、膨胀量大、易变形的缺点，又具有钢管和PE管的共同优点，如隔氧性好、埋地管容易探测等。

设计选用钢塑复合管作为定向钻用管，保证穿越工程的安全可靠。

1.2 导向孔轨迹设计

定向钻进导向孔轨迹线段由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成，定向钻入土角一般控制在8°～18°，出土角控制在4°～12°。根据管线布置、管材(钢塑复合管)、管径(DN900和地形、地质条件，确定定向钻穿越的入土角、出土角均为8°。DN900管径最小曲率半径为1048m，在满足施工的前提，为减少工程投资，设计曲率半径取为1100m。

1.3 管道埋深及入、出点确定

根据相关规范规定，采用定向钻方式穿越渠道时，管顶埋深应大于设计洪水冲刷线以下6m。本次设计穿越渠道设计冲刷深度为0.42m，设计取管顶以上最小覆土深度为6.5m。小堡支渠右岸文安防洪圈西堤为二级堤防，设计出土点距离堤角约70m。

1.4 管壁厚度计算

根据《油气输送管道穿越工程设计规范》中5.2.3条规定，对钢管壁厚进行强度核算且选用的钢管的径厚比不应大于100。经计算，DN900管道壁厚t= 10mm，径厚比为92，小于100；按50年使用年限计算钢管双面腐蚀量为4mm，钢管设计壁厚取14mm，内承压1.1MPa。

根据《油气输送管道穿越工程设计规范》中5.2.5条规定，穿越管段在扩孔回拖时，核算空管在泥浆压力作用下的径向屈曲失稳。经计算，管道承受的极限外压力Pyp为0.79MPa，泥浆压力Ps为0.27MPa，穿越管段壁厚满足径向屈曲失稳验算要求。

1.5 回拖力计算

根据《油气输送管道穿越工程设计规范》中5.2.4条规定，穿越管段回拖时，最大回拖力应按下式计算值的1.5～3.0倍选取。经计算，穿越小堡支渠管段计算回拖力为621.17kN，最大回拖力为1863.52kN(取3倍计算回拖力)，据此选择满足回拖力要求的定向钻机。

1.6 工程布置

穿越管轴线与小堡支渠中心线交角为90°，定向钻入土角α1为8°，出土角为α2为8°。采用DN900钢塑复合管，钢管壁厚14mm，3层聚乙烯外防腐层厚度为4mm，熔结环氧涂层内防腐厚度为1mm。管顶覆土深度为6.5m，拉管段长度334.14m。其中，第一直线段L1=16.06m，曲线段L2=307.19m（曲率半径R=1100m），第二直线段L3=10.89m。