钢制保护管水平定向钻工艺在电力管线施工中的应用

中交机电工程局有限公司 高瑞朋

1 钢制保护管水平定向钻施工工艺概述

钢制保护管水平定向钻是目前研究的高效管道施工技术，对于钢制保护管水平定向钻技术的导向系统，需要在早期勘察地下地质条件，然后根据现场施工条件，制订实际作业路线。通过这样的工序，可以保障定向钻在施工时的施工精度，还能更好地提高施工效率，从而实现安全生产。尤其是在进行超过5m 的管道施工作业时，相比传统开挖工艺，使用水平定向钻极大减少了基坑过深的工作量，更好地降低施工成本，缩短工期。采用钢制保护管水平定向钻工艺施工，对比传统的管道施工技术而言，其施工稳定性更高。定向钻在具体进行水平钻孔施工时，遇到较大障碍物或者掩体可以通过引导导向管升高或降低高程实现对障碍物的规避，这是传统的管道开挖施工技术不具备的特质。这样能够使得项目作业达到连续性，稳定性的标准。该技术具备较高的适应性。通过导向系统，可以勘测出地下的实际情况，再结合现场状况，可以制订相应的工作路线。该项技术还有利于降低项目成本，实现经济效益全面提升。定向钻技术采用的是钻孔扩孔技术，不用大规模破坏地面结构，占用的地面道路较少，能规避地下的各种较大障碍物或者掩体，从而极大地减少工作量，缩短工期，降低成本。

2 钢制保护管水平定向钻工艺原理

采用水平定向钻施工前对现状管线位置进行核对，通过电力定位系统，通过导向，分级扩孔的方法，确保钻机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到精确铺管的目的，其原理如下。

第一，水平定向钻施工前管线探测，通过对地下管线布置情况的探测，确定拉管线路走向。第二，采用专用钻机进行钻孔，通过导向监控设备对钻头钻进方向及钻进轨迹进行实时监控。第三，根据钢制保护管管径及电力保护管敷设及预留数量，进行导向孔分级扩孔。第四，导向孔分级扩孔完成后，由专业钻机牵引钢制保护管按导向路径穿越敷设。第五，钢制保护管穿越完成后，在其内部穿入电力MPP 保护管，并进行电缆敷设施工。

天津地铁11号线110kV 单回线路钢制保护管内套MPP 电力保护管工艺断面如图1所示。

图1 钢制保护管内套MPP 电力保护管断面图（4电力电缆保护管+1通信电缆保护管）

3 电力管线穿越方式的选择

电力管线施工时常常会遇到公路、铁路、河流、水塘等自然或人工障碍，受环境因素的影响，不可能绕行或采取绕行。如果传统方法无法进行施工，在电力管线施工的阶段就要穿越下部的障碍物，这就是穿越管线的施工方式。

一般电力管线施工时常用的穿越形式主要有明挖穿越（开挖法）、水平定向钻越穿越（水平定向钻穿越法）、顶管穿越（隧道穿越法），目前已经广泛应用在工程实践中，尤其是在穿越铁路、公路、河流等方面有着重要的价值。

4 钢制保护管水平定向钻工艺在电力管线施工中的应用特点

4.1 适应性强

水平定向钻机可以应用在多种地质条件下进行现场作业，该方法应用在管道铺设的过程中有着非常明显的优势，同时也可以进行公路和管道地基的施工作业。

4.2 减少工程量

钢制保护管水平定向钻施工工艺避免了开挖施工对交通、建筑及电力管线的影响，减少了开挖所带来的经济损失及资源浪费，同时缩短了施工周期，经济效益高。减少了传统明挖穿越方式的土方开挖、土方倒运、土方回填工作，有利于控制扬尘保护环境，尤其是基本避免绿化的迁移回迁、道路的重复修补等工作。

顶管穿越与水平定向穿越相比，顶管穿越需建造顶管穿越始发井、接收井，涉及深基坑、高支模、降水等危及超危工程施工，施工难度大、施工周期长，容易对周边建筑物造成不利影响，顶管隧道、顶管井皆属于有限空间且容易积水、积有毒气体，极度危害运营生产安全。

4.3 安全可靠性高

通过钢制保护管及注浆，避免了单独使用MPP管道穿越时，运行中MPP 管道易受外力因素损伤的情况，同时由于有钢制保护管的保护，避免了预留管道变形导致电缆无法敷设的现象。相比传统明挖穿越方式，钢制保护管水平定向钻施工避免了明挖方式对地下管线的破坏，尤其是对燃气、自来水及通信管线，大大降低了安全事故，避免大开大挖造成深基坑对施工人员安全及周边建筑稳定性造成影响。

4.4 加快施工进度

钢制保护管水平定向钻施工工艺采用非开挖施工工艺，在不影响城市交通的情况下有效减少对现有基础设施的破坏。施工所需的作业面较小，减少施工前的施工准备（施工占路、破路、渣土运输手续办理），同时其使用钻进技术相较于开挖回填施工进度更快，有效地加快施工进度。

4.5 工程造价低

在铺设电力管线的过程中，工程造价一直都是施工人员重视的一项工作。全面地降低项目建设成本，提高工程的综合效益水平，在现场应用的过程中加强管线铺设施工处理，避免周边建筑物造成阻碍和影响，同时也不会给周边建筑物产生任何危害。这种技术与其他技术相比，占地范围造价低，施工速度快，因此得到广泛地应用。

5 钢制保护管水平定向钻工艺在电力管线施工中的应用方法

5.1 配套机具

由于钻孔轨迹高差较大，为保证钻进液的有效循环，选用两台泥浆泵（GN2500），泵量2500L/Min，最大压力10MPa，两台泥浆泵并联使用。施工中使用泥浆马达需要大量的泥浆泵，为使钻液可以更好地循环，综合考虑钻液的携带能力，目的是调整动塑性比、剪切力等参数，以达到现场标准；适当地降低钻井液粘度，增强其流动性提高流速，可起到更好的效果。由于钻孔轨迹曲率半径较小（R=800m），所以在钻进作业的环节极易出现磨损的情况，缩短结构部件的寿命，每个牙轮钻头平均钻进时间不超过44.6h，钻进长度平均不超过246m。

5.2 采用先进的钻井工具和设备

采用先进的钻井工具和设备是实现定向井钻井轨迹控制的重要措施。这些工具和设备可以提高钻井效率，降低成本，保证钻井质量。第一，要尽可能选择先进的钻井工具，如高效钻头、钻杆、井下测量设备等。这些工具可以提高钻井速度，延长使用寿命，降低能耗，减少对环境的影响。第二，建立实时监测和反馈系统，确保钻井过程中的实时监测和数据采集。利用先进的传感技术，可以获得实时钻井参数和地质数据。通过数据分析和处理，可以实现实时反馈和调整，保持钻井过程的稳定性和准确性。井底动力系统也需要根据不同的地质条件和钻井条件，对井底动力系统的扭矩、推进力等参数进行优化，确保钻头在地下保持最佳的钻进性能[1]。

5.3 导向孔的施工

近年来，钢制保护管水平定向钻工艺逐渐加入导向仪，此项技术的加入大大提高了钻机的工作效率，进一步保证工程的顺利完成。在钻机准备工作完成后，不仅要检查钻机是否有问题，还要按要求进行试钻，确保钻机可正常工作。钻机安装结束后进行导向孔施工，对施工区域的地质进行分析，将控向、泥浆和司钻的每个环节都落实到位，并分析各项参数以确保钻出的导向孔符合施工方案，在实际钻孔时，还要参照穿越曲线以及设计曲线，保证钻孔过程中方向控制的准确，具体来说导向孔施工期间，将建立穿越曲线数据库，采集每个数据采集点的，倾角、方位角、水平距离、高差、左右偏差值等控向数据。该工程导向孔施工采用月蚀导向系统实时跟踪与定位，保证数据准确性。

5.4 洗孔

扩孔施工完成之后，通过合适的钻头再“过”一次，这就是洗孔。具体操作时应遵循“慢拉快转”的原则，主要目的是将钻孔轨迹加以修正，并且可以将一些钻屑带出孔内，通过清洁让钻孔保持通畅，还能降低回拉就位产生的拉力以及扭力。其次，在一定程度上保护孔壁。有关洗孔环节，返出泥浆粘度远远超过冲洗液泥浆，以此表明内部畅通而且效果满足预期要求。

6 钢制保护管水平定向钻工艺在电力管线施工中的管理策略

6.1 加强施工现场管理

钢制保护管水平定向钻工艺在电力管线施工过程中，不仅涉及广泛的学科和专业，还包括广泛而复杂的内容，如施工技术、施工材料、施工工艺等。因此，离不开良好的、科学的施工现场管理。作为电力管线施工现场管理工作的执行者，管理人员的专业水平和工作态度非常重要。只有以负责、认真的工作态度对待施工现场的每一个细节，才能有效地把控电力管线施工工程施工现场的质量，及时消除任何安全隐患，为施工人员创造一个安全稳定的施工环境，有效地保证后期工程的顺利、安全开展。施工单位首先需要根据项目实际情况组建一支高素质的施工现场管理队伍，同时建立合理、科学的管理制度和奖惩制度[2]。对管理人员进行定期的专业培训和素质教育，确保其在开展施工现场管理工作时能以专业、负责的态度有效履行管理职责，尽量减少因操作失误造成的不良影响，及时发现并解决施工过程中的质量问题和安全隐患，保证工程后期顺利、安全进行。提高整体施工质量，帮助企业获得更多的经济效益，树立良好的企业形象，促使企业以更好的姿态面对日益激烈的市场竞争。

6.2 加强施工人员管理

电力管线施工工程建设过程中，施工质量和施工效率与现场人员密切相关。因此，提高其监督管理工作的质量对住房项目的发展至关重要。施工单位需要定期、随机地对施工人员进行专业技能培训和素养教育，提高施工人员的技能水平和责任心。同时，还需要安排专业的技术人员对项目的整个施工过程进行监督，及时发现不合理的情况，提供监督。安全问题一直是电力管线施工工程建设过程中的一项重点监控工作。只有保证了施工现场的安全，才能保证工程的顺利进行，也是对施工现场人员人身安全的有效保障，关系到施工企业的经济利润和利益。因此，建设单位需要加强对施工现场的安全监管工作，及时发现和纠正任何存在的安全隐患，尽可能减少安全事故的发生。此外，要定期、随机地对施工现场人员进行安全意识教育，建立一套合理、科学的工程安全规程进行管理和全面实施。

总的说来，钢制保护管水平定向钻工艺是一种效果较好，且更加安全的技术。选择最佳的施工技术，在保证土层结构完整性的条件之下开展施工作业。这样可以有效地降低项目成本，促进施工速度提升。但由于这项技术的应用时间较短，还需要施工人员对其进行深入研究，使这项技术更加成熟，进而确保电力管道的铺设工作达到更高的效率。