1、 水平定向鉆穿越施工工藝：
   使用水平定向鉆機(jī)進(jìn)行管線穿越施工,一般分為二個(gè)階段：第一階段是按照設(shè)計(jì)曲線盡可能準(zhǔn)確的鉆一個(gè)導(dǎo)向孔；第二階段是將導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔,并將產(chǎn)品管線（一般為PE管道,光纜套管,鋼管）沿著擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔回拖到導(dǎo)向孔中,完成管線穿越工作.
1.1  鉆導(dǎo)向孔:  

要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況,選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達(dá),開動(dòng)泥漿泵對(duì)準(zhǔn)入土點(diǎn)進(jìn)行鉆進(jìn),鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)（或使用泥漿馬達(dá)帶
動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)）切削地層,不斷前進(jìn),每鉆完一根鉆桿要測(cè)量一次鉆頭的實(shí)際位置,以便及時(shí)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向,保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求,如此反
復(fù),直到鉆頭在預(yù)定位置出土,完成整個(gè)導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè).見示意圖一：鉆導(dǎo)向孔.
 
  鉆機(jī)被安裝在入土點(diǎn)一側(cè),從入土點(diǎn)開始,沿著設(shè)計(jì)好的線路,鉆一條從入土點(diǎn)到出土點(diǎn)的曲線,作為預(yù)擴(kuò)孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線.
1.2    預(yù)擴(kuò)孔和回拖產(chǎn)品管線：
  一般情況下,使用小型鉆機(jī)時(shí),直經(jīng)大于200毫米時(shí),就要進(jìn)行予擴(kuò)孔,使用大型鉆機(jī)時(shí),當(dāng)產(chǎn)品管線直徑大于Dn350mm時(shí),就需進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔,預(yù)擴(kuò)孔的直徑和次數(shù),視具體的鉆機(jī)型號(hào)和地質(zhì)情況而定.

回拖產(chǎn)品管線時(shí),先將擴(kuò)孔工具和管線連接好,然后,開始回拖作業(yè),并由鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)后退,進(jìn)行擴(kuò)孔回拖,產(chǎn)品管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的,由于擴(kuò)
好的孔中充滿泥漿,所以產(chǎn)品管線在擴(kuò)好的孔中是處于懸浮狀態(tài),管壁四周與孔洞之間由泥漿潤(rùn)滑,這樣即減少了回拖阻力,又保護(hù)了管線防腐層,經(jīng)過鉆機(jī)多次預(yù)
擴(kuò)孔,最終成孔直徑一般比管子直徑大200mm,所以不會(huì)損傷防腐層.見示意圖二：預(yù)擴(kuò)孔和示意圖三：回拖管線. 
 
   在鉆導(dǎo)向孔階段,鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑,為了使鉆出的孔徑達(dá)到回拖管線直徑的1.3～1.5倍,需要用擴(kuò)孔器從出土點(diǎn)開始向入土點(diǎn)將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至要求的直徑.
 
  地下孔經(jīng)過預(yù)擴(kuò)孔,達(dá)到了回拖要求之后,將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好,從出土點(diǎn)開始,一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點(diǎn)為止.
2、 水平定向鉆施工的特點(diǎn)：
2.1 定向鉆穿越施工具有不會(huì)阻礙交通,不會(huì)破壞綠地,植被,不會(huì)影響商店,醫(yī)院,學(xué)校和居民的正常生活和工作秩序,解決了傳統(tǒng)開挖施工對(duì)居民生活的干擾,對(duì)交通,環(huán)境,周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響.
2.2     現(xiàn)代化的穿越設(shè)備的穿越精度高,易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深,管線弧形敷設(shè)距離長(zhǎng),完全可以滿足設(shè)計(jì)要求埋深,并且可以使管線繞過地下的障礙物.
2.3   城市管網(wǎng)埋深一般達(dá)到三米以下,穿越河流時(shí),一般埋深在河床下 9—18米,所以采用水平定向鉆機(jī)穿越,對(duì)周圍環(huán)境沒有影響,不破壞地貌和環(huán)境,適應(yīng)環(huán)保的各項(xiàng)要求.
2.4   采用水平定向鉆機(jī)穿越施工時(shí),沒有水上、水下作業(yè),不影響江河通航,不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu),施工不受季節(jié)限制,具有施工周期短人員少、成功率高施工安全可靠等特點(diǎn).
2.5   與其它施工方法比較,進(jìn)出場(chǎng)地速度快,施工場(chǎng)地可以靈活調(diào)整,尤其在城市施工時(shí)可以充分顯示出其優(yōu)越性,并且施工占地少工程造價(jià)低, 施工速度快.
2.6   大型河流穿越時(shí),由于管線埋在地層以下 9—18mm,地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少,所以起到自然防腐和保溫的功用,可以保證管線運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng).
3、 水平定向鉆機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介：
  各種規(guī)格的水平定向鉆機(jī)都是由鉆機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、鉆具及附助機(jī)具組成,它們的結(jié)構(gòu)及功能介紹如下：
3.1   鉆機(jī)系統(tǒng)：是穿越設(shè)備鉆進(jìn)作業(yè)及回拖作業(yè)的主體,它由鉆機(jī)主機(jī)、轉(zhuǎn)盤等組成,鉆機(jī)主機(jī)放置在鉆機(jī)架上,用以完成鉆進(jìn)作業(yè)和回拖作業(yè).轉(zhuǎn)盤裝在鉆機(jī)主機(jī)前端,連接鉆桿,并通過改變轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向和輸出轉(zhuǎn)速及扭矩大小,達(dá)到不同作業(yè)狀態(tài)的要求.
3.2   動(dòng)力系統(tǒng)：由液壓動(dòng)力源和發(fā)電機(jī)組成動(dòng)力源是為鉆機(jī)系統(tǒng)提供高壓液壓油作為鉆機(jī)的動(dòng)力,發(fā)電機(jī)為配套的電氣設(shè)備及施工現(xiàn)場(chǎng)照明提供電力.
3.3   控向系統(tǒng)：控向系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和控制鉆頭在地下的具體位置和其它參數(shù),引導(dǎo)鉆頭正確鉆進(jìn)的方向性工具,由于有該系統(tǒng)的控制,鉆頭才能按設(shè)計(jì)曲線鉆進(jìn),現(xiàn)經(jīng)常采用的有手提無線式和有線式兩種形式的控向系統(tǒng).
3.4   泥漿系統(tǒng)：泥漿系統(tǒng)由泥漿混合攪拌罐和泥漿泵及泥漿管路組成,為鉆機(jī)系統(tǒng)提供適合鉆進(jìn)工況的泥漿.
3.5   鉆具及輔助機(jī)具：是鉆機(jī)鉆進(jìn)中鉆孔和擴(kuò)孔時(shí)所使用的各種機(jī)具.鉆具主要有適合各種地質(zhì)的鉆桿,鉆頭、泥漿馬達(dá)、擴(kuò)孔器,切割刀等機(jī)具.輔助機(jī)具包括卡環(huán)、旋轉(zhuǎn)活接頭和各種管徑的拖拉頭.
穿越施工現(xiàn)場(chǎng)布置圖
 
      1． 入土點(diǎn)是定向鉆施工的主要場(chǎng)所,鉆機(jī)就布置在該側(cè),所以施工占地比較大,DD330鉆機(jī)的最小占地為30×30M,當(dāng)然也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況作相應(yīng)調(diào)整,DD60、DD-5的占地相應(yīng)要小得多.
     
  2．出土點(diǎn)一側(cè)主要作為管道焊接場(chǎng)地,在出土點(diǎn)應(yīng)有一塊20×20M的場(chǎng)地作為預(yù)擴(kuò)孔、回拖時(shí)接鉆桿和安裝其他設(shè)備時(shí)使用；在出土點(diǎn)之后有一條長(zhǎng)度與穿越長(zhǎng)度相等的管線焊接作業(yè)帶.
穿越實(shí)例
 
大沽沙穿越鉆機(jī)場(chǎng)地布置
  1998年9月到10月之間,在天津塘沽大沽沙海河,我公司僅用45天時(shí)間完成了兩條Φ219×8,一條Φ426×9,長(zhǎng)度為960米的管道穿越.
 
大沽沙穿越焊接場(chǎng)地（只顯示了兩條管道）。
水平定向鉆穿越施工工藝流程圖 使用水平定向鉆技術(shù)穿越河流和其它障礙物的施工方法在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用.水平定向鉆穿越承包商協(xié)會(huì)認(rèn)為：在工程項(xiàng)目招投標(biāo)過程中,水平定向鉆承
包商應(yīng)設(shè)法獲取盡可能多的相關(guān)信息以提出完整并具競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)價(jià),承包商在開工前應(yīng)該獲得以下信息,以保證日后的工作可以順利進(jìn)行,并在此條件下完成工程項(xiàng)
目的施工,同時(shí)足夠的施工前的各類信息還可以保證施工過程更安全,減少對(duì)周圍環(huán)境的破壞,使工程進(jìn)行的更順利.
一、概 述
  A、發(fā)展與使用

水平定向鉆技術(shù)最早出現(xiàn)在70年代,是傳統(tǒng)的公路打孔和油田定向鉆井技術(shù)的結(jié)合,這已成為目前廣受歡迎的施工方法,可用于輸送石油、天然氣、石化產(chǎn)品、
水、污水等物質(zhì)和電力、光纜各類管道的施工.不僅應(yīng)用于河流和水道的穿越,同時(shí)還廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、海岸、島嶼以及密布建筑物、管道密集區(qū)
等.
  B、技術(shù)限制
  定向鉆施工技術(shù)首先應(yīng)用于美國(guó)海岸地區(qū)的沖積層穿越,現(xiàn)在已經(jīng)能夠開始在粗沙、卵石、冰磧和巖石地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行穿越施工.最長(zhǎng)的穿越施工已達(dá)6000英尺、管道直徑為18英寸.
  C、優(yōu)勢(shì)
  事實(shí)證明：水平定向鉆穿越是對(duì)環(huán)境影響最小的施工方法.這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)還可以為管道提供最的保護(hù)層,并相應(yīng)減少了維護(hù)費(fèi)用,同時(shí)不會(huì)影響河流運(yùn)輸并縮短施工期,證明是目前效率最高,成本最低的穿越施工方法.
  D、施工過程和技術(shù)

1、導(dǎo)向孔：導(dǎo)向孔是在水平方向按預(yù)定角度并沿預(yù)定截面鉆進(jìn)的孔,包括一段直斜線和一段大半徑弧線.在鉆導(dǎo)向孔的同時(shí),承包商也許會(huì)選擇并使用更大口徑的
鉆桿（即沖洗管）來*導(dǎo)向鉆桿.沖洗管可以起到類似導(dǎo)管的作用,還可以方便導(dǎo)向鉆桿的抽回和更換鉆頭等工作.導(dǎo)向孔的方向控制由位于鉆頭后端的鉆桿內(nèi)的
控制器（稱為彎外殼）完成.鉆進(jìn)過程中鉆桿是不做旋轉(zhuǎn)的,需要變換方向時(shí)若將彎外殼向右定位,鉆進(jìn)路線即向右沿平滑曲線前進(jìn).鉆孔曲線由放置在鉆頭后端鉆
桿內(nèi)的電子測(cè)向儀進(jìn)行測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果傳導(dǎo)到地面的接收儀,這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和計(jì)算后,以數(shù)字的形式顯示在顯示屏上,該電子裝置主要用來監(jiān)測(cè)鉆桿與地球磁
場(chǎng)的關(guān)系和傾角（鉆頭在地下的三維坐標(biāo)）,將測(cè)量到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,以便確定鉆頭的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置的偏差,并將偏差值控制在允許的范圍之
內(nèi),如此循環(huán)直到鉆頭按照預(yù)定的導(dǎo)向孔曲線在預(yù)定位置出土.
  2、預(yù)擴(kuò)孔： 
導(dǎo)向孔完成后,要將該鉆孔進(jìn)行擴(kuò)大到合適的直徑以方便安裝成品管道,此過程稱為預(yù)擴(kuò)孔,（依最終成孔尺寸決定擴(kuò)孔次數(shù)）.例如,如需安裝36英寸管線,鉆
孔必須擴(kuò)大到48英寸或更大.通常,在鉆機(jī)對(duì)岸將擴(kuò)孔器連接到鉆桿上,然后由鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)回拖入導(dǎo)向孔,將導(dǎo)向孔擴(kuò)大,同時(shí)要將大量的泥漿泵入鉆孔,以保證鉆
孔的完整性和不塌方,并將切削下的巖屑帶回到地面.
  
3、回拖管道：預(yù)擴(kuò)孔完成以后,成品管道即可拖入鉆孔.管道預(yù)制應(yīng)在鉆機(jī)對(duì)面的一側(cè)完成.擴(kuò)孔器一端接上鉆桿另一端通過旋轉(zhuǎn)接頭接到成品管道上.旋轉(zhuǎn)接頭 可以避免成品管道跟著擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn),以保證將其順利拖入鉆孔.回拖由鉆機(jī)完成,這一過程同樣需要大量泥漿配合,回拖過程要連續(xù)進(jìn)行直到擴(kuò)孔器和成品管道自鉆
機(jī)一側(cè)破土而出.
二、現(xiàn)場(chǎng)布局和設(shè)計(jì)
  A、道 路
  施工現(xiàn)場(chǎng)兩側(cè)都需要重型設(shè)備,為縮減成本,通往兩側(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的道路應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有道路以減少新修道路距離,或利用管道線路的施工便道,所有相關(guān)道路使用權(quán)的協(xié)議都應(yīng)由業(yè)主提供,在投標(biāo)階段再來討論這些問題為時(shí)已晚.
  B、工作場(chǎng)地

1、鉆機(jī)一側(cè)——鉆機(jī)施工場(chǎng)地至少需要30M（100FT）寬,長(zhǎng)45M（150FT）的面積.該面積從入土點(diǎn)算起,入土點(diǎn)應(yīng)位于規(guī)定的區(qū)域內(nèi)至少
3M（10FT）處,同時(shí)由于許多鉆機(jī)配套的設(shè)備或配件沒有規(guī)定的存放地點(diǎn),所以鉆機(jī)一側(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)可由許多不規(guī)則的小塊組成,以便節(jié)省占地面積,現(xiàn)場(chǎng)盡量
要平整,堅(jiān)硬,清潔,以便有利于進(jìn)行施工.由于穿越施工時(shí)需要大量的淡水供攪拌泥漿用,所以施工現(xiàn)場(chǎng)要盡量靠近水源或便于連接自來水管道的地方.

2、管道一側(cè)----為便于預(yù)制成品管道,管道一側(cè)要有足夠長(zhǎng)度的施工現(xiàn)場(chǎng),這也是要重點(diǎn)考慮的事情.現(xiàn)場(chǎng)寬度應(yīng)滿足管道施工的需要（一般為
12----18米）.同樣在出土點(diǎn)一側(cè)也需要30米（100FT）寬乘以45米（150FT）長(zhǎng)的施工現(xiàn)場(chǎng).總長(zhǎng)度以能夠擺放下所預(yù)制的管道為準(zhǔn),（場(chǎng)
地的總長(zhǎng)度一般為穿越管道長(zhǎng)度再加上30米,）在回拖前,要將管道預(yù)制完成,包括焊接,通球,試壓防腐等工序,在回拖過程中,不能再進(jìn)行管道的連接工作,
因?yàn)榛赝线^程是要連續(xù)進(jìn)行的,若此時(shí)進(jìn)行管道連接將可能造成地下孔洞的塌方,極可能造成整個(gè)工程施工的失敗.
  C、施工現(xiàn)場(chǎng)勘察
  一旦施工地點(diǎn)確定,應(yīng)對(duì)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行勘測(cè)并繪制詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)地貌圖紙.最終施工的精度取決于這一勘測(cè)結(jié)果的精度.
  D、施工設(shè)計(jì)參數(shù)

1、覆蓋層厚度----考慮的因素包括所穿越河流的流量特征,季節(jié)性洪水沖刷深度,未來河道的加寬和加深,現(xiàn)有管道和電纜的位置等因素.一旦確定了施工地
點(diǎn)并完成地質(zhì)調(diào)查,穿越層的厚度也就確定了,一般來說,覆蓋層應(yīng)至少是6米（20FT）厚.以上僅是針對(duì)河流穿越而言的,對(duì)于其它障礙物的穿越會(huì)有另外的
要求.
  
2、鉆進(jìn)角和曲率半徑----在大多數(shù)穿越施工中,入土角通常選擇在8--12度之間,多數(shù)施工應(yīng)首先鉆一段斜直線,然后再鉆一段大半徑曲線.此曲線的曲
率半徑由成品管線的彎曲特性決定,隨直徑增大而增大,鋼管道曲率半徑的拇指法則是100FT/IN（一般取管道直徑的1000—1200倍）.斜直線將導(dǎo)
向孔曲線按照預(yù)定的走向引導(dǎo)到設(shè)計(jì)的深度,然后是一段在此深度上的長(zhǎng)長(zhǎng)的水平直線,然后到達(dá)向上的彎曲點(diǎn)再到出土點(diǎn).出土角應(yīng)控制在5-12度之間,以便
于成品管道的回拖.
  E、鉆孔施工
  所有的測(cè)向控向工具都包括地下測(cè)量電子設(shè)備和地面接收設(shè)備,可以測(cè)得鉆頭所在位置的磁方位角（用于左/右控制）和傾斜角（上/下控制）以及鉆頭的鉆進(jìn)方向.
  1、精度：穿越施工精度很大程度上取決于磁場(chǎng)的變化.例如,大型鋼結(jié)構(gòu)（橋梁,樁基,其它管道）和電力線路會(huì)影響磁場(chǎng)讀數(shù).而穿越出土點(diǎn)的導(dǎo)向孔目標(biāo)偏差值應(yīng)控制在左右3米（10FT）,長(zhǎng)度——3米～10米（-10～30FT）的范圍內(nèi).
  2、完工圖紙：一般來說,導(dǎo)向孔的測(cè)量和控制應(yīng)在鉆導(dǎo)向孔時(shí)每鉆進(jìn)一根鉆桿或隔9米（30FT）測(cè)量計(jì)算一次.以上測(cè)量計(jì)算完成的導(dǎo)向孔施工圖紙承包商應(yīng)向業(yè)主提供.也有采用替代方法如陀螺儀,穿地雷達(dá)和智能清管球用來做定位工作.