定向鉆設(shè)計在保滄干渠工程中的應(yīng)用

□魯虎成

定向鉆設(shè)計在保滄干渠工程中的應(yīng)用

□魯虎成

本文主要介紹了定向鉆穿越小堡支渠的設(shè)計過程，該工程定向鉆采用DN900鋼塑復合管，在河北省水利工程中屬于較大管徑的工程設(shè)計及應(yīng)用，可供類似工程的設(shè)計、施工參考。

南水北調(diào)配套；保滄干渠；定向鉆；大管徑

河北省南水北調(diào)配套保滄干渠工程擔負向保定、滄州、廊坊3市12個縣(市)15個供水目標的供水任務(wù)，是河北省南水北調(diào)配套工程的重要組成部分，線路全長約243km，設(shè)計最大引水流量9.9m3/s。管線在廊坊市文安縣境內(nèi)穿越小堡支渠，為DN900單排布置。

管道基礎(chǔ)位于Ⅱ單元黏土和壤土層中，具中等偏高壓縮性，易產(chǎn)生沉降變形。地下水位高于建基面?；舆吰轮饕扇劳?、含有機質(zhì)壤土、粉砂、砂壤土和雜填土組成，受地下水影響，穩(wěn)定性較差，地質(zhì)條件適用于水平定向鉆。

1.定向鉆設(shè)計

1.1 管材選擇

定向鉆工程常用的管材為鋼管、鋼塑復合管和PE管。鋼塑復合管其本質(zhì)為已做好內(nèi)外防腐的鋼管，故僅對PE管和鋼塑復合管這兩種管材的適用性進行比較分析。

PE管即聚乙烯塑料管，與鋼管相比，施工工藝簡單，有一定的柔韌性，無需作防腐處理，可以節(jié)省大量工序。其缺點是耐壓性、耐溫度變化性能較差，易應(yīng)力開裂，現(xiàn)場安裝時需要專業(yè)焊機，施工速度較慢，而且產(chǎn)品不能裸露于陽光下，否則易老化。

鋼塑復合管相對PE管具有承壓高、抗沖擊力強等優(yōu)勢；內(nèi)外層的塑料起到了防腐蝕的作用，具有內(nèi)壁光滑、耐化學腐蝕、無污染、流體阻力小、不結(jié)垢、不滋生微生物、流體不受二次污染等優(yōu)點，使用壽命達50年。該管材既克服了鋼管存在的易銹蝕、有污染、笨重、使用壽命短和PE管存在的強度低、膨脹量大、易變形的缺點，又具有鋼管和PE管的共同優(yōu)點，如隔氧性好、埋地管容易探測等。

設(shè)計選用鋼塑復合管作為定向鉆用管，保證穿越工程的安全可靠。

1.2 導向孔軌跡設(shè)計

定向鉆進導向孔軌跡線段由斜直線段、曲線段、水平直線段等組成，定向鉆入土角一般控制在8°～18°，出土角控制在4°～12°。根據(jù)管線布置、管材(鋼塑復合管)、管徑(DN900和地形、地質(zhì)條件，確定定向鉆穿越的入土角、出土角均為8°。DN900管徑最小曲率半徑為1048m，在滿足施工的前提，為減少工程投資，設(shè)計曲率半徑取為1100m。

1.3 管道埋深及入、出點確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，采用定向鉆方式穿越渠道時，管頂埋深應(yīng)大于設(shè)計洪水沖刷線以下6m。本次設(shè)計穿越渠道設(shè)計沖刷深度為0.42m，設(shè)計取管頂以上最小覆土深度為6.5m。小堡支渠右岸文安防洪圈西堤為二級堤防，設(shè)計出土點距離堤角約70m。

1.4 管壁厚度計算

根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》中5.2.3條規(guī)定，對鋼管壁厚進行強度核算且選用的鋼管的徑厚比不應(yīng)大于100。經(jīng)計算，DN900管道壁厚t= 10mm，徑厚比為92，小于100；按50年使用年限計算鋼管雙面腐蝕量為4mm，鋼管設(shè)計壁厚取14mm，內(nèi)承壓1.1MPa。

根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》中5.2.5條規(guī)定，穿越管段在擴孔回拖時，核算空管在泥漿壓力作用下的徑向屈曲失穩(wěn)。經(jīng)計算，管道承受的極限外壓力Pyp為0.79MPa，泥漿壓力Ps為0.27MPa，穿越管段壁厚滿足徑向屈曲失穩(wěn)驗算要求。

1.5 回拖力計算

根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》中5.2.4條規(guī)定，穿越管段回拖時，最大回拖力應(yīng)按下式計算值的1.5～3.0倍選取。經(jīng)計算，穿越小堡支渠管段計算回拖力為621.17kN，最大回拖力為1863.52kN(取3倍計算回拖力)，據(jù)此選擇滿足回拖力要求的定向鉆機。

1.6 工程布置

穿越管軸線與小堡支渠中心線交角為90°，定向鉆入土角α1為8°，出土角為α2為8°。采用DN900鋼塑復合管，鋼管壁厚14mm，3層聚乙烯外防腐層厚度為4mm，熔結(jié)環(huán)氧涂層內(nèi)防腐厚度為1mm。管頂覆土深度為6.5m，拉管段長度334.14m。其中，第一直線段L1=16.06m，曲線段L2=307.19m（曲率半徑R=1100m），第二直線段L3=10.89m。

2.結(jié)語

本設(shè)計采用DN900鋼塑復合管定向鉆穿越小堡支渠，管徑較大。設(shè)計中結(jié)合工程地質(zhì)條件，采用合理的管材、最小埋深和曲率半徑等指標。施工中采用浮拉法，該工程已順利完工，設(shè)計的合理性得到了有效的驗證，可供類似工程的設(shè)計、施工借鑒和參考。□

2016-05-06

魯虎成，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，高級工程師。