**非開挖水平定向鑽進技術
在電力和燃氣管線施工工程中的應用和存在問題
摘要本文重點闡述了在電力和燃氣工程中採用非開挖定向鑽進技術具有不對原路面開挖，不影響交通，不擾民，環保，優化環境，縮短工期，節約成本等優勢。也存在著地下管線資料庫和公共資料交換服務平台缺失，管理軟體空白等一系列需要解決的問題。
隨著非開挖水平定向鑽進技術的日益成熟，其在管線敷設中的占有份額越來越多，且有快速增長趨向。非開挖施工的方法和功能也不斷的增加，除了鋪管中使用外，還在管線更換和管線修復中大量應用。
介紹了水平定向鑽進鋪管的相關施工技術：地質勘探、規劃和設計鑽孔軌跡、配製鑽液、鑽先導孔、回拉擴孔、回拉鋪管。
非開挖水平定向鑽進裝置主要包括水平定向鑽機、導向儀器。中國水平定向鑽機的年增長率也達到了世界上沒有乙個國家能達到的水平，現代非開挖水平定向鑽進工程的核心技術是導向測試與控制。
與非開挖水平定向鑽進施工和裝置開發相比，非開挖水平定向鑽進的理論分析與科學計算相對滯後，在我國，非開挖水平定向鑽進的理論建模與工程計算仍有大量工作要做。
分析了目前探測技術的相對落後，單位的流動和管理不慎，造成了原有管線資料的殘缺而對非開挖鑽進所帶來的風險。預算專用定額的基本空白，在**上造成無序競爭，提出了開發便於科學管理的專用管理軟體迫在眉睫。希望以此促進該技術的快速推廣和健康發展。
關鍵字：
非開挖定向鑽進、電力和燃氣，應用
目錄一、在電力和燃氣工程中應用非開挖水平定向鑽進技術的優勢 ……4
二、施工工程量的日益增長和服務領域的不斷擴大 ……………………4
三、非開挖水平定向鑽進技術施工方法7（一）地層勘探及地下管線探測7
（二）鑽進軌跡的規劃與設計7
（三）配製鑽液8
（四）鑽導向孔9
（五）回拉擴孔鋪管10
四、非開挖水平定向鑽進的理論建模與工程計算11
五、非開挖水平定向鑽進技術在實際應用中的存在問題 ……………11
六、結束語13
**非開挖水平定向鑽進技術
在電力和燃氣管線施工工程中的應用和存在問題
近幾年，我國非開挖水平定向鑽進技術作為一項新興的管道敷設技術，在電力和燃氣工程中不斷推廣運用，隨著城市經濟的不斷發展，非開挖水平定向鑽進技術越來越顯示其優越性，並廣泛地被人們認識和接受。我國很多大中城市均都採用此技術，發揮了其獨特作用。特別是電力和燃氣工程中，其工程量占有份額在短短幾年中迅猛發展，本文對非開挖水平定向鑽進技術在電力和燃氣工程中的作用和技術應用作簡要闡述，並剖析存在問題，以此與大家共勉，共同推進該技術的進步。
一、在電力和燃氣工程中應用非開挖水平定向鑽進技術的優勢
電力和燃氣工程的管理要實現為市民服務的理念，過去想得多的是如何把工程幹好，現在我們考慮得更多的是如何減少對市民的影響，讓市民享受到我們提公升管理和技術水平帶來的好處。非開挖水平定向鑽進技術在施工過程中不開挖路面，對原有建築設施不造成傷害，並且具有占用施工場地小，損壞綠化面積少，不使用大型挖掘和運土機械，在交通要道不必封鎖交通，不影響車輛和船隻通行，施工工期同其它敷管方式相比大大縮短和可以免去以後維護保養工作，以及可優化城市環境，防止城市管線蜘蛛網的形成，噪音小，大大減少對城市居民日常生活的影等優點，因此近十年來在電力管線敷設，自來水管線敷設，煤氣管線敷設中被廣為採用。
二、施工工程量的日益增長和服務領域的不斷擴大
隨著非開挖水平定向鑽進技術的日益成熟，其在管線敷設中產值的占有份額也越來越多，據中國非開挖協會不完全統計，在2023年、2023年，其年產值以三倍的速度增長，2023年增長了53%，我國的非開挖行業的總產值達到了33.0億人民幣，2023年增長了47%，總產值達到了48.3億人民幣，2023年的增長率仍達到45.
2%，總產值達到了70.2億人民幣。在電力和燃氣行業中，2023年是啟動年，非開挖技術施工量佔全部管線施工總量的3-5%。
2023年是全面推廣年，非開挖技術施工量佔全部管線施工總量的7-8%。2023年是解決難點年，非開挖技術施工量佔全部管線施工總量的8-10%。2023年是目標實現年，非開挖技術施工量佔全部管線施工總量的10-12%。
事實上從2023年開始，一些穿越河流、公路、鐵路和建築物的管線均採用了非開挖技術施工。就世界範圍來看，有待應用非開挖水平定向鑽進技術的國家為數甚多；就中國來看，除一些省會城市，絕大多數中、小城市和鄉鎮還未問津非開挖技術施工工程，而現代化、城市化的程序勢必使更廣袤的地區很快接受這一新技術。據國家統計局的資料，截止到2023年6月，我國共有640個城市，2023年，我國的城市化人口已達4.
5億，城市人口的增加，將使市政基礎設施的工程量大幅度增加，每年新增管線4萬公里，2023年管線已達20萬公里，且有更快速增長之勢。近幾年來、陝北、西南、新疆等地的油氣管道、成品油輸送管道，天然氣輸送管道，西氣東輸工程，南水北調工程及其分支工程，各類管道的鋪設均需要穿越公路、河流、鐵路。另外我國還有大量的電信管道，光纜線、燃氣管道，城市集中供熱管道，電力、有線電視網等管線。
無論從環境保護還是今後的市場需求來看，我國非開挖鋪管的工程量還需大幅度增加。
事實上，非開挖水平定向鑽進已經把「含管線因素的淺地層水平鑽進」納入為自己服務的範圍。這樣，不僅目前非開挖工程的一些主要服務目標，而且更多的地質工程或岩土工程專案也是非開挖水平定向鑽進技術的服務物件。與國外發達國家相比，我國還會在環境治理井、排滲井、管棚工程、錨固與注漿、淺層可溶性礦產開發等更廣泛的領域展開非開挖水平定向鑽進技術的應用。
在電力和燃氣工程中，其服務的目標也在向集多管束，長距離，大跨度，深埋度發展。
上海華貽電力公司在2023年就利用jt7020鑽機在長江支流公園路蘊澡浜電力電纜敷設工程中對2*10孔ф200mpp管203公尺的進行了成功穿越。改寫了上海電力局對跨越河流敷設電纜必須進行電纜橋架設的歷史。2023年在資訊電纜的施工中成功穿越黃浦江，ф219鋼管單線穿越548公尺。
最深穿越點為-18公尺，對利用jt7020水平定向鑽機進行鑽進的長度和深度提出了挑戰。2023年6月又在燃氣管線敷設中對油墩港和東勝橋港進行了ф325鋼管連續穿越684公尺。
中鐵12局第七工程處在中國地質大學（武漢）的技術協作下，在湖南耒陽火電廠灰壩採用帶無線導向探測的「鑽頂結合」的非開挖施工工藝，成功實現了四口集水輻射井間的水平導流管對穿（各60m跨距），鋪管最深達32m。該工程的技術研究成果獲國內領先水平。此例項說明，非開挖水平定向鑽進工藝技術方法不僅可用目前大家比較熟悉的「穿越路、河」鋪管型別，而且其服務物件正在不斷拓寬。
隨著地下管線的日益增多，非開挖施工的方法也在不斷的增加，其功能也在不斷增強，除了鋪管中使用外，還在管線更換和管線修復中大量應用。
三、非開挖水平定向鑽進技術施工方法
水平定向鑽進鋪管的施工順序為：地質勘探、規劃和設計鑽孔軌跡、配製鑽液、鑽先導孔、回拉擴孔、回拉鋪管。
（一）地層勘探及地下管線探測
地層勘探主要了解有關地層和地下水的情況，為選擇鑽進方法和配製鑽液提供依據。其內容包括：土層的標準分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵礫石情況等。
可採用查資料、開挖和鑽探方法獲取。
地下管線探測主要了解有關地下已有管線和其它埋設物的位置，為設計鑽進軌跡提供依據。一般採用物探法，按其定位原理分為：電磁法、直流電法、磁法、**波法和紅外輻射法等。
（二）鑽進軌跡的規劃與設計
導向孔軌跡設計是否合理對管線施工能否成功至關重要。鑽孔軌跡的設計主要是根據工程要求、地層條件、地形特徵、地下障礙物的具體位置、鑽桿的入出土角度、鑽桿允許的曲率半徑、鑽頭的變向能力、導向監控能力和被鋪設管線的效能等，給出最佳鑽孔路線。
目前國外著名的鑽機製造商可提供商品化的軌跡規劃設計軟體，通過採集所需的全部資訊，利用計算機進行最優化鑽孔軌跡設計。大大提高了軌跡設計的科學性和設計效率。
（三）配製鑽液
鑽液在施工中起著非常重要的作用。鑽液常常被誤認為是泥漿，這是錯誤的概念。鑽液是指在鑽進施工中用來與鑽孔過程中切削下來的土（或沙石）屑混合，懸浮並將這些混合物排出鑽孔的一種液體，而泥漿則是鑽液與鑽孔中鑽屑的混合物。
鑽液具有冷卻鑽頭（冷卻和保護其內部感測器）、潤滑鑽具，更重要的是可以懸浮和攜帶鑽屑，使混合後的鑽屑成為流動的泥漿順利地排出孔外，既為回拖管線提供足夠的環形空間，又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護壁的作用。
在不同的地質條件下，需要不同成份的鑽液。鑽液由水、膨潤土和聚合物組成。水是鑽液的主要成份，膨潤土和聚合物通常稱為鑽液新增劑。
鑽液的品質越好與鑽屑混合越適當，所製造的泥漿的流動性和懸浮性越好，回擴成孔的效果越理想，成功的概率越大。所以在施工中千萬不能為省錢，僅用水來替代鑽液。這樣做的結果只能會影響工程施工效率、影響成孔質量、甚至導致工程失敗。
由於不用鑽液，使鑽進和回拖的力和扭矩增大，不但影響鑽機壽命，而且還會大大增加施工成本。
為改善泥漿效能，有時要加入適量化學處理劑。燒鹼（或純鹼）可增粘、增靜切力、調節ph值，投入燒鹼量一般為膨潤土量的2%。為成孔良好，增加孔中潤滑，可加入適量的drispac。
為提高泥漿攜帶岩屑能力，將孔中的岩屑帶出，可在鑽孔過程中的某一段加入一定量的flowzen，能達到很好的使用效果。
施工人員必須能夠配製適合不同地層效能的鑽液，懂得如何正確使用鑽液。特別是當施工中遇到不同地層時，能及時調整鑽液的效能以適應工程要求。
（四）鑽導向孔
鑽導向孔的關鍵技術是鑽機、鑽具的選擇和鑽進過程的監測和控制。要根據不同的地質條件以及工程的具體情況，選擇合適的鑽機、鑽具和鑽進方法來完成導向孔的鑽進。
鑽機與鑽具的選擇：鑽孔主要靠鑽機產生的推力、旋轉扭矩以及所提供的鑽液的流量、壓力來完成施工。特別是長距離穿越，一方面，由於管線及鑽桿自重較重，鑽桿與地層之間產生的摩擦阻力較大，因此，鑽機的回拉力及扭矩必須足夠大；另一方面，為了確保工程成功，應盡量避免工程中途停鑽，因此鑽機連續運轉時間相對較長，這就必須要求鑽機具有良好的效能。
在鬆散的土質地層中施工，可選用普通鑽機和可造斜的鑽頭（一般為鴨嘴板式帶射流噴嘴的組合鑽頭）。在硬岩或含卵礫石的地層中施工，應選用帶破岩功能的鑽機和鑽頭。
監測與控制：在鑽進導向孔時能否按設計軌跡鑽進，鑽頭的準確定位及變向控制非常重要。鑽進過程中對鑽頭的監測方法主要通過隨鑽測量（mwd）技術獲取孔底鑽頭的有關資訊。
孔底訊號傳送的方法主要有：電纜法和電磁波法。電磁波法的測量範圍較小，一般在300m以內水平發射距離，測量深度在15m左右。
電磁波法測量的原理為：在導向鑽頭中安裝發射器，通過地面接收器，測得鑽頭的深度、鴨嘴板的面向角、鑽孔頂角、鑽頭溫度和電池狀況等引數，將測得引數與鑽孔軌跡進行對比，以便及時糾正。地面接收器具有顯示與發射功能，將接收到的孔底資訊無線傳送至鑽機的接收器並顯示，以便操作手能控制鑽機按正確的軌跡鑽進。
目前，電磁波法在中小型鑽機上應用較多，缺點是必須隨鑽跟綜監控。
另外，電纜法在長距離穿越中，特別是地形複雜的工程中應用較多。優點是抗干擾能力強，不要隨鑽跟蹤；但其操作複雜，選用的訊號線必須強度高（不易拉斷）、耐磨、絕緣性能好。
（五）回拉擴孔鋪管
在回拉擴孔鋪管施工中的關鍵技術是根據不同的土層、地下水位以及最終成孔直徑正確地選擇回擴鑽具和每次的進刀量，正確的選配鑽液和確定鑽液的流量。
擴孔器型別有桶式、飛旋式、刮刀式等：穿越淤泥黏土等鬆軟地層時，選擇桶式擴孔器較適宜，擴孔器通過旋轉，將淤泥擠壓到孔壁四周，起到很好的固孔作用；當地層較硬時，選擇飛旋或刮刀式擴孔器成孔較好。一般要求選擇的最大擴孔器尺寸為鋪設管徑的1.
2～1.5倍，這樣能夠保持泥漿流動暢通，保證管線能安全、順利的拖入孔中。
特別在長距離回拉擴孔鋪管中，泥漿作用尤其重要，孔中缺少泥漿往往是工程失敗的主要原因。一般地層泥漿較易漏失，泥漿漏失後，孔中缺少泥漿，鑽桿及管線與孔壁間的摩擦力增大，導致拉力增大。要保持在整個鑽進過程中有返漿，這對回拉擴孔施工的順利進行尤其重要，而且在同一工程中如遇到地層條件是硬岩、泥灰巖和礫石交替變化，應及時調整鑽液以產生不同的泥漿。
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