水平定向钻技术在城市管网施工应用与方法探究
穿越技术作为非开挖施工技术的一个分支，应用于油气管道施工的历史虽然不长，但在广大科研人员和工程技术人员坚持不懈的努力下，自20世纪70年代引入我国以来己经有了长足的发展，在穿越河流、湖泊、高等级公路、铁路、建筑物等地面障碍物的施工中正得到越来越广泛的应用，并且取得了惊人的成就。
1、水平定向钻技术的优缺点
水平定向钻进铺管技术是一种现代非开挖施工技术，其基本原理为：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径导向孔，随后在导向孔出口端的钻杆头部，安装扩孔器回拖扩孔。当扩孔达到尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管道，回拖铺设地下管道。
水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探及地下管道探测、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管。
在各施工顺序中，导向孔轨迹设计是否合理对管道施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入、出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管道的性能等，给出最佳钻孔路线。
不论是盾构或是顶管施工，对高压燃气管道施工而言皆存在施工周期长、施工投入大、施工风险高等缺点，而水平定向钻施工恰恰能够避免以上问题。
1.1、水平定向钻穿越技术的优点
（1）、适应性强。采用定向钻穿越技术穿越河流对不同的水文地质条件较适应，不必考虑水流速度和深度，也不会受到汛期影响；
（2）、铺管精度高。穿越一般入土点误差为零，出土点的误差纵向可以控制在1%，横向可以控制在5‰的范围内；
（3）、能确保埋深。在河床冲刷严重，有下切倾向，或水流湍急，截流或围堰存在困难的情况下，技术可以确保管道埋设在稳定层以下；
（4）、环境影响小。定向钻穿越大部分工作都是在地面以下完成，对地面的干扰很小。
1.2、水平定向钻穿越技术的缺点及难点
穿越施工目前存在的难点主要表现在如下几方面： （1）、在碎石土类地层和硬岩地层中施工非常困难； （2）、风险比较大； （3）、穿越设备比较昂贵；
（4）、场地和地质条件会带来一定的局限性； （5）、泥浆的处理需要认真考虑。
穿越施工与传统的开挖及其它非开挖施工相比，也存在一些突出的难点问题，主要表现在：
（1）、不同的工程面对着不同的水文地质条件，同一个穿越工程要经过多个地质层面。要成功地进行一次穿越，必须在深入了解这些地质条件的基础上充分适应它的变化；
（2）、目前还没有一种可行的施工方案能够适用于多个穿越工程的施工； （3）、到目前为止，这个行业内还没有形成一个统一的、得到普遍认同的设计、施工技术标准；
（4）、穿越技术在复杂地层的穿越还存在很大的困难。在不均匀地层和流沙类地层中穿越的风险也较大；在碎石类、硬岩类地层中穿越成功的范例较少。
2、水平定向钻技术在城市管网施工的应用及方法 2.1、水平定向钻预制管道防腐層的改进
水平定向钻穿越是长输管道工程的关键环节，其所占投资的比重相对较大，而且它还具有不可修复性的特点；定向钻穿越的管道较深，穿越管道及其防腐层长年浸泡在地下水里，对热收缩带抗水汽隔绝性能、阴极保护、耐腐蚀、抗老化等都提出了很高的要求。另外，定向钻穿越在管线回拖过程中不可预见性因素很多，对钢管、主防腐层及补口带的耐磨擦、抗冲击、抗剪切等指标的要求都很高。尤其对于补口带来说，因其要搭接在主防腐上，比主防腐层要高出一块，而且补口带必须在现场施工，因此对它的性能指标要求更甚。鉴于以上特点，美国瑞侃公司在其常规补口用热收缩带的基础上，研制出了专门用于定向钻穿越的补口专用热收缩带，并在全世界得到了广泛的应用。
2.2、瑞侃定向钻穿越补口带的主要特点
瑞侃公司定向钻穿越补口带除具有瑞侃常规热收缩带的优点外，还具有以下特点：
（1）、基材是加强纤维和高密度聚乙稀，具有高强度、长寿命（保证50年以上）、强耐磨和极低的透水性；
（2）、内层的热熔胶较瑞侃普通热收缩带的热熔胶来说，更具有抗老化性和抗剪切能力。
（3）、具有出色的水汽隔绝性能。 （4）、具有极强的耐水浸泡性能。
（5）、基材和热熔胶具有极强的抗低温和耐高温性能。
（6）、具有抗高剪切力和抗剥离能力，能经得起定向钻穿越时从土壤中产生的高剪切力和高碾磨。
（7）、自身即具有完全阴极保护和抗阴极传电剥离的能力。 （8）、安装非常简单方便，安装后对质量的判断方法亦简单。
本工程采用进口定向穿越专用补口带，防腐层得以较好的保留，高压管道得到了完好的保护。
2.3、回拖管增加膨润土垫层
由于定向钻预制管道摆放在现状自然地面，该处现状起伏较大，若按照原地面回拖，防腐层必将受到影响，因此，在回拖前在每隔10米堆置袋装膨润土做垫层，既保护管道防腐层，又能减少回拖时的摩擦阻力。
2.4、增加辅助机具保证回拖顺利
虽然本次定向钻钻机选型已趋于保守，并且回拖前最终扩孔直径eD =1067 mm，但为保证定向钻回拖一次成功，本次回拖增加了5台25T规格吊车，每台吊车相隔约80～100m，管道回拖时，吊车将管道吊起，随着回拖转杆匀速将管道送进孔内，最大限度的减少管道在孔中的摩擦力，并加快了回拖速度。
结论
定向钻进技术未来的研究热点主要会集中在如下几方面：
（1）、导向测试与控制技术； （2）、钻机和钻具的研制； （3）、成孔液的研发、设计和调配；
（4）、科学理论分析和计算及相关的力学数理模型、量化计算公式以及软件程序的研究开发。
在采用水平定向钻穿越施工中，最大回拖力是各种因素（包括地质条件、穿越曲线、扩孔工艺、泥浆性能、管道规格、发送方法等）共同作用的结果。采用三种计算方法对工程实例进行回拖力计算，分析影响回拖力计算的因素及实际回拖力选取考虑因素，对工程施工具有一定的指导意义。根据理论分析和实例应用，当根据回拖力计算值选择钻机时，建议选择三种计算方法中最大值的1.5 倍作为钻机实际回拖力。
参考文献
[1]龚爱民，傅蜀燕，黄海燕.ANSYS软件在分析地下埋管工程中的应用[J]. 安徽建筑工业学院学报（自然科学版）.2004（05）
[2]任艳荣，刘玉标，顾小芸.多孔弹性海床上的管土相互作用数值模拟[J]. 中国海洋平台.2004（05）
