水平定向钻穿越回拖力计算公式
定向钻穿越过程回拖力计算方法选择
定向钻穿越过程回拖力计算方法选择袁亮;刘沛【摘要】文中通过对几种常用定向钻穿越时回拖力的计算方法适用范围进行分析比较,列举工程实例,通过计算结果的对比,优选出回拖力计算最准确的方法.计算结果表明:采用ASTM方法计算的回拖力大小与实际测量值误差最小;对ASTM计算方法进行修正,修正后的计算方法其结果更符合工程实际值.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P43-46)【关键词】回拖力;修正;适用条件;定向钻;穿越【作者】袁亮;刘沛【作者单位】陕西首创天成工程技术有限公司,陕西西安 710016;陕西首创天成工程技术有限公司,陕西西安 710016【正文语种】中文【中图分类】TE80 引言在管道穿越施工过程中，影响回拖力的因素有管道在泥浆中的浮力、管道的重力、管道与孔壁之间的摩擦系数以及泥浆的粘滞系数等。
在定向钻穿越施工的过程中，回拖力对于施工工艺确定、设备选取、管道连接、安装设计、管道长度、卡管现象的预防等起着决定性的作用[1]。
回拖力的确定在整个定向钻穿越施工中起着至关重要的作用[2]，目前许多文献基于不同的理论，推导出了各种计算公式，但并未详细解释不同公式计算结果中的差异，并对其适用条件范围做出解释。
本文对常用的几种回拖力计算方法进行分析对比，并说明其适用条件。
1 回拖力计算方法1.1 卸荷拱土压力计算方法受孔道上方塌落土的压力以及孔底支承力的影响，孔底承受管道自身的重力，其计算方法为[3]F=[2p(1+ka)+P0]μL(1)式中：F为回拖力，kN；p为土壤对单位长度管道施加的压力，kN/m；ka为土的压力系数，一般取0.3；P0为单位长度管道所受重力，kN/m；μ为摩擦系数；L为穿越管段的长度，m。
图1为土壤卸荷拱示意图。
φ为穿越地层土的内摩擦角。
一般地，砂层为30°～40°，黏土层为15°～25°。
水平定向钻施工作业中的有关计算
水平定向钻施工作业中的有关计算-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII水平定向钻施工作业中的有关计算2007年02月12日来源：中国水协设备网[摘要]：本文结合实际施工实例，详细，全面，列举了水平定向钻施工作业中的有关计算，为施工的顺利完成提供了数据保障。
对于工程施工有重要的指导意义。
[关键词]：水平定向钻钻径轨迹计算随着全国市政建设的高速发展，市政公用设施——城市地下管线的修复更换，安装完善工作也得以高速发展。
随着人们环境意识的增强，无开挖，无污染，高速高效施工方法——水平定向钻顶管敷管法已在全国范围高速发展，水平定向钻施工企业也在全国迅速膨胀，水平定向钻施工技术，实际操作经验也逐渐提高。
为适应这样趋势，本文汇总了水平定向钻施工作业中的相关计算，与施工作业者讨论。
1 管重及回拖力计算（1）．管子重量计算：计算管子重量时，查找各种材料手册比较方便。
也可用以下公式进行计算；Q= π ( DW- S ) S γ / 1000对于钢管则用下式计算重量：Q= 0.02466 S ( DW - S )式中 Q——管子重量, ㎏/mDW——管子外径， mmS ——管子壁厚，mmγ——管子材质密度，t/m3 ，如钢取7.85，铸铁取7.2（2）．所需回拖力计算：回拖产品管线所需回拖力也就是管壁和孔壁之间摩擦力w，其由下式计算；w = [ 2 p (1 + ka) + p0 ] f L式中：w——管壁和孔壁之间摩擦力，KNp——土对每米管道压力, KN/mka——主动土压力系数，一般取0.3p0——每米管道重量 , KN/mf——管壁和孔壁之间摩擦系数 , 02~0.6L——管道长度，m由上式可知，摩擦力主要取决于土对管道压力p和摩擦系数f的大小。
土对管道压力主要与土层的性质和导向孔的曲率有关。
沙土的粘聚力小，对管道的压力大，p一般按所敷管线直径1~2倍高度土质量计算；粘性土的粘聚力大，对管道压力小，p一般按所敷管线直径0.5~1倍高度土质量计算。
PE实壁管水平定向钻回拖力计算公式的比选
A — 摩擦系数,一般取〇. l ~〇. 3 。 〇0— 管 道 外 径 ，m;
软土地质的计算方法。
D— 管 道 内 径 ，m;
1 回拖力计算公式 管道牵引过程中受力复杂，且 土 的 性 质 较 难 模 拟 ，因此也很
难 有 一 个 跟 工 程 现 状 吻 合 的 、具 有 普 遍 适 用 性 的 力 学 公 式 。 现行规范中，采 用 不 同 的 受 力 模 型 ，回拖力的计算公式也有
A — 管节外壁单位面积的平均摩阻力，黏性土 0.3 kN/m2 ~ 0.4 kN/m2,沙 性 土 0.5 kN/m2 ~0.7 kN/m2。
1 . 2 净浮力计算法 GB 50423—2 0 0 7 油气输送管道穿越工程设计规范[2]和 CECS
382—2 0 1 4 水 平 定 向 钻 法 管 道 穿 越 工 程 技 术 规 程 [3]采 用 净 浮 力 计 算 法 ，认为进人钻孔内的管道主要受到浮力与管道自重差值引起
不同。 1 . 1 摩擦力计算法
GB 50268—2008给水排水管道工程施工及验收条文规范[1]
t— 管道壁厚,m; r „— 钻孔泥浆的重度，kN/m3; J„— 管材的重度,kN/m3; & — 进行浮力控制时单位长度管道的配重量，kN/m; K— 泥浆的粘滞系数，取 0.15 kN/m2 ~0.35 kN/m2。 1.3 土 压 力 计 算 法 曹 苏 军 [4]对 土 压 力 法 进 行 了 分 析 和 简 化 ，具 体 详 见 《多管组 合
R - 一 迎 面 土 挤 压 力 ，一 般 情 况 下 黏 性 土 50 kN/m2 ~ 管回拖力计算公式参考美国ASTM标 准 F1962— 1 1 大型水平定向
60 kN/m2，沙性土 80 kN/m2 ~ 100 kN/m2 ;
定向钻回拖力计算公式01_-中文版
F2-3
=
（W-F浮）
×
L2
×
f2
=
9.23
(T)
未拖入管线段产生的摩擦阻力计算如下：
F未
=
W
×
L3
×
f1
=
3.35
(T)
在3#点时,产生的总回托力计算如下:
F3
=
F2－1
+
F2-3
+
F静浮
+
F未
=
18.82
(T)
4)在4#点时，管线头部到达第4点时，即回拖已经成功，该点手里计算如下 ：
F3-4
=
（W-F浮）
×
L3
×
(f2cosα-sinα)
=
则在4#点时，产生的总回托力计算如下：
1.54
(T)
F4
=
F2－1
+
F2-3
+
F3-4
=
16.07
(T)
结论：以上的计算过程中得出四个点中第
3
点处的回托力最大为 18.82 T，根据理论计算，钻机的回拖力大于 18.82
T,可以满足工程需要.
注：黄色部分内容按工程实际情况填写，紫色部分 为自动计算。翻译：小于 计算结果
计算结果
定向钻钻机规格选用，配合定向钻钻机管线图使用
=
5.29
(T)
当管线会拖到第2点时，管线深度为
8.00 管线产生的净浮力计算如下
F静浮
=
（W-F浮）
×
H
×
ρ
=
0.95
(T)
未拖入管线段产生的摩擦阻力计算如下：
F未
水平定向钻穿越回拖力计算公式.xls
注：黄色部分内容按工程实际情况填写，蓝色部分为自动计算。
(T) (T) (T) (T) T,可以满足工程需要。
距离 L2 （m）
1025.68 距离 L2 L3 （m）
220.12
f1（孔外） （0.1～0.3）
0.3
f2（孔内） （0.1～0.3）
0.40
定向钻穿越回拖力的计算，对于正确选用钻机至关重要。以下计算的条件是孔内充满泥浆，孔壁保持完好。（管材为钢管）
根据美国奥格公司提供的计算方法如下：计算时在设计曲线上取有代表性的4个点，计算在各点的使管线向前运动所需的拉力.
=
28.89
(T)
当管线回拖到第2点时，管线的深度为
20.00 管线产生的净浮力计算如下：
F静浮
=
（W-F浮）
×
H
×
ρ
=
4.75
(T)
未拖入管线段产生的摩擦阻力计算如下:
F未
=
W
× （L2+L3） ×
f1
=
119.07
(T)
则有在第2点产生的总回拖力计算如下
F2
=
F2－1
+
F静浮
+
F未
=
152.71
穿越长度 L（m）
1500
管径D （mm）
定向钻回拖力的计算
813
壁厚 （mm）
16.0
入土角 (α)
10
出土角 (β)
6
管道埋深H （m）
20.0
曲率半径R （m）
1219.50
1#点至2#
2#点至3#点
3#点至4#点
摩擦系数
摩擦系数
入土点标高 （m）
简述水平定向钻牵引施工技术
简述水平定向钻牵引施工技术摘要：在牵引管道时应根据地质情况以适宜的速度拖管,保证成孔的泥浆的稳定性。
如出现管道拖不动,应及时将钻机移到管道人地端,与挖掘机及其他机械配合,将管道拖出地面。
检查并改善相关保障措施,如采取更大的回扩头,使用添加剂,使用具有更大动力的钻机等。
关健词：施工；准备；控制；导向孔；扩孔；泥浆技术水平定向钻是当今复杂条件下敷设管线的重要施工方法,尤其对横穿大江大河的管线,可在不影响航道正常航行情况下施工。
目前,我国的水平定向钻的施工设备已经随着我国现有的钻机设计和制造技术完善,不断开发和创新。
1工程概况水平定向钻可承担各种不同材质管线的穿越任务,钻机性能的发挥依赖于适宜的地质条件和合理的轨迹设计。
在牵引管施工中多处发生导向孔时卡钻、扩孔时塌方的情况,经及时采取有效的处理措施才保证了工程的顺利进行。
现结合本工程实践对水平定向钻牵引管道施工技术主要控制要点做如下讨论。
非开挖水平定向钻牵引管道施工的主要工艺流程是：施工准备→导向孔施工→反拉扩孔、成孔、牵引管道→砌检查井→验收→清场。
宝岗大道通信管线工程全长约2km，其中定向钻施工全长约1km，包括江南西、南田路等路口,施工工期仅30d。
主要为弱电线路包括电信、移动、联通、广电及电力调度光缆等。
施工主要采用开槽埋设,混凝土包方加固施工方式；在需穿越江南西广百广场、南田路口及公交站场时,采用水平定向钻牵引管方式施工敷设110hdpe(高密度聚乙烯)管12孔。
2 施工准备阶段的控制2.1确定设计轨迹与选择合理穿越地质地层如果地质条件理想,穿越曲线位于豁土、亚毅土、或淤泥等造浆能力好的地层,施工时可以适当加长曲线长度,且拖拉力不会增加很多,可加快工程进度。
如果穿越曲线所在的地层不理想时,则会降低穿越成功的可能性,甚至导致钻孔无法完成。
在本工程施工中大部分处于均质豁土及砂土层,故施工完成顺利,但由于地质资料复杂而且欠缺,导致部分在横越江南西广百广场处钻孔完成不够完善,施工中经过多次试钻都成功后,最终在拉管过程中卡了两根管,由于在人口密集的广场，严重影响工期及交通。
定向钻施工工法
非开挖施工——定向钻施工工法x x x公司作者：一、前言非开挖埋管技术, 作为今后一种新的施工方法, 逐步替代破路开挖埋管的传统工艺, 将会彻底地解决我国广大地区, 特别是内陆中西部地区在砂砾和岩层中敷设管路技术难题, 为天然气输送和给排水工程穿山越河提供便利。
按施工原理不同, 非开挖埋管技术可分为定向钻施工法, 顶管施工法和盾构施工法三种。
定向钻施工与另外两种埋管技术相比, 具有自由调节方向, 遇障碍报警, 绕向避开障碍的特别功能。
本工法将主要介绍定向钻在天然气管道施工中的应用。
二、适用范围定向钻施工宜用来铺设小直径管线, 即铺设直径小于500mm 的各类管线（钢管、混凝土管、塑料管等）。
三、工作原理按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔, 随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔, 当扩孔至尺寸要求后, 在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线, 回拉铺设地下管线。
四、工艺流程及操作方法4.1工艺流程:4.2操作方法 4.2.1测量放线施工前与建设单位进行交桩, 对所交桩点进行复测, 办理交接手续, 并对基准点进行保护。
1根据基准点和图纸进行现场测量放线, 确定管线的具体位置及作业带范围。
同时根据现场的实际情况确定施工机具进场路线。
4.2.2工作坑开挖根据图纸要求的管道埋设深度, 开挖一个4米长的工作坑, 宽度以管子两侧各500mm为宜。
自沟底至地面修一个长20米的坡道, 保证管子能依靠重力及自身的柔韧性弯曲地进入工作坑。
同时在管道出土侧开挖接应坑。
a.为保证管基质量, 不得超挖, 机械开挖至设计深度200mm以上, 人工清至设计标高。
b.沟槽开挖质量应符合下列规定:不扰动天然地基或地基处理符合设计的规定, 地基承载力应符合设计要求。
槽底高程允许偏差: ±20mm。
4.2.3管材运输及布管吊装已做好防腐的管子时, 使用专用的吊装带, 防止损坏防腐层。
尽量使管材一次性到位, 减少二次倒运。
水平定向钻施工作业中的有关计算
作者简介：杭超军（1973—）男，助工，1997年毕业于北京建筑工程学院城建系燃气专业，长期从事水平定向钻施工工作。
现任西安市天然气工程有限责任公司经营管理部副部长。
随着全国市政建设的高速发展，市政公用设施——城市地下管线的修复更换，安装完善工作也得以高速发展。
随着人们环境意识的增强，无开挖，无污染，高速高效施工方法——水平定向钻顶管敷管法已在全国范围高速发展，水平定向钻施工企业也在全国迅速膨胀，水平定向钻施工技术，实际操作经验也逐渐提高。
为适应这样趋势，本文汇总了水平定向钻施工作业中的相关计算，与施工作业者讨论。
1管重及回拖力计算1．1管子重量计算计算管子重量时，查找各种材料手册比较方便。
也可用以下公式进行计算：Q=π(DW-S )S γ/1000对于钢管则用下式计算重量：Q=0.02466S (DW -S )式中Q ：管子重量,㎏/m ；DW ：管子外径，mm ；S ：管子壁厚，mm ；γ：管子材质密度，t/m 3，如钢取7.85，铸铁取7.2。
1．2所需回拖力计算回拖产品管线所需回拖力也就是管壁和孔壁之间摩擦力w ，其由下式计算：w =[2p (1+k a )+p 0]f L式中：w ：管壁和孔壁之间摩擦力，KN ；p ：土对每米管道压力,KN/m ；k a ：主动土压力系数，一般取0.3；p 0：每米管道重量,KN/m ；f ：管壁和孔壁之间摩擦系数,02～0.6；L ：管道长度，m 。
由上式可知，摩擦力主要取决于土对管道压力p 和摩擦系数f 的大小。
土对管道压力主要与土层的性质和导向孔的曲率有关。
沙土的粘聚力小，对管道的压力大，p 一般按所敷管线直径1～2倍高度土质量计算；粘性土的粘聚力大，对管道压力小，p 一般按所敷管线直径0.5～1倍高度土质量计算。
导向孔的曲率半径R 对p 影响也较大，但当R ﹥1200D （D 为管线直径）时，可以不考虑其影响。
2钻径轨迹的设计计算钻径轨迹的计算是施工作业成败的关键环节。
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穿越长度 L（m） 1500 管径D （mm） 813 壁厚 （mm） 16.0 入土角 (α ) 10 出土角 (β ) 6 管道埋深H （m） 20.0 曲率半径R （m） 1219.50
入土点标高 （m）
0.00
出土点标高 （m）
0.00
1#点至2# 2#点至3#点 3#点至4#点 点距离 L1 254.20 距离 L2 1025.68 距离 L2 L3 （m） （m） （m）
出土点
1#点
每米管线的重量W(kg) 1)在第1点时 F1
318.59 L
每米管线悬浮在泥浆中产生的浮力 F浮(kg) × f = = 143.37 28.89
544.80 (T) (T)
= W × 2)在第2点，也就是管线回拖到第一个转折点，其计算如下： F2－1 （W-F浮） L1 = × × 当管线回拖到第2点时，管线的深度为 F静浮 （W-F浮） = × 未拖入管线段产生的摩擦阻力计算如下: F未 = W × 20.00 H （L2+L3）
F未 = W × 则有在第3点产生的总回拖力计算如下: F3 F2－1 = + F3-4 （W-F浮） = × 则有在第4点产生的总回拖力计算如下: F4 F2－1 = +
L3 F2-3 L3 F2-3 2
× + × +
f1 F静浮
= + F未 = =
21.04 147.48 10.97 132.66 T，根据理论计算，钻机的回拖力大于 152.71
(f2cosβ +sinβ )
管线产生的净浮力计算如下： × × ρ f1 F未 f2 = = = = 4.75 119.07 152.71 92.81 (T) (T) (T) (T)
则有在第2点产生的总回拖力计算如下 F2 F2－1 F静浮 = + + 3)在第3点，管线经过水平段后，到达第二个折点，其计算如下： F2-3 （W-F浮） L2 = × × 未拖入管线段产生的摩擦阻力计算如下:
220.12
摩擦系数 f1（孔外） （0.1～0.3）
0.3
摩擦系数 f2（孔内） （0.1～0.3）
0.40
定向钻穿越回拖力的计算，对于正确选用钻机至关重要。以下计算的条件是孔内充满泥浆，孔壁保持完好。（管材为钢管）
泥浆密度 ρ
1.05
根据美国奥格公司提供的计算方法如下：计算时在设计曲线上取有代表性的4个点，计算在各点的使管线向前运动所需的拉力. 出土点 4#点 3#点 埋深 2#点
(T) (T) (T) (T) T,可以满足工程需要。
4)在第4点，管线头部到达第4点时，即回拖已经成功，该点受力计算如下： (f2cosα -sinα ) F3-4 =
结论：以上的计算过程得出，四个 点中第
点处的回拖力最大为 152.71
注：黄色部分内容按工程实际情况填写，蓝色部分为自动计算。