水平定向钻穿越高速公路施工方案

煤层气输气管道工程

高速公路水平定向钻穿越施工方案

编制：

审核：

批准：

二O一二年十一月一日

目录

一、编制依据 (1)

二、工程概况 (1)

三、现场分析和方案选择 (2)

四、施工准备工作 (2)

五、施工顺序及方法 (6)

六、穿越施工方案 (7)

七、工程质量保证措施 (17)

八、文明施工、环境及安全措施 (20)

九、HSE管理体系 (29)

十、施工事故及应急措施 (32)

十一、冬季施工措施 (33)

附图一：施工进度计划-横道图 (36)

一、编制依据

1.1 设计文件

施工图。

1.2 现行的法律、法规

1）《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号（2002）；

2）《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号（1989）；

3）《建设项目环境保护管理条例》国务院令第253号（1998）；

4) 《中国石油化工集团公司安全、环境与健康（HSE）管理体系》Q/HSE 0001.1-2001。

1.3 遵循的验收规范、质量检验评定标准等

1）《油汽长输管道工程施工及验收规范》（GB50369-2006）；

2）《油汽输送管道穿越工程施工规范》（GB50424-2007）；

3）《石油天然气金属管道焊接工艺评定》（SY/T0452-2002）；

4）《钢质管道焊接及验收》（SY/T4103-2009）；

5）《石油天然气建设工程施工质量验收规范输气管道线路工程》（SY4208-2008）；

6）《石油天然气建设工程施工质量验收规范管道穿跨越工程》（SY4207-2007）。

1.4根据建设单位组织的现场勘察所获取的有关资料

1.5根据我公司现有的技术装备和施工能力

二、工程概况

高速匝道定向钻穿越工程,穿越总长为428米,经过勘察，本次穿越横跨太原环城高速罗城段及若干条匝道，环城高速车流量较大且作用非常重要。穿越入土点为距风峪河南岸35m的晋祠路东侧60m处，管端回拖深度为1.8m（管底）；穿越出土点为建材市场大院桩A102处，管尾回拖深度为1.8m（管底）；穿越管线最深处为入钻点水平下5m，高速路面以下12m,管道输送介质为煤层气。管线为Φ508mm直缝钢管外套3PE防腐层。

三、现场分析和方案选择

1.现场分析

为了在水平定向钻过程中满足管道的曲率半径，必须穿越卵石层，这样虽不易塌孔，但使得钻进较困难。但由于环城高速车流量较大且作用非常重要，该段煤层气输气管线不能采用开挖敷设，顶管穿越工期较长，为保证工期进度，故采用定向钻敷设管道。

2.方案选择

为保证施工进度安全顺利，且不影响高速的正常运行，经与建设单位、设计院和监理单位共同协商，针对罗城高速匝道的地理条件和实际情况，采用水平定向钻施工。

四、施工准备工作

1.施工设备

水平定向钻机、钻杆、发电机、泥浆泵、水罐车、硼润土、麻袋等。

2.测量放线

根据设计交底（桩）与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。

3.施工场地准备

施工作业带、管道预制场地的准备、入土点和出土点工作面的准备。

1）管道预制场地在罗城建材市场院内，所需预制场地长220米。但因罗城建材市场木材堆放场地局限，故预制4根9接1的管，每根107米。为不影响木材经销，故在施工作业带内挖一个长120米、宽1.4米、深0.6米的管沟，而后将预制的管其中两根拖拽至该沟内并做回填（图中阴影部分），再与建材市场院内的剩余两根进行组对焊接，（如图）过路地段需并列加设2根DN800的长度为6m的钢套管，在此过程中，所开挖的土方量为：

V=120*1.4*0.6=100.8m3

而在拖拽的过程中，为了减小摩擦力，并使防腐层不被刮伤划破，因而在管道底端垫装有细土的麻袋，麻袋上涂抹润滑油，每6m/个，垫高0.4米。

阴影部分为宽1.4m、深

0.6m、长120m预制管道的

沟。

管道预制场地示意图

2）入土点工作面：宽30米，长40米。而在入土点与晋祠路搭接处，需修筑5米宽的施工便道，并加以平整、压实，地面承载力满足运输机械要求。施工便道完成后，在钻机场地一侧挖泥浆池（15m*30m*2.5m)，同时排浆池底部采用防渗水工布处理，做好防渗措施。钻机场地油料区用砖砌隔离墙1次，4米宽，6米长，2米高。搭设泥浆料棚。场地四周挖0.8m*0.8m的排水沟并围栏。如图所示：

40m

30m

4m

60m

晋 祠 路

钻机场地

入土点

场地平整 碾压

周围为林带（油松）

钻机场地的平面布置图

A A

晋祠路与所钻机场地的林带区具有近2.8米的高差，由于晋祠路无法开挖降坡，为保证机械设备顺利进场，将拉运土方修筑施工便道，如下图：

±0.00

-2.80

12

晋祠路面

施工便道

注：阴影部分为拉运土方回填量

钻机场地预制A-A剖视图

13.15m

林带地面

回填土方量计算如下：

a 、施工便道：V 1=13.15*2.8*5/2=92.05m 3

b 、施工便道两边坡度：V 2=13.15*2.8*2.8=103.096m 3 则所需外运土方量为：V=V 1+V 2=103.096+92.05=195.15m 3

3）出土点工作面：宽30米，长30米。平整压实后，用于放置钻杆和出土点设备。在穿越中线的一侧挖泥浆池（8m*15m*2.5m)。在出土点位置顺钻机方向挖穿前发送沟，宽1.5m ，深2.5m ，长50m 。

4）场地准备完成后，对机械设备进场道路进行修筑，并压实。路面承载力必须满足进场机械的要求。

4.定向钻前期准备（如图）

管道预制场地在罗城建材市场院内，高速公路之间穿越距离428米，而为了防止管道在拖运过程中左右摆动，因而挖了一个长30米，宽1.5米，深1.8米的发送沟，在拖拽的过程中，为了防止管道的防腐层被刮伤，在管道底下每隔6米垫装有细土的麻袋，麻袋上涂有润滑油，且采用4台25T 汽车吊、一台300挖机同时起吊并向前推进以减小钻机拖拽力。

泥浆池

水平定向钻施工平面布置图

发送沟

管道预制场地

428m

8m

4.材料准备

制场地布管、焊接。

5.机械准备

主要施工机械设备见各项资源需要量计划。

6.建设单位提供相关的地勘资料

五、施工顺序及方法

1.穿越点位置

穿越入土点为风峪河南岸晋祠路东侧60m处，管端回拖深度为1.8m（管底）；穿越出土点为建材市场大院A102处，管尾回拖深度为1.8m（管底）。

2.穿越主要技术参数

3.工程地质

穿越地层为杂填土，粉沙层，粗沙砾层，卵石层，穿越难度较大。

4.施工环境

本工程管线穿越轨迹距离公路较近，在有限的施工条件下，最大限度的降低穿越管线对沿途道路的影响，以保证穿越施工安全成功。

5.交通条件

本工程位于晋祠路旁，交通条件较为便利。

7.计划工期

钻机设备进场，满足施工要求，有效工期22天。(见附图一)

六、穿越施工方案

1.定向钻施工工艺流程

2.穿越管道施工技术措施

2.1管线焊接

a.管线的焊接抗拉强度应该能满足钻机回拖力的要求,最少不能低于8T。

c．管线应从出土点以后至少25米开始向远离钻机方向预制。

2.2定向钻穿越参数复测及场地测量

a.用水准仪测量穿越沿线的地面高程并放出穿越路线，在穿越线路上做出明显标记。

b.穿越入土侧：钻机场地占地面30m×40m,包括泥浆池。

c.穿越出土侧预扩孔、回拖作业场地：为满足管线回拖时顺利进入孔洞，须挖深1.8m，宽1.5m，长30m管线引沟,包括泥浆池。

2.3场地修筑

1）入土侧场地需平整压实，钻机要坐在风峪河南岸晋祠路东侧60m入钻点处，须占用场地30m×10m，锚固钻机。

2）入土侧要开挖长5m宽1.5m深2.0m的工作坑，管线回拖至此，并作为临时储存泥浆及摘卸回扩器工作坑，施工过程中产生的泥浆要及时抽走。

2.4设备进场、组装调试

2.4.1将钻机主机就位，并将地锚锚护好、泥浆系统、钻杆、辅助动力等就位。

2.4.2连接好各种液压管线、泥浆管线及施工所需电缆等。

2.4.3全部组装完毕，以仔细检查确认后，设备进行试运转：调试钻机系统，认真观察各表盘指示是否正常，各操作手柄是否回位；调校控向系统，调试泥浆系统。

2.5泥浆控制

2.5.1泥浆是定向穿越中的关键因素，对泥浆的性能要很高。

为克服不利因素我们将采取以下措施：

（1）按照事先确定好的泥浆配比用一级钠基膨润土加上泥浆添加剂，配出符合要求的泥浆。

（2）使用的泥浆添加剂有：降失水剂、固壁剂、悬浮剂、纤维素、粘土分散剂等。

（3）为确保泥浆的性能，保证膨润土有足够的水化时间，我们采取两套加料配浆系统，延长泥浆循环周期。

2.5.2强化各施工过程泥浆性能调整

（1）斜孔段：泥浆的流动性能要好，结构性要强，保证钻屑携带和孔眼清洁；控制泥浆的失水，防止塌孔。需增大固壁剂、降失水剂含量。

（2）水平孔段：要及时提高润滑剂剂量，适当降低粘度和切力，保证泥浆的流变性能良好，使钻屑顺利返出地面；增强泥浆的润滑性，减小钻机旋转及推进阻力。

（3）扩孔：增强泥浆的造壁性能，防止孔壁塌陷，防止缩径；需增大固壁剂、悬浮剂、纤维素、降失水剂剂量。

（4）回拖：提高泥浆的润滑性，降低摩擦阻力。增强携屑效果；需提高润滑剂剂量。

2.5.3泥浆的粘度：根椐穿越段地层情况，在钻导向孔阶段，泥浆粘度控制在45~50S；在预扩孔和回拖阶段泥浆粘度提高5～10S即达到50～55S；实际使用过程中，泥浆的配比随地层不同而随之变化，并选用不同的添加剂。

2.6定向钻穿越

2.6.1钻导向孔

（1）制定详细周密的导向计划，曲线半径要大于钢管的弯曲半径。

（2）把好控向关。在导向孔钻进过程中使用DCI公司的无线控向系统，在出入土两侧和沿途做好标记,每根钻杆至少要测量一次数据以保证在整个控向过程中及时纠偏,从而达到曲线要求。

（3）导向孔钻进精度目标：导向孔曲线与设计曲线的偏移差半径不大于0.3米；出土点沿设计曲线应不大于0.3米，最大不超过0.5米；横向偏差应不大于0.3米，最大0.5米。（附：导向计划表）

导向计划表

钻杆长度：6m 导向孔钻进长度：408m

注：入钻造斜长度90m（第1—第15根钻杆），出钻造斜长度234m（第16—54根钻杆），水平段长度84m（第55—第68根钻杆）。

导向计划：晁玉士

2.6.2预扩孔

完成导向孔工作后，开始进行预扩孔，根据本工程实际情况和水平方向钻穿越施工技术要求，扩孔分六级进行，依次选用φ300mm、φ400mm、φ500mm、φ600mm、φ700mm、φ800mm的扩孔器进行预扩孔，扩孔完成后为保证孔洞的通畅，进行一至两次的清孔，清

2.6.3预制管道试压

已预制好的管道试压。因已进入冬季，环境温度比较低，经与甲方、监理协商，采用空气作为介质来进行压力试验。如图所示：

管材试压过程中，要按以下规范操作：用空压机向待试管道系统中加注空气，压力应逐级缓升，首先升到试验压力的50%进行检查，若无泄漏及异常现象，继续按试验压力的10%逐级升压，直至强度试验压力，每级稳压3分钟，达到试验压力后稳压10分钟，以无泄漏，目测无变形等为强度试验合格。然后降至设计压力，用涂刷肥皂水方法检查，如无泄漏，稳压时间根据查漏工作需要而定，以发泡剂检验不漏、压力不降，则严密性试验为合格。

试压过程及注意事项：

1、试压介质为压缩空气。

2、试验用的压力表应经过校验，并在有效期内，压力表精度应不低于1.5级,量程为被测最大压力的1.5～2倍，表盘直径不应小于150㎜，最小分度值应能显示0.05MPa。

2、试压时的压力表应不少于2块，分别安装在试压管段两端，稳压时间应该在管段两端压力平衡后开始计算。试压管段的两端应各安装1支温度计，且应避免阳光直射，温

3、试压装置，包括阀门和管道应经过试压检验后方能使用，现场开孔和焊接应符合压力容器制造、安装有关标准的规定。

4、试压时的升压速度不宜过快，压力应缓慢上升，每小时升压不得超过1 MPa。当压力升至30﹪强度压力时，停压30分钟，对管道进行观察检查，若未发现异常情况或问题方可继续升压；再升压至60﹪强度压力时,停压30分钟，再次对管道进行观察检查，若未发现异常情况或问题方可继续升压。管道继续升压到强度压力6 MPa,然后停止试压，待管段两端压力平衡后,稳压4小时。

4、检漏人员在现场检漏时，管道的环向应力不应超过刚才规定的最低屈服强度的20%，在管道的环向应力首次开始从钢材规定的最低屈服强度的50%提升到最高试验压力，直到又降至设计压力为止的时间内，试压区域内严禁有非试压人员，试压巡检人员亦应与管线保持6m以上的距离，距试压设备和试压段管线50m以内为试压区域。

4、在试压过程中,严禁敲击被试压管道以及管道连接的任何部件。

5、当压力升至强度压力时，停止升压，随时注意超压现象的发生,严禁超压。

6、强度试验的稳压期间及稳压结束时，管道无断裂、无异常变形，且压降不大于强度试验压力的1﹪为合格；在升压或稳压期间,若发现异常情况,应首先停止试压，然后进行卸压，将压力降掉以后，方可进行处理。

7、当试压管段压力降为4 Mpa时,进入严密性试压阶段,严密性试压稳压时间24小时,稳压24小时后,对全线进行详细检查,检查有业主、监理参加,检查包括：管道有无渗陋和压降情况；压降不大于严密性试验的1﹪为合格。

8、稳压24小时后无超值降压，说明试压合格，开始放空，放空分三个步骤：先由专业人员站在合适的位置，不要面对放空阀及阀门手动轮。放空阀开启三分之一，降至30%后，再开启阀门至三分之二，降至60%,然后将阀门全部打开，直至放空完成。

9、试压全程纪录每十五分钟记录一次，其试压记录作为原始资料存档。

2.6.4回拖管线

（1）穿越管段预制完成后，在管端焊上回拖头，回拖头保证满足回拖力，同时完成打压、焊口防腐工作。

（2）出土侧需开挖发送沟,管线回拖时，须用4台吊车、一台钻机将管线同时吊起并向前推进，以保护防腐层和减少回拖力。

成一起回拖。

（4）一切准备工作就绪后开始回拖，回拖时应一气呵成，中间不得停顿，直至成品管线拖至预定位置为止。

管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固。为保证回拖的顺利将采取以下措施：（1）连管回拖前，保证预制管线（至少出土点附近的200米管线）和穿越轴线的一致性，减少管线进入孔洞时的侧向摩擦力，确保防腐层完好进入孔洞。管道放置在装有土的麻袋上，离地0.4米，在麻袋上涂上润滑油（黄油等），以减小管线底部与地面的摩擦力。

（2）为了保证管线回拖过程中管线不左右晃动，回拖采用发送沟的方式进行。发送沟采用单斗作业，其尺寸为上口宽2.8m、下口宽1.5m、深1.8m，长30米；在挖发送沟时，计算好发送沟，特别是管线进入孔洞的这一段发送沟的坡度，确保发送沟，特别是管线进入孔洞的这一段发送沟与穿越孔洞的圆滑平缓。

（3）管道回拖前将检验合格的穿越段管线放入发送沟内，就位时布置4台吊车1台钻机，起吊高度以1m为宜，起吊点间距不超过19m，吊具用尼龙吊带发送沟内不得有石块、树根和硬物等，沟内注水，确保将管道浮起，避免管线底部与地层摩擦。

（4）在回拖作业时，增加高润滑泥浆，使高润滑泥浆象薄膜一样附着于表面。

（5）回拖前，对预制管线焊缝进行100%X射线探伤及100%超声波探伤，探伤合格后，按设计要求进行防腐补口，并对管线进行单独水压试压。准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪，安排专人巡视管线。

（6）在扩孔回拖时，把扭矩控制在合理的范围内，保证扩孔回拖时的顺利进行。

（7）回拖时注意加强两岸联系，时刻注意表盘的读数。同时，做好每一遍扩孔的记录，有助于下一级扩孔借鉴，使扩孔、回拖具有可溯性，保证扩孔回拖的顺利。

（8）根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水咀的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，减少岩屑床的生成。以保证扩孔回拖的顺利。

回拖前后，准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪，安排专人巡视管线。

2.6.5回拖完成以后，设备退场，然后进行场地清理、发送沟回填地貌恢复。

3.劳动组织、主要施工机具配备及主要消耗材料3.1劳动组织

3.2主要施工机具配备

3.3主要消耗材料

4.施工进度计划及工期保证措施

4.1各施工作业队和施工项目部的有关人员要按规定时间提交进度报告，进度报告必须含以下内容：

a、报告期内完成的主要工程量

b、工程进展情况

c、所遇到的问题和采取的措施

d、在下一个报告期预计要完成的主要内容

4.2及时汇总和分析报告，如发现进度滞后于计划，要分析产生问题的原因，找出补救的措施，及时做出调整。

4.3做出调整修改计划，并及时通知有关人员。

4.4定期召开施工生产调度会，对施工所需材料、人员、机具、设备进行综合平衡，充分利用资源，在保证质量的前提下，加快施工进度，确保在规定时间内完成施工任务。

七、工程质量保证措施

1.质量方针和目标

质量方针：周密策划、严谨控制、不断改进、满足需求。

质量目标：

（1）总体工程质量达到优良；

（2）管线回拖一次成功。

2.质量体系实施

施工全过程纳入公司质量保证体系，执行公司依据ISO9001—2000标准建立的质量体系文件，受公司质量管理部门的监督管理，同时对本工程建立的质量保证体系纳入监理的管理监督之下。

3.质量责任体系

项目经理为总体工程质量第一责任人。

项目部技术负责人负责本项目质保体系运行总体管理，对总体工程质量负主要领导责任。

施工作业队队长对本队施工的工程质量负主要领导责任。

技术管理人员对工程质量负技术责任。

施工班组长对本班组的施工质量负直接责任。

操作者对工程质量负直接操作责任。

质检员对管辖范围的质量监督检查工作负全面责任。

4.质量管理措施

4.1 工程质量管理措施

1、强化质量意识，坚持质量第一。

贯彻执行质量体系文件，严格按照甲方设计要求和国家规范要求施工，确保施工全过程工

同时组织施工人员学习质量保证体系文件及施工技术要求，并做好记录；做到严格按照设计要求及规范规定施工，以良好的工作质量来保证工程的质量。

2、建立各项管理制度，使质保体系正常运转，施工中加强工管理，各工种、各岗位严格把关，认真执行“三检制”，并作好详细记录。

3、建立ＴＱＣ领导小组，积极开展ＱＣ活动，及时解决施工中的各种难题，确保每个工序质量都符合要求。

4、加强过程控制，做好图纸会审、交底等各项基础技术工作，严格按程序或作业指导书施工，监督上道工序，干好本道工序，服务于下道工序，工序间要有交接记录，把影响质量的隐患消灭在每道工序之间。

5、抓好原材料质量，杜绝劣质因素。

坚持原材料验收制度，把好材料进场关，使用管材必须有出厂合格证，材料规格必须与设计相符。

6、钻机及配套设备就位准确可靠，各岗位要严格按规定做好相应工作并认真填写施工记录。

7、钻导向孔不得急于求快，要认真复核，参数要求准确，偏差要符合规定，司钻、控向及泥浆等操作人员要按照制订的方案钻进，如有异常及时汇报，必要时征得建设单位同意和支持。钻孔曲线要圆滑，扩孔和回拖要耐心细致，且要作好详细记录以便分析复核。

8、现场技术人员应定期或不定期地进行检查，对施工情况进行了解，解决施工中存在的问题。

9、管线检验合格、钻具及拖管头可靠联接后方可回拖。回拖中耐心细致，注意参数变化，设专人巡线，集中精力，两岸加强联系，不得出现碰伤、划伤等质量事故。

10、竣工资料是技术管理的一个基础工作，从开始施工起应做好此项工作，制定一系列的方法并设专人收集整理。从原始资料抓起认真填写整理上报，最后归类为竣工资料。

4.2施工准备阶段

4.2.1技术准备

a、健全质量管理网络，人员及时到位。

b、认真做好图纸会审。