燃气管道定向穿越的出、入土角的研究

根据《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》的有关规定：一般入土角控制在90～120、出土角控制在40～80为宜，现在许多钻机的生产商制造的钻机的钻杆的入土角最大可设定为180，最小为70左右。选择不同的出、入土角都会对穿越的长度和深度产生影响，换言之，如果要控制穿越的长度和深度，可以通过调整出、入土角来控制穿越的长度和深度。当然影响穿越的长度和深度的因素还很多，后篇再叙。

从图－5中我们看到相同管径的钢管，弧线段的曲率半径为1500D（D为穿越管段外经），在穿越深度相同时，如果穿越的水平直线段距离相同，那么出、入土角越大，穿越的长度就越短。但出入土角越大，拖拽管道的阻力就越大，施工难度就越大。 图－5 出入土角对穿越长度的影响（相同深度） 因为各类钻杆的长度通常为8～10米，穿越的弧线段钻孔时，就是利用钻杆与钻杆之间的折角来形成的，在钻杆刚入土时，必然是直线段。根据《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》的有关规定：穿越管段在入土点之后20m内应为直线段。我们从图－6中看到相同管径的钢管，弧线段的曲率半径为1500D（D为穿越管段外经），在保证入土点之后20m的直线段的情况下，那么入土角越大，穿越的长度就越长。

图－6 入土角对穿越深度的影响（相同的入土段直线段长度）

综上所述，我们在严格执行相关规范的前提下，选择一个合理的出入土角

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和穿越深度就显得非常重要。

5．影响出、入土角和穿越深度的因素 5.1 施工场地

由于在施工过程中，扩孔完成后，钻机回拖管道必须一次拖完，所以所有穿越用钢管都必须在事先全部焊接完工，并验收合格。这就要求有一个比穿越长度略长的布管场地，见图－7。因此在现场勘察时就必须考虑布管场地，如果没有足够的布管场地，就必须缩短穿越长度，增加出入土角的角度。增加出入土角，就相应增加了穿越深度和施工难度。 图－7 穿越管道布置示意图 5.2 地质条件 定向穿越对地质条件有相当严格的要求，规范规定适宜于穿越的地质条件有：粘土层、亚粘土层、粉砂层、中砂层。上海地处长江三角洲，是冲积平原，土质情况多以上述几个类型为主，这类土质虽然比较适合穿越，但优缺点各半，这类土中如果含水量少，在穿越过程中的固孔效果很好，但硬度增加，增加施工难度。如果含水量过多，就会形成流沙层，固孔效果非常差，严重的地方，根本无法实施穿越工程。以“西气东输”上海城市输气管网一期工程Ⅸ标段曹安路、西虬江组合定向钻为例，由于穿越的范围以前是吴淞江的古河道，土质情况极其恶劣，地面的吴淞高程为4.00米，从2.00米～－10.00米约12米的范围内全部为流沙层，如果将穿越轨迹全部设置于流沙层中，风险就相当大，所以只有增加穿越深度，把穿越水平段定在粘土层，标高为－16.00米，使穿越管道有一定的长度处于比较稳定的土层中，起支撑作用。另外此处施工场地较小，在规范允许的范围内适当调大出入土角，控制好穿越长度，保证施工的顺利进行。 5.3 障碍物

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由于穿越工程为非开挖工程，在穿越河流、公路时，对地下障碍物必须进行详尽的探测。这些障碍物对穿越工程的安全实施，影响很大，例如，公路（道路）下的地下管线、地上建筑物的地下基础，互通式立交桥的桩基，河道防汛墙的桩基，重要河流岸边码头的桩基等等，设计管路时都必须考虑到。以“西气东输”上海城市输气管网一期工程Ⅸ标段吴淞蕴藻浜定向钻为例，按照正常的设计，最深处（水平直线段）管顶的设计标高为－16.00米，结果物探资料显示，浜北正好有一排码头桩，桩底标高为－22.00米，设计时只能增加深度，最深处（水平直线段）管顶的设计标高修改为－28.26米，以保证管路距码头桩底的净距达到3.00米的安全距离。为达到这个深度，只能将出入土角定在规范规定的上限，入土角为120，出土角为80，增加了施工风险。 5.4 钻机

由于目前国内的钻机大都依赖进口，而生产商的技术水平也不尽相同，有些钻机可以将入土角定为180。这类钻机适用于电力电缆，塑料管等软质材料。对于刚性较强的钢制管道不是很适用，所以在设计时，也必须对施工采用的钻机有一个全面的了解，以控制出入土角，以免超出钻机所能达到的最大入土角。 5.5 相关部门（铁路部门、水务部门）的要求

我们的穿越工程主要是穿越大型通航的河流；交通繁忙的公路（道路）、高速公路、互通式立交桥；铁路。这些河流、公路、铁路都有专门的管理部门来管理，而各部门对管道穿越其下的要求也各不相同，例如铁路部门要求：一般性的铁路为枕木下6米，重要一些的为枕木下16米，主干道（沪宁、沪杭）他们要求自己施工。公路部门相对好些，只要能避让开地下管线就行。水务部门要求：小型河流一般不采用定向穿越。而对通航的、大型河流的规定很严格。首先规定穿越深度距现状河流最深处的净距必须大于3米；景观河道两侧各50米，与现状河流深度加3米所组成的矩形断面范围内，管道不得进入，这就大大增加了穿越长度和深度，如果施工场地（包括布管场地）无法满足的话，就只能调大出入土角了。

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