内容发布更新时间 : 2024/11/5 21:36:12星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

5 工程设计

5.1 一般规定

5.1.1 按照工程建设程序要求，定向钻铺管工程一般按两阶段进行设计。初步设计应在勘测调查资料的基础上，针对地形、地貌、地质、水文、气象、地震等条件，考虑到使用和施工条件进行多方案的技术比较，被推荐的方案符合安全、适用、经济的要求。施工图设计应有业主对初步设计的审批文件，设计的方案应具有强度、稳定性和耐久性的规定，并符合环保要求。其内容应满足以下几方面的要求：

1 建设项目总体设计、规划标准；

2 采用定向钻铺设管线的适用性、安全性和经济性； 3 采用定向钻铺设管线的具体施工技术要求；

4 创造优良施工环境，提高质量，确保施工安全措施，最大限度减少环境污染，合理利用城市地下资源。

5.1.2 本条规定了初步设计的标准。审阅定向钻铺管工程项目和施工场地的所有资料，分析研究现有构筑设施、地形、地貌及开展一些相关的工作。施工安全不可忽视，应放在首位。依据生产管类型、使用目的、技术要求，确定设备机具能力和施工方法，使工程顺利进行。做到环境保护、文明施工，确定合理的经济指标。

5.1.3 本条规定了施工图设计的内容及基本设计依据，编制施工图件，确定施工方法、施工周期及工程质量检验与验收标准。 5.1.4 定向钻铺管施工设计应服从工程项目总体规划设计要求。施

工图件及相关技术内容的综合会审，是保证工程统一管理的重要措施。

5.1.5 本条规定了定向钻施工过程中未经原审图机构同意，不得对工程原设计进行变更。遇下列情况，施工单位应提出工程设计变更：

1 遇到特殊的物体或地层，无法照原设计方案施工； 2 遇到复杂地层，扩孔或铺管施工会危及施工安全； 3 泥浆全部或部分漏失，不能维持孔壁或给环境造成污染； 4 施工地层存在有害气体或遇高温度的地下水； 5 其他影响施工的特殊情况。

5.2 管材

5.2.1 定向钻铺设直径在1.0米以内的钢管多采用一定厚度的钢板先卷成圆筒，然后再焊接成型，最后再作圆。也可采用成品的有缝或无缝钢管。有缝钢管大多是螺旋焊缝，成本低、质量可靠。钢管的强度主要指钢管产品公称最低屈服强度；韧性是指钢管材塑性变形和断裂过程中吸收的能量；可焊性是指钢材在一定的焊接工艺条件下，施焊和取得优质焊缝的难易程度；对管道抗腐蚀能力应有相应的要求。 5.2.2 选择钢管壁厚与其铺设深度和回拉长度有关。若埋设较浅时，管材壁厚可适当薄一些；若埋设较深，管材受土的压力较大，容易产生变形，管材壁厚应适当厚一些，以确保使用过程中有足够刚度。选材时可参照经验公式D/T＜50选取（D-管材外径，T-管材壁厚）。 定向钻铺管在拉管就位阶段，管材所承受的应力不同。开始拉管时主要为摩擦力和重力；管道全部拉入时主要有摩擦力、浮力、弯曲

应力；在拉管过程中主要有内压力、外压力、外部压差、弯曲应力、轴向应力、浮力、摩擦力等。

5.2.3 定向钻铺设PE管的设计内容包括：管材运输、焊接、铺设工艺的设计。其内容可涉及管材的机械、结构和水力学的要求，且设计的管材外径和SDR值，应满足应力条件和所承受的荷载。表5.2.3是国产PE管的SDR值和公称压力。引用《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T13663。

5.2.4 本条款中表5.2.4所列的PE管材的物理力学性能，可供设计和施工时使用。

5.3 导向孔轨迹设计

5.3.1 本条规定了定向钻导向孔轨迹设计应遵循的基本原则和主要内容：

1 钻孔类型和钻孔轨迹类型取决于以下因素：生产管的性质、功能、材质、铺设要求、地质条件；施工单位的设备性能和人员技术状况；现有地下管线分布、地面及地下障碍物的分布；施工场地条件；水域覆盖面积和深度；施工的安全性和经济性等；

2 造斜点是指同一孔身中由直线段转变为曲线段的转折点。造斜点的位置确定应从施工的整体性、技术性、安全性及经济性分析考虑；

3 曲线段的曲率半径取决于岩土层的造斜能力、机具设备的造斜能力及工程的整体性要求等综合因素。在各方面条件允许的情况下，曲率半径越大越好；

4 定向钻孔身轨迹的相关参数可以用绘图法和计算法确定。 5.3.2 定向钻施工前必须进行钻孔轨迹设计，并在施工中进行有效监控，保证铺管的准确性和精度要求。钻孔轨迹可分平面轨迹和剖面轨迹。在理想状态下的轨迹为“斜直线段——曲线段——水平直线段——曲线段——斜直线段”组合，但施工往往受到诸多的不利条件所制约，这些组合往往被限制。根据具体要求，确定出入土角和出入土点，确定生产管埋深和各孔段的轨迹组成。

5.3.3 本条规定是典型的定向钻铺管施工，反映钻孔的轨迹各基本参数分布情况。曲率半径R1和R2主要由钻杆和待铺生产管的曲率半径决定，选择曲率半径大的为设计依据。

5.3.4 由作图法和计算法确定定向钻的入土角，考虑其他因素对入土角的限制，设计出切实可行，并满足钻机角度可调整范围内的入土角，结合各种因素，认为入土角选择在8～20℃适应于各类地下管线的铺设。

5.3.5 考虑到钢管的焊接问题，对于小直径钢管，出土角不宜过大，在00～150之间为宜。较大直径的钢管曲率半径过大，施工难度大。因此，在条件允许下利用开挖较长距离的下管工作坑代替弯曲半径。PE管的弯曲半径往往小于钻杆的曲率半径，因此，出土角可以适当加大，在条件允许的情况下，出土角控制在50～120范围内，更方便管道回拉施工。

5.3.6 第一根钻杆在施工过程中容易变形弯曲，第一根钻杆应选择直线钻进土层。本条规定了由第一根钻杆施工的直线段距离后，再进

行曲线段钻进。

5.3.7 根据以往施工经验，规定定向钻施工对公路、铁路、河流、地面建筑物的安全距离。随着施工实践经验的不断积累，安全距离也会不断得到改进和完善。

5.3.8 定向钻铺管和开挖式直埋铺管的机理不同，要求所铺设的管线和建筑物及既有地下管线要有一定的安全间距。定向钻施工中，钻机的钻掘剪切应力若大于土层的抗剪强度，钻孔内就会产生坍塌现象，会造成相邻管线的损坏。泥浆护孔也只是短时间内维持孔壁的稳定性，随着时间的推移，孔壁稳定性受到破坏，也会造成塌孔或土层塑性流动。此时土层的自立厚度和最小覆盖层厚度的问题自然也就出现了，但如何做到科学的确定“距离”数值，还待今后工作和有关技术部门论证后逐步完善。

5.3.9 本条规定了定向钻铺设钢管最小允许曲率半径。 5.3.10 本条规定了定向钻铺设PE管最小允许曲率半径。 5.3.11 在弯曲钻孔中钻进时，钻杆承受压缩、扭转和弯曲荷载。弯曲荷载由两部荷载叠加而成。一部分是由于孔身弯曲钻杆随着弯曲而产生的弯曲荷载，另一部分则由于传递轴向压力和扭转产生的弯曲荷载。在实现定向造斜时，钻杆不但要呈现弯曲状态，而且还要围绕着自身轴线作自传运动。在这种情况下，钻杆处在不对称循环交变状态。因此，在这种交变应力作用下，钻杆在疲劳的工作着，此时对钻杆的曲率半径取值，尤为重要。根据经验，一般情况下钻杆的曲率半径在1200D以上（D-钻杆外径）。