非开挖技术_水平定向钻穿越的设计

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0概述

随着人们文明和环保意识的逐渐增强，开挖路面及河流进行各类地下管线施工导致的社会问题，交通问题和环境污染问题已越来越受人们的关注，非开挖技术推翻和打破了传统大开挖落后的铺设各种地下管线的方式。与传统的开挖作业方法相比，非开挖技术适合于穿越高速公路、铁路、建（构）筑物、河流等地区，在我国大部分非岩质地区都可适用。非开挖定向钻穿越技术是非开挖技术领域中占主导地位并且发展最快的高新技术之一，与传统开挖施工相比，定向钻穿越施工不阻碍交通，不破坏植被，减小了传统开挖施工对居民生活的干扰，以及对交通、周边建筑物的破坏和不良影响。没有水上、水下作业，不影响通航，不损坏堤坝及河床结构，施工不受季节，具有施工周期短速度快的特点，由于管线埋在地层较深部位，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，能够起到自然防腐和保温的功用，可以延长管线运行时间。现将主要计算内容和注意事项小结如下。

1设计内容

设计方案确定

1.1基础资料

（1）管道输送介质；工艺参数。

（2）工程测量资料；1：200~1：2000平面图与断面图，对大型穿越在两岸应做控制坐标，数量宜为每侧各3处作为穿越设计及施工定位用，对河流穿越处应注明河道处里程，穿越堤防处堤防的里程，穿越处距公路、高速公路的里程。

（3）工程地质报告，1：200~1：2000地质剖面图与柱状图，设计时提供的地质资料非常重要，是选择钻进地层的依据。按要求定向钻穿越的地质探孔应布置在管道轴线两侧，距中线为15~50m，纵向间距50m交错布置探孔，但对复杂地段探孔必须加密，间距为20-30m，以便详细反应穿越段地质情况。穿越段地质钻探应提供以下参数：取样深度、含水量、颗粒度、液性指数、塑性指数、液限、塑限、标贯击数、地层承载力等，地震及工程地质结论。地质资料最主要的参数是设计洪水频率、最大冲刷深度。

（4）设计前应对应对穿越轴线及两侧原有管线进行全方位的探测，弄清其管线的走向、深度、及与铺设管线之间的空间位置关系。对于河流中原先存在的管线，则应调其相应的工程图纸对其深度和走向予以确认。最后按管线的相关位置绘制综合地下管线分布图。

1.2设计方案

根据测量和地质资料应先进行初步方案设计，初步方案设计应请水利主管部门的审批，按审批方案内容修改后在进行方案设计，方案设计中要重点突出水利主管部门的要求，如河床段及大堤下安全埋深、出入土点距大堤的安全距离等。方案设计应考虑施工因素，钻机、泥浆池的摆放位置，设备进场道路、管线回拖时预制场地，并经技术经济论证后确定。

2穿越数据计算及确定

2．1入土角和出土角的确定

入土点和出土点的位置应根据地形情况决定入土角的角度选取应视后退距离的大小、钻机的角度变化范围、钻机摆放场地的大小和穿越管材的材质三方面决定的，一般出、入土点应在大堤背水面坡脚外50m，主要应根据水利部门的具体要求来确定，出入图点附近有地下管道、光缆及水下构筑物是应尽量劈开或从其下面穿过，管道穿越曲线纵断面入土角及出土角应根据地形、地质条件和管道的管径大小来最终确定。

2.1.1入土角：定向钻入土角以8°~18°为宜。

2.1.2出土角：以8°～12°为宜。

2．2穿越管段曲率半径

管材曲率是轨迹设计的重要依据，管材曲率的指标是管材的最小弯曲半径，在轨迹设计过程中的每个弧段的弯曲半径应比管材的最小弯曲半径大，这是导向孔轨迹设计的必要条件。

R≥3600

1-COSα

2

α4

D

S

2

3姨

式中：R为管线的曲率半径（m）；弹性敷设转角宜小于5°；D

S

为钢管外径（m）；在管道穿越中，曲率半径最小不小于1200D,为减小阻力一般取1500D，在满足上述要求的同时，管线曲率半径越大，其弯曲应力越小，拖管摩阻也越小。

2．3穿越深度的确定

根据地质、地形条件和对管线埋深的要求，管顶最小埋深应在设计洪水冲刷线以下6.0m，管线经过大堤的方式有爬行和穿越两种，大堤以下埋深应根据水利部门的要求确定。

2．4管道强度计算

2.4.1穿越段管道壁厚

δ=

P·D

S

S

···

所选用钢管的径厚比不应大于100。

δ—钢管计算壁厚；P—设计压力(MPa)；

σs—钢管规定屈服强度(MPa)；φ—钢管焊缝系数，取1.0；

F—强度设计系数，输油取0.6，输气地区等级为一、二、三、四级地区分别为0.6、0.5，0.4，0.4；

t—温度折减系数，温度小于1200C时取1.0；

2.4.2内压产生的环向应力σ

h

=

p·d

s

2.4.3内压与温度变化产生产生的轴向应力应考虑两种；

轴向变形不受约束σ

a

=

p·d

s；轴向变形受约束σ

a

=E

S

a（t

1

－t

2

）＋μσ

h （系数可直接应用规范）

2.4.4弹性敷设产生的弯曲应力σ

b

=±

E

S

·D

S;E

S

—钢管弹性模量，取2×105(MPa)；R弹性敷设段设计曲率半径(mm)。

2.4.5当量应力∑σ

h

-∑σn≤0.9σs

2．5穿越段管线回拖力计算

拖力的计算对于水平定向钻穿越工程的设备选择、设备能力的校核非常重要,也是关系工程成败的关键环节之一。因为实际工况比较复杂,水平定向钻穿越的回拖力是各种因素共同作用的结果,所以,很难建立起与实际工况非常吻合的、具有普遍适用性的力学模型，根据规范推荐的这种方法进行回拖力的估算，最大回拖力是各种因素(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，钻机的选型应按照回拖力计算值的1，5-3.0倍来选用，选用时尽量把各种因素都考虑在内，回拖力要有一定的余量。

2.5.1管线不充水回拖力

F=πLf D

2

γ

1-

D

S

+d

S

≤≤δγS

S S+πDLK

非开挖技术-水平定向钻穿越的设计

郭明胡银学周晓亮

（西安长庆科技工程有限责任公司陕西西安710021）

【摘要】本文简要介绍了水平定向钻穿越的技术特点，指出了设计步骤及应注意的技术要点，阐明了水平定向钻技术在管道穿越施工中的优势，及其广泛的应用前景。管道水平钻进的入土角、出土角、曲率半径和穿越深度等设计要素的确定方法，分析了管道强度和回拖力的计算方法。

【关键词】水平定向钻穿越；设计；计算

○建筑与工程○

757

科技信息

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2011年第29期F ———

穿越管段回托力（kN ）；f ———摩擦系数，宜取0.1-0.3；L ———

穿越管段长度（m ）；D ———穿越管段管身外径（m ）；Ds ─穿越管段钢管外径（m ）；ds ———

穿越管段钢管内径（m ）；γ1———

你讲密度，取1.15-1.2；γs ———钢材密度密度，取78kN/m 3；K ———

粘滞系数，取0.01-0.03；2.5.2

管线允许拉力P=σs ·A,P 管道的允许拉力；A 管道的截面积；σs —钢管规定屈服

强度(MPa)

2.5.3安全校核

管线安全回拖须满足：P 回

式中：P 回管道回拖力；P 定向钻为定向钻机回拖力；P 管道的允许拉力；

3

施工图设计

3．1

平面图

根据确定的设计方案和计算结果，采用管道设计软件或手工进行施工图绘制，平面图上应画出管道的中心线，出入土点坐标以及与穿越控制桩的尺寸，还应画出穿越平面位置图，穿越轴线两侧建（构）筑物，固定墩的位置及标志桩。3．2纵断面图

绘制纵断面图时宜用入土点作为坐标原点，根据计算结果依次画出轨迹线的每一点横坐标值至轨迹线画出为止，为便于施工人员一目了然，应表注斜直线段、曲线段、水平段的横向坐标及起终点的位置，

各段的管顶设计埋深、曲线段所对应的圆心角、出入土点与线路段水

平角与竖向角的叠加角等参数。

α1——

—入土角；α2———出土角；A ———入土点；D ———出土点；B ———第一曲线段和直线段轨迹变化点；C ———直线段和第二曲线段轨迹变化点；h ———轨迹（铺管）深度；L1+R1+L2+R2+L3———定向钻铺管水平长度

导向孔轨迹设计图

4结束语

随着科技进步及经济实力的增强，更先进的穿越技术将不断应用，水平定向钻技术会越来约趋于完善，油气田和管道工程及城市建设中将越来越多的应用这项技术，总结已建成的定向钻穿越工程的设计经验，

吸取教训弥补不足，不断总结和提高，是这项技术将会得到推广，体现出它的优越性。【参考文献】

［1］GB50423-2007油气输送管道穿越工程设计规范．［2］GB50424-2007油气输送管道穿越工程施工规范．

［责任编辑：王静］

科

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（上接第713页）积极性,增强自信心坚持性。对优等生来说,不至于过分骄傲,还能继续努力。对差生而言,不至于太自卑,不会因一时挫折而降低期望,也会进一步努力。必须注意,强化努力要争取得到实效,一方面要使学生感到努力是有效的,另一方面又要使学生感到努力不够,还要继续。当然,对于学习确实的人,可以给一些相对容易的任务,然后把成功归因于能力等,以增强其自信心,起到激励效果。

6）直接把正确归因告诉学生

教师也可以直接告诉学生他们不当的归因及其方式,指导其形成积极的归因或归因方式。

7）加强对学生积极、正确的归因方法引导

教师可以通过自身或具体学生的现身说法告诉学生怎样正确归因；通过鼓励和赞许强化其正确归因，通过否定矫正学生归因误差；教师还可以个别谈话，组织学生讨论来引导学生。

3结语

大学英语教学中,教师对归因理论的正确运用会对整个教学的效果产生积极的影响。【参考文献】

［1］Marion Williams ，Robert L.Burden Psychology for Language Teachers:a Social

Constructivist Approach [M].Beijing:Foreign Language Teaching and Research Press 2000.

［2］秦晓晴．大学生外语学习归因倾向及其对归因现象的理解[J].现代外语,2002(1)．

［3］江晓红．成就动机和归因对英语学习策略选择的影响[J].外国语学院学报,2003(2).

［4］李昌真．运用归因理论研究非英语专业学生英语学习行为[J].外语界,2004(6).［5］陈平文．归因理论及其对外语教学的启示[J]．哈尔滨学院学报，2005（6）．［6］张庆宗．英语学习自我归因调查与分析[J].外语与外语教学,2002(7).［7］张春兴.教育心理学[M].浙江教育出版社,2000.

［责任编辑：王静］

科

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（上接第720页）观能动性，在项目中承担好各自的角色；第三是要注意操作步骤的循序渐进，从简单到复杂，从模仿到创新，引导学生由浅入深、由点到面完成项目。

7网上交流

这一步是对项目教学的完善和补充。由于学生个体差异等原因，如：信息技术的基础知识和基本技能掌握程度的差异；学习兴趣和学习态度的差异；课堂接受能力的差异。为了方便学生学习，利用QQ 和学生进行学习交流，利用个人博客对学生共同关注的难点问题进行讨论和答疑问，利用个人博客、QQ 群提供一些适当的学习资源供学生课外自主学习和探究，如：教师上课用的课件、源文件、Access 的一些电子书籍和一些学习Access 的网站地址等。通过这些方式，丰富了学生的学习途径，弥补了课堂教学时间不足等一些缺陷。

8评价反馈

这一步是检查项目教学的效果。当学生完成项目后，让学生自己展示成果，推销自己的作品，然后学生和教师进行评价。该过程不仅是教师检查学生学习效果的手段，而且可以让学生相互学习，取长补短，

并从中体验到成功的喜悦。首先，教师根据项目的实际，提前制定好评价量规。其次，对待学生所展示的成果，应该抱着欣赏的态度，从肯定的角度给予评价。学生的作品可能会存在各种各样的问题，教师在评价中要指出问题的所在及解决的方法，要总结比较各组的特点，引导他们学习别人的长处来改进和提高自己的设计，使学生的各种能力在评价中得到提高，帮助学生树立“没有最好的作品，只有更好的作品”的观念。

总之，在《Access 数据库》教学中，运用项目教学，不但能大大提高学生学习的积极性和主动性，而且能使学生掌握Access 数据库领域内的实际动手能力，值得在“以就业为导向”的职业学校中普及。【参考文献】

［1］吴言．项目教学法．职业技术教育，2003，7．

［2］商继宗．教学方法现代化的研究．华东师范大学出版社，2001．

［3］肖胜阳．在计算机课程教学中开展项目教学法的研究．电化教育研究，

2003，10．

［4］陈佳玉.数据库应用开发：Access 实用教程.机械工业出版社，2009．

［责任编辑：王静］

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