張妮 楊恒 王東文

中國石油長慶油田公司第三輸油處

摘要：黃土塬地區(qū)管道采用單邊定向鉆技術(shù)具有穿越距離長、高差大、施工效率高、坡體干擾小等優(yōu)點(diǎn)，適用于大型黃土沖溝、陡坎的一次性穿越。針對工程實(shí)施中缺乏單邊定向鉆設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)定，探討了單邊定向鉆穿越黃土沖溝的線路設(shè)計(jì)及參數(shù)選取。有助于單邊定向鉆技術(shù)的完善和推廣。

關(guān)鍵詞：管道隱患治理；單邊定向鉆；穿越軌跡；入土角；穿越長度

長慶油田某輸油管道于2012年建成投產(chǎn)，全線長度30.58 km，管道材質(zhì)為L360，設(shè)計(jì)壓力6.4  MPa，壁厚6.4 mm，管徑323.9 mm，設(shè)計(jì)溫度20℃～60℃。管道所經(jīng)地區(qū)分為黃土梁峁溝壑地質(zhì)單元和黃土殘?jiān)�、風(fēng)沙灘地地質(zhì)單元。巡檢發(fā)現(xiàn)在管線K2+600 m處跨越前出現(xiàn)地裂縫，地貌單元屬于狹長黃土梁，梁體兩側(cè)邊坡陡峭，發(fā)育有多處滑坡，位于管線物流方向右側(cè)的滑坡群滑動面已全面形成，滑坡群長約180 m，寬約6 m～25 m，整體穩(wěn)定性較差，需要實(shí)施跨越改線及跨越前60 m改線工作。本文分析了滑坡體加固、滑坡段移線、桁跨小改線、整體改線（單邊定向鉆+溝底穿越）四種可能技術(shù)路線，并進(jìn)行了對比論證。

1  跨越治理方案

1.1  滑坡體加固

對發(fā)生滑坡的150 m山體加強(qiáng)觀測及治理。治理辦法為對長度40 m主要裂縫段采取開挖管道釋放土壤載荷、恢復(fù)管道敷設(shè)彈性；以3:7灰土回填夯實(shí)地表裂縫，沿管帶修建排水渠、截水墻等水保設(shè)施。經(jīng)論證該方案未解決滑坡體造成的管線安全隱患，可作為臨時加固措施。

1.2  滑坡段移線

山梁脊線附近仍舊保持6 m～15 m寬度的穩(wěn)定帶，可將滑坡段管道遷移在穩(wěn)定山脊，再對滑坡體實(shí)施水工保護(hù)治理，確保管線處于地質(zhì)穩(wěn)定帶。經(jīng)論證該方案雖然使管道避開發(fā)生滑坡的地帶，但并未脫離滑坡影響范圍，安全隱患仍然存在。

1.3  桁跨小改線

在靠近跨越錨墩25 m范圍有穩(wěn)定地臺，可以從對面山梁建60 m桁跨，將管道由對面山梁接引至原跨越錨墩端，避開滑坡段山體，跨越兩端實(shí)施水工保護(hù)工程，原跨越錨墩周邊以3:7灰土夯實(shí)、加固裂縫和地面。經(jīng)論證該措施避開了現(xiàn)有滑坡體，但因臨近滑坡影響區(qū)，新桁跨自重可能引發(fā)新滑坡。

1.4  整體改線

山梁旁有擬選的改線山梁，兩側(cè)山體相對穩(wěn)定，適合改線管道敷設(shè)，可以避開滑坡段山體對管線危害。在枯水季節(jié)于溝底挖坑，從兩側(cè)山梁向溝下實(shí)施單邊定向鉆，于溝底連頭，拆除原索跨。改線段長度860 m、其中定向鉆長度350 m，原線路長度840 m，改線段與原線路長度基本相當(dāng)。經(jīng)論證該方案徹底避開了現(xiàn)有滑坡段，可以從根本上解決管道存在的安全隱患。

2  單邊定向鉆技術(shù)

單邊定向鉆技術(shù)是水平定向鉆穿越和斜井穿越的組合。充分利用小型定向鉆機(jī)體積小、鉆桿短、操作靈活、便于控向等優(yōu)點(diǎn)。施工時斜井坡度范圍大，坡度控制難度小，穿越施工的泥漿量小，對環(huán)境影響小，施工安全性好，適合于單次較長距離的斜井穿越（圖 1）。單邊定向鉆斜井穿越技術(shù)主要參數(shù)有入土角，出土角（線路為曲線軌跡）、管線埋深，穿越長度等。

圖 1 單邊定向鉆穿越位置示意圖

2.1  相關(guān)規(guī)定

GB 50423―2013《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“水平定向鉆敷設(shè)穿越管段的入土角控制在6°～20°，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、穿越管徑、穿越長度、管段埋深和彈性敷設(shè)條件確定”。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，入土點(diǎn)距沖溝邊緣的距離不小于50 m，出土點(diǎn)距坡腳不小于3 m。

2.2  設(shè)備可調(diào)試范圍

鉆機(jī)可以直接停放在自然地坪上通過調(diào)整鉆機(jī)自身角度滿足斜井角度的需要。當(dāng)斜井角度較大而鉆機(jī)調(diào)整角度不能滿足要求時，需開挖一個與穿越斜度設(shè)計(jì)角度一致的簸箕形工作坑，鉆機(jī)停放在工作坑旁根據(jù)地勢和設(shè)計(jì)的入鉆角度進(jìn)行安裝調(diào)試，保證鉆桿中心線與斜井穿越軸線同心以確保入土角度，探頭在地面上測得磁方位角的精度符合要求。

2.3  設(shè)計(jì)及施工要求

管道在黃土塬頂和谷地的平坦地段按照開挖管溝埋管的方式鋪設(shè)，塬頂為工藝線路埋深，谷地考慮沖刷適當(dāng)增加埋深。谷地開挖管溝到陡坡底邊后向陡坡內(nèi)挖洞。沖溝兩側(cè)入土點(diǎn)、溝底出土點(diǎn)要保持同一垂直面，保證溝底彎管連頭自然順暢。為此要提高測量放線的精準(zhǔn)度，嚴(yán)格鉆孔控向。

為保證穿越施工安全，施工前應(yīng)首先查明黃土沖溝邊緣松散土和穩(wěn)定土的分布范圍。定向鉆機(jī)距離坡邊的安全距離應(yīng)在10 m以上，管道穿越路徑距離坡邊的穩(wěn)定層安全距離應(yīng)在3 m以上。

2.4  穿越軌跡確定

線路軌跡為直線時角度較大，研究直線入土角即可滿足曲線入土角，出土角和埋深在規(guī)定范圍內(nèi)即可。入土角α與穿越長度L關(guān)系式如下：

L2＝（H+h－h(huán)0）（cotα－cotβ）

L＝（H+h－h(huán)0）/（sinα）

其中：L2為坡頂入土點(diǎn)離沖溝坡頂?shù)淖钚“踩�距離，m；L為穿越斜井長度，m；H為沖溝的垂直高度，m；h為穿越段沖溝底連頭作業(yè)處管線埋深，8 m（沖溝沖刷線以下6 m，普通沖刷線2 m）；h0為坡頂管線埋深，m（一般為1.5 m）；α為入土角，°；β為邊坡坡度角（一般在45°～80°）。

根據(jù)以上公式得出：入土角角度過大，坡頂入土點(diǎn)離沖溝坡頂?shù)陌踩�距離就越小，穿越斜井長度越短，下滑管線需要挖掘機(jī)拉力就越大，容易產(chǎn)生安全隱患。入土角角度太小，會導(dǎo)致主管線下管長度過長，不利于主管道的發(fā)送，管線自重不能得到充分利用，也會增大管線與土體的摩擦。

2.5  單邊定向鉆參數(shù)選取

入土角越大越不能保證入土點(diǎn)距沖溝邊緣的距離。根據(jù)水平定向鉆規(guī)范的入土角度范圍（6°～20°）和鉆機(jī)本身與地坪可調(diào)角度范圍（0°～25°），入土角不能超過45°。參考人工斜井角度范圍（10°～35°），最終確定在塬頂沿管道走向設(shè)置定向鉆，鉆桿入土角度控制在6°～45°（視鉆機(jī)能夠安裝固定的能力盡可能加大角度，以減少斜井長度），曲線軌跡出土角控制在4°～21°，管線埋深滿足水平定向鉆和人工斜井的要求，靶心對準(zhǔn)坡角洞口后加固鉆機(jī)。

3  結(jié)束語

單邊定向鉆穿越不同于水平定向鉆穿越和人工斜井穿越，其利用水平定向鉆技術(shù)成孔和擴(kuò)孔、利用人工斜井技術(shù)發(fā)送管道到斜井內(nèi)，是水平定向和人工斜井技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。穿跨越治理工程采用單邊定向鉆加溝底穿越的實(shí)施方案，可以穩(wěn)定避開山體表面的地質(zhì)敏感區(qū)域，受施工環(huán)境影響較小，實(shí)施方便經(jīng)濟(jì)高效，可成為油氣田管道進(jìn)行穿跨越治理時優(yōu)先考慮的技術(shù)之一。

作者簡介：張妮，1993年生，本科，中級工程師，主要從事油氣儲運(yùn)與地面工程技術(shù)管理工作。聯(lián)系方式：13469606655，290174189@qq.com。