張妮 楊恒 王東文

中國石油長(cháng)慶油田公司第三輸油處

摘要：黃土塬地區管道采用單邊定向鉆技術(shù)具有穿越距離長(cháng)、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計參數規定，探討了單邊定向鉆穿越黃土沖溝的線(xiàn)路設計及參數選取。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(cháng)度

長(cháng)慶油田某輸油管道于2012年建成投產(chǎn)，全線(xiàn)長(cháng)度30.58 km，管道材質(zhì)為L(cháng)360，設計壓力6.4  MPa，壁厚6.4 mm，管徑323.9 mm，設計溫度20℃～60℃。管道所經(jīng)地區分為黃土梁峁溝壑地質(zhì)單元和黃土殘原、風(fēng)沙灘地地質(zhì)單元。巡檢發(fā)現在管線(xiàn)K2+600 m處跨越前出現地裂縫，地貌單元屬于狹長(cháng)黃土梁，梁體兩側邊坡陡峭，發(fā)育有多處滑坡，位于管線(xiàn)物流方向右側的滑坡群滑動(dòng)面已全面形成，滑坡群長(cháng)約180 m，寬約6 m～25 m，整體穩定性較差，需要實(shí)施跨越改線(xiàn)及跨越前60 m改線(xiàn)工作。本文分析了滑坡體加固、滑坡段移線(xiàn)、桁跨小改線(xiàn)、整體改線(xiàn)（單邊定向鉆+溝底穿越）四種可能技術(shù)路線(xiàn)，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山體加強觀(guān)測及治理。治理辦法為對長(cháng)度40 m主要裂縫段采取開(kāi)挖管道釋放土壤載荷、恢復管道敷設彈性；以3:7灰土回填夯實(shí)地表裂縫，沿管帶修建排水渠、截水墻等水保設施。經(jīng)論證該方案未解決滑坡體造成的管線(xiàn)安全隱患，可作為臨時(shí)加固措施。

1.2  滑坡段移線(xiàn)

山梁脊線(xiàn)附近仍舊保持6 m～15 m寬度的穩定帶，可將滑坡段管道遷移在穩定山脊，再對滑坡體實(shí)施水工保護治理，確保管線(xiàn)處于地質(zhì)穩定帶。經(jīng)論證該方案雖然使管道避開(kāi)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(xiàn)

在靠近跨越錨墩25 m范圍有穩定地臺，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(kāi)滑坡段山體，跨越兩端實(shí)施水工保護工程，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(kāi)了現有滑坡體，但因臨近滑坡影響區，新桁跨自重可能引發(fā)新滑坡。

1.4  整體改線(xiàn)

山梁旁有擬選的改線(xiàn)山梁，兩側山體相對穩定，適合改線(xiàn)管道敷設，可以避開(kāi)滑坡段山體對管線(xiàn)危害。在枯水季節于溝底挖坑，從兩側山梁向溝下實(shí)施單邊定向鉆，于溝底連頭，拆除原索跨。改線(xiàn)段長(cháng)度860 m、其中定向鉆長(cháng)度350 m，原線(xiàn)路長(cháng)度840 m，改線(xiàn)段與原線(xiàn)路長(cháng)度基本相當。經(jīng)論證該方案徹底避開(kāi)了現有滑坡段，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體積小、鉆桿短、操作靈活、便于控向等優(yōu)點(diǎn)。施工時(shí)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(cháng)距離的斜井穿越（圖 1）。單邊定向鉆斜井穿越技術(shù)主要參數有入土角，出土角（線(xiàn)路為曲線(xiàn)軌跡）、管線(xiàn)埋深，穿越長(cháng)度等。

圖 1 單邊定向鉆穿越位置示意圖

2.1  相關(guān)規定

GB 50423―2013《油氣輸送管道穿越工程設計規范》規定“水平定向鉆敷設穿越管段的入土角控制在6°～20°，應根據地質(zhì)條件、穿越管徑、穿越長(cháng)度、管段埋深和彈性敷設條件確定”。結合現場(chǎng)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  設備可調試范圍

鉆機可以直接停放在自然地坪上通過(guò)調整鉆機自身角度滿(mǎn)足斜井角度的需要。當斜井角度較大而鉆機調整角度不能滿(mǎn)足要求時(shí)，需開(kāi)挖一個(gè)與穿越斜度設計角度一致的簸箕形工作坑，鉆機停放在工作坑旁根據地勢和設計的入鉆角度進(jìn)行安裝調試，保證鉆桿中心線(xiàn)與斜井穿越軸線(xiàn)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  設計及施工要求

管道在黃土塬頂和谷地的平坦地段按照開(kāi)挖管溝埋管的方式鋪設，塬頂為工藝線(xiàn)路埋深，谷地考慮沖刷適當增加埋深。谷地開(kāi)挖管溝到陡坡底邊后向陡坡內挖洞。沖溝兩側入土點(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(xiàn)的精準度，嚴格鉆孔控向。

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

2.4  穿越軌跡確定

線(xiàn)路軌跡為直線(xiàn)時(shí)角度較大，研究直線(xiàn)入土角即可滿(mǎn)足曲線(xiàn)入土角，出土角和埋深在規定范圍內即可。入土角α與穿越長(cháng)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)離沖溝坡頂的最小安全距離，m；L為穿越斜井長(cháng)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(xiàn)埋深，8 m（沖溝沖刷線(xiàn)以下6 m，普通沖刷線(xiàn)2 m）；h0為坡頂管線(xiàn)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°）。

根據以上公式得出：入土角角度過(guò)大，坡頂入土點(diǎn)離沖溝坡頂的安全距離就越小，穿越斜井長(cháng)度越短，下滑管線(xiàn)需要挖掘機拉力就越大，容易產(chǎn)生安全隱患。入土角角度太小，會(huì )導致主管線(xiàn)下管長(cháng)度過(guò)長(cháng)，不利于主管道的發(fā)送，管線(xiàn)自重不能得到充分利用，也會(huì )增大管線(xiàn)與土體的摩擦。

2.5  單邊定向鉆參數選取

入土角越大越不能保證入土點(diǎn)距沖溝邊緣的距離。根據水平定向鉆規范的入土角度范圍（6°～20°）和鉆機本身與地坪可調角度范圍（0°～25°），入土角不能超過(guò)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置定向鉆，鉆桿入土角度控制在6°～45°（視鉆機能夠安裝固定的能力盡可能加大角度，以減少斜井長(cháng)度），曲線(xiàn)軌跡出土角控制在4°～21°，管線(xiàn)埋深滿(mǎn)足水平定向鉆和人工斜井的要求，靶心對準坡角洞口后加固鉆機。

3  結束語(yǔ)

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)成孔和擴孔、利用人工斜井技術(shù)發(fā)送管道到斜井內，是水平定向和人工斜井技術(shù)的結合應用。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，可以穩定避開(kāi)山體表面的地質(zhì)敏感區域，受施工環(huán)境影響較小，實(shí)施方便經(jīng)濟高效，可成為油氣田管道進(jìn)行穿跨越治理時(shí)優(yōu)先考慮的技術(shù)之一。

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