水平定向钻(HDD)是一种***、可靠、环保的施工技术，已经被广泛应用于燃气管道的铺设和维护。本文将以水平定向钻在钢质燃气管道施工的应用为主题，介绍其概念、优点、施工流程、应用案例等方面。

一、概念

水平定向钻(HDD)是一种通过钻孔来完成管道铺设的技术，其特点是在地表或水下在不破坏环境的情况下，利用强大的钻头和钻杆将管道推进地下或水下的目标位置。水平定向钻主要用于渗透性差的土层、岩石层、城市交通枢纽等地下设施的穿越、河道、海湾、湖泊、水库等水域的跨越。

二、优点

1、环保:水平定向钻采用地下钻孔方式进行施工，不会破坏地表植被、地下水和河流水质，避免了大量土方开挖排放造成的环境污染和水土流失。

2、施工效率高:水平定向钻不需要挖掘大量的土方，避免了对周边的道路交通和管网影响，施工效率大大提高。

3、经济性好:水平定向钻可以减少因施工对现有设施的损坏而带来的维修成本，节约了人力、物力和时间成本。

4、施工安全性高:水平定向钻通过远程操控技术来完成管道铺设并能够通过数据监测系统及时监控施工进展情况以及避免施工期间不可预测的危险。

三、应用案例

3.1 水平定向钻适用的环境

水平定向钻适合粘土、沙土和不太硬的岩石。卵石层、砾石层和流沙层是水平定向钻的三大禁区尽量避免在这三大禁区进行水平定向钻,如果不能避免就要采取必要的措施。如对卵石层和砾石层要精确控制导向,加强泥浆配制,在入土处采用套管技术、出土处采用开挖方法等。

3.2 地质勘探和现场勘察

在选用水平定向钻工艺前,应对管道经过的区域进行地质勘探。在没有准确的地质资料时，进行地质勘探非常必要,尤其是长距离、大管径的穿越地质情况决定了钻头和扩孔器的选择、泥浆的配制。

现场勘察包括地面勘察、地下管道和设施的勘察。地面勘察决定了设备的安放,地下勘察决定了施工安全。如果在施工中钻入或扩孔过程中触及地下管道或设施,就可能造成人员伤亡和经济赔偿。

3.3 管材和防腐的选择

水平定向钻的钻孔轨迹有弯曲部分，所以应选用具有较好韧性的管材,如钢管和PE管。钢管的防腐材料除具有一般特点外,还需具有足够的强度、良好的抗弯曲性和耐磨性。所用的材料、结构等级以及涂层厚度应符合设计要求,施工应符合现行的行业标准。宜选用环氧粉末和聚乙烯防腐,优选聚乙烯防腐。施工中要注意选择端面成型好且防腐没有损伤的管道。

3.4 施工工艺计算和试验

首先,根据穿越长度和管段埋深的要求,应通过计算选择合适的曲率半径和入土角、出土角。穿越管段曲率半径应尽量取大一些,以1500D为宜(D为穿越管段的外径)，***小不应小于300m，入土角控制在9°~12°出土角控制在4°~8°。

其次,根据以上数据计算拖管所需要的拉力，以便选择钻机型号。足够的拖力是保证拖管顺利进行的前提,因此很重要。拖力计算公式为:

***后,对长距离大管径和复杂地段的穿越,根据实际情况对钻具与脱钩及脱钩与管道的连接进行必要的拉力和扭力试验,确保回拖时不发生断裂脱离。

3.5 管道的焊接检验、防腐补口和压力试验

水平定向钻穿越管段一般埋深比较深,管道出现问题不易修复,所以对焊接质量要严格控制。环形焊缝一般应100%射线检验,射线检验的比例和合格级别应符合设计要求，且不低于干线检验合格级别。

阴极保护在燃气管道工程中越来越受到重视，穿越的钢管一般采用聚乙烯防腐。在进行穿越管的补口时,***好采取双聚乙烯收缩套叠加补口,防止在拖管过程中由于摩擦使补口收缩套部分脱离。尽量减少管道防腐层的损伤,需要补伤的地方宜采用补口带或双层补伤片补伤,防止防腐层在拖管过程中脱落。

穿越管段检验合格后,应单独进行1次耐压试验,强度试验时间不少于4h，严密性试验时间不少于8h。耐压试验时,穿越管段一般放置在地面上，所以要考虑外界温度的影响,应合理安排试验时间以减小温度的影响。穿越管段回拖完成后，应再进行一次严密性试验，以检查管段回拖时焊口是否受到损伤。

3.6 导向孔钻进、扩孔和穿越管回拖

导向孔的钻进应符合设计要求和石油天然气行业标准 SY/T 4079-95对导向孔偏差的规定。如导向孔钻进时没充分考虑外界的干扰,钻成的导向孔可能呈S型或者偏移量不符合规定。同时，管道经过区域内或附近的高压电线、水泥中的钢筋、车辆、运转的电机等都对导向孔的钻进有较大影响。

导向孔钻成后要用扩孔器进行扩孔,扩孔可以进行1次或多次,经扩孔的***终孔道直径是管道直径的15~20倍。许多钻进工程之所以失败，是因为扩孔技术不良及泥浆(钻进液)使用不当。要根据地质情况选择合适的扩孔器和扩孔次数，扩孔过程中速度不要过快,要注意泥浆的配制。

拖管可与***后一次扩孔同时进行,也可以单独进行。拖管前要对穿越管的防腐进行一次电火花检测,拖管时***好也要作动态检测。拖管发送也是施工中的关键,要根据实际情况选择合适的发送方法，可以将穿越管放在专用发送拖管架上或放入注满水的发送坑内,或者用其他行之有效的方法,确保拖管发送的顺利进行和管道及防腐层不受损伤。拖管过程要稳、缓,速度要均匀,不可过急。

四、结论

水平定向钻技术在钢质燃气管道的施工过程中取得了广泛应用，其环保、***、经济等特点，使其成为燃气管道的铺设和维护的***技术。在日后的应用过程中，我们需要根据实际情况不断完善该技术，并在实施中加强对其安全性和质量的监控。