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【摘 要】在江底建隧道安装大型天然气管道新工艺,与以往的各类大型管道穿、跨越工程相比,它具有工程质量优,建设投资低,管理维护方便,用途可予扩充等诸多优点.本文主要介绍了重庆外环天然气管线隧道改定向钻穿越长江的实践,希望对同类型定向钻穿越工程带来一定的启发和裨益.

【关 键 词 】天然气管道；定向钻；穿越；跨越

一、前期所定的长江穿越方案

重庆市都市区天然气外环管网及区域中心城市输气干线工程是重庆燃气集团为保证重庆市用气和城市发展的需要而建设的,基本伴行重庆外环高速公路.管线长江穿越处长江左岸（北岸）属于九龙坡区,右岸（南岸）属于江津区,穿越地点西距外环高速江津长江大桥280米处,根据初步设计穿越方式为江底隧道.

穿越处位于磙子坝,长江一河曲位置,右岸为凹岸,左岸为凸岸.右岸岸坡受水流冲刷侵蚀相对严重,岸坡相对较陡；观音岩以南石桥湾、柏林湾位于长江二级阶地,地形较为平坦,与江面高差约25-35米；左岸磙子坝水流相对较缓,故以堆积作用为主.河床地带地形较平缓,地形坡角一般2～7°,河床宽568.4m,由冲洪积砂、砂卵石土组成,厚度4.2～9.7m,河床最低底高程164.70m,最大高程176.1m.当长江水位184.2m时,对应河面宽约593.1m,当长江水位178.9m时,对应河面宽约539.7m.成渝铁路位于长江左岸（北岸）一级阶地,其北侧为丘陵,坡度较缓,约为20°.部分漫滩种植蔬菜等农作物.根据现场踏勘穿越处基岩为砂岩、页岩为主.

根据初步设计方案穿越长江采用隧道法,隧道分为3部分,北岸为斜井,中间部分为水平井,南岸为竖井. 隧道斜井：进口倾角30°,斜长124m,斜井断面采用直墙半圆拱,净宽2.5m,一般初期采用锚网喷支护,喷混凝土厚度50mm,永久支护采用混凝土支护,支护厚度250mm,掘进宽度3.1m；隧道竖井：段隧道南侧端井口选在观音岩附近,标高+204m,井口只有立井开凿合适,立井深64m. 隧道主体段：穿越长江隧道全长784m,按3‰纵坡,两端低,中间高.

江底隧道施工具有高风险,在施工中必须进行一些安全措施：留设“隔水岩柱”隔水,超前钻孔“探水”,超前地质预报,注浆“堵水”,控制爆破作业“防水”,配置设备“排水”,支护防水等,因此江底隧道方案施工风险大、工期长、造价高.

定向钻技术作为一种地下管道非开挖施工手段,可适用于各种管道在道路、建筑物、河流下的敷设,目前技术比较成熟,一次性成功穿越长度已达到2300m.穿越所处磙子坝长江江面宽度约700米,单从穿越长度来看此处长江的宽度完全适合进行定向钻施工.但定向钻受场地和地质条件影响较大.其一对地层岩性要求大,若遇到的地层是卵石层或砂砾石层,定向钻的初始导向孔容易偏离设计线路,甚至因偏差过大无法满足施工要求；其二对场地有要求：需要一个将穿越段管线进行焊接组装的预制场地,这个场地要求地形平坦且足够的长度,否则无法满足定向钻管段的连续发送和回拖.长江南岸岸坡高出江面约25米,坡度45°,这里若作为回拖预制场地肯定无法满足要求；北岸虽然有一个140米宽的漫滩,地形较为平坦,但其宽度对于近1km的穿越来说也显得太窄,作为回拖预制场地也不合适.这就是初步设计时未提出定向钻穿越而采用隧道穿越长江的原因.

二、定向钻方案的提出和分析

再次查看穿越处的卫星地图,我们注意到在长江南岸,距长江大桥约330米有一条沟谷叫石桥湾,位于长江二级阶地,其宽度约50米,长度900米,其走向与长江有一个约30°的夹角,沟谷两侧为典型的四川盆地丘陵地貌.这个场地够宽、够长、够平坦,但与长江河道并不垂直,且偏角过大,如何利用这个场地也是唯一的场地为我所用摆在我们面前,经过分析大胆提出采取如下几个措施：

1.改垂直穿越为斜穿：一般穿越江河会选取最短距离进行,意味着与河流走向垂直90°是最佳方案.考虑到可作为预制场地的石桥湾与长江河道并不垂直,而是55°的夹角.若定向钻轴向垂直于长江河道,那么与管道预制场地与穿越轴向将有35°的平面夹角,目前没有这种情况的施工案例,这么大的角度会增加回拖阻力,不能保证管道在弹性变形范围.若调整穿越平面走向,出土点调整至石桥湾内,使之与长江主河道有一个夹角,那么与预制场地的夹角就可以减小.当减小到一定程度可能会满足要求.经计算,当定向钻轴向与长江河道的夹角为74°时,与预制场地的中心线平面夹角最大可减小到19°.

2.调整出土点：因为沟谷位于长江二级阶地,比江面高约25米.经过初步计算出土点向南移动距江岸约150米,可满足定向钻曲线1500D曲率半径的要求；

3.若场地坡度较大：在入土点一端要摆放钻机和泥浆池,需要一定的平整场地.在山区或者河谷地带地形条件不一定能达到要求,那么可以通过挖掘机械进行场地平整.在出土点一端,若局部场地突兀不平,也可采取局部开挖平整以达到施工作业要求的平整度.

三、定向钻方案的确定

1.定向钻管子确定：

定向钻穿越设计压力同线路,为4.5Mpa.经计算,确定本穿越段管子规格为D711×12.5 L415 M 直缝埋弧焊钢管.管壁外防腐采用三层PE加强级绝缘防腐.

2.现场探勘及钻探成果：

长江左岸（北岸）地形为阶梯状折线型,总体坡角10°,且发育两级阶地.二级阶地表层覆盖少量粉质粘土,地形坡角<5°,下伏基岩以砂岩为主；坡顶基岩裸露,基岩主要由泥岩组成.一级阶地地形较平缓,前缘边坡为直线型,坡角较缓约20°,向下延伸至河床；下伏基岩以泥岩为主,基岩面平缓（约2°）,主要为粉质粘土、细砂土、砂卵石土覆盖,厚度向江心逐渐减小,总厚约0～30m.

右岸岸坡坡角相对较陡,岸坡呈折线型,坡角27～70°,表层覆盖薄层粉质粘土,斜坡基岩出露,岩性以砂岩为主,泥岩次之,其表面风化严重,砂岩强度高,所以岸坡整体稳定. 从地质资料来看穿越地点适合定向钻,但北岸的一级阶地的砂卵石层厚度很大,若从一级阶地处入土的话,必须采取措施避免该地层的不利影响.

如何撰写场地硕士论文
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3.定向钻初步方案：

结合规范要求、地形、机具进场条件和布管条件等因素,考虑在长江北岸成渝铁路南侧长江河滩为入土点并安装钻机,入土角曲可选规范要求上限；长江南岸观音岩以南一侧为出土点及管道组装场地.由于本穿越为大型定向钻穿越,