于彦明 高振峰
中国石油天然气股份有限公司华北石化分公司 河北 任丘 062552
摘要：华北石化公司-北京大兴机场航煤管道是向大兴机场输送航空煤油保障性管道，管道从河北省任丘市埋地敷设至大兴机场油库，管道穿越永定河采用定向钻四钻连穿、一孔双拖，为后建管道起到了示范作用。
关键词：一孔双拖;永定河;航煤;管道;定向钻
1. 项目概况
华北石化-北京大兴机场航煤管道（下称航煤管道）起于华北石化公司输油首站，向北依次途经任丘市、文安县、霸州市、固安县、廊坊广阳区至北京大兴机场末站油库，全长159km，设计压力为8.0MPa，一般地段采用D323.9×6.4mm L360直缝高频电阻焊钢管，河流大中型穿越地段采用D323.9×8.8mm L360直缝高频电阻焊钢管，管道采用3PE加强级外防腐，阳极加电阴极保护。管道在河北省固安县辛务村西穿越永定河。
2. 工程条件
永定河在历史上由于频繁改道，又被称为无定河。在目前的永定河河道左右两侧平原区内，均分布有永定河改道后遗留的故道，这也反映出了永定河在历史上频繁改道的特性。目前永定河穿越处两侧均人工筑有土质堤坝，其中河道右侧坝体完整连续，主河槽位于河道内靠近右岸边坡处，行水期河水将重点冲蚀右岸，但由于大堤的束缚，预计主河道的摆动范围不大。穿越处河道顺着，项目岩土勘察报告指示河床底部地层以粉砂、粉土、粉质黏土为主，粉砂、粉土多呈中密~密实状态，综合评价河床稳定性较好，穿越段综合评价岸坡稳定性较好。
项目前期委托专业单位编制了洪水影响评价报告，按照《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB 50423-2013），同时根据防洪评价结论，工程穿越永定河及泛区工程等级为大型穿越，管线与廊涿高速永定河特大桥在永定河泛区南寺垡村西交叉，穿越工程防洪标准不应低于桥梁防洪标准。永定河特大桥防洪标准为300 年一遇，因此确定永定河及泛区穿越工程的防洪标准为300年一遇，右滩洪水冲刷深度为4.11m，主槽洪水冲刷深度为5.49m，结合报告和当地政府对线路路由要求，项目设计采用定向钻四钻连穿方式穿越永定河。
3.设计方案
根据穿越处两侧地形地貌，入土点侧应有便于机械入场的公路，出土点侧应有足够的回托场地，第一次定向钻入土点布置在南大堤外，距离南大堤外堤脚约286m，里程为48km+710.3m，出土点布置在河堤内，里程为50km+432.9m，第一次定向钻实长为1725.1m。第二次定向钻出土点布置在河堤内，里程为50km+369m，入土点布置在河堤内，里程为52km+417.7m，第二次定向钻实长为2051.3m。第三次定向钻入土点布置在河堤内靠近南侧大堤侧，出土点布置在靠近北大堤测，第三次定向钻实长为1525.9m。第四次定向钻入土点布置在北河堤内，距离北大堤内堤脚约645.4m，出土点布置在北大堤外，距离北大堤外堤脚约174.9m，第四次定向钻实长为874.5m。四次定向钻穿越出入土角均为8°。
设计考虑定向钻曲率半径为1500D即485.85m。第一钻穿越层选择在第⑤粉质黏土，管顶最小埋深20.6m，第二钻穿越层选择在第⑤粉质黏土，管顶最小埋深15.4m，第三钻穿越层选择在第⑦粉质黏土，管顶最小埋深21.4m，第四钻穿越层选择在第⑦粉质黏土，管顶最小埋深20.5m。为了确保管道连头处精度要求，第二、第三钻采用对钻技术完成。
根据《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB50423-2013）5.2.3条计算回拖力：
式中： FL－穿越管段回拖力（kN）；
根据国内、外的经验，一般设计时取回拖力的值为计算回拖力的1.5～3倍，由于本工程主穿越地层为粘土层，所以取3倍的安全系数
4.施工方案
本次穿越采用四次定向钻穿越，需在中间进行三次接点连头。第一连头位于右滩，连头管道管顶埋深约为5.67m，第二及第三个连头在主河槽，第二、三连头管道管顶埋深约为7.07m。连头处需开挖管沟进行连接，第一次、第二次定向钻连头管线长22m，为了方便安装对口，一边留2m裕量，管沟开挖长度为26m；考虑光缆一起开挖连头，管道距离光缆10m，两侧一边保留2m裕量，管沟开挖宽度按14m；所以管沟底部尺寸为26m×14m。开挖土层上部为粉土及粉砂，且没有地下水，推荐粉土坡比为1：1.0，管沟挖深6.0m，推荐分两阶开挖，第一阶高3m，第二阶高3m，为方便挖机操作，每阶放台宽为4m，综上，推荐开挖上口尺寸为46m×34m。
第二次、第三次定向钻连头管线长16m，为了方便安装对口，一边留2m裕量，管沟开挖长度为20m；考虑光缆一起开挖连头，光缆套管定向钻为了避让高速穿越管道距离光缆10m，两侧一边保留2m裕量，管沟开挖宽度按14m；所以管沟底部尺寸为20m×14m。开挖土层上部为粉土及粉砂，且没有地下水，推荐粉砂坡比为1：1.5，粉土坡比为1：1.0，管沟挖深7.4m，推荐分两阶开挖，每阶高3.7m，方便挖机操作，每阶放台宽为3m，综上，推荐开挖上口尺寸为42m×36m。
第三次、第四次定向钻连头管线均长16m，为了方便安装对口，一边留2m裕量，管沟开挖长度为20m；考虑光缆一起开挖连头，光缆套管定向钻为了避让高速公路桥墩与主管道距离22m，两侧一边保留2m裕量，管沟开挖宽度按26m；所以管沟底部尺寸为20m×26m。开挖土层上部为粉土及粉砂，且没有地下水，推荐粉砂坡比为1：1.5，粉土坡比为1：1.0，管沟挖深7.4m，推荐分两阶开挖，每阶高3.7m，方便挖机操作，每阶放台宽为4m，综上，推荐开挖上口尺寸为42m×46m。
受制于工程区域用地紧张，工期时间短，若采用正常施工工艺，光纤套管也需采用定向钻穿越，且出于安全考量，需要与主管间隔10米，本次穿越工程使用“一孔双拖”的施工工艺，即在主管道回拖过程中，将光缆钢套管固定在主管道端部，实现主管和光缆套管一次回拖。使用该工艺极大减小施工用地面积，减少投资，工期也得到保障。具体做法为：将主管顶端1米范围内防腐层剥离，将主管与光缆套管端部约1米范围内采用焊接方法连接，将套管顶端制作楔形面，在光缆管两侧焊接加强板，防止在回拖过程中套管脱落。
施工完成后，为确保地面不因为管壁和孔壁间泥浆收缩而产生较大的沉降，需向管壁和围土间脱空区进行二次注浆作业，定向钻穿越段出入口两端与水平自然敷设主管道连接处采用截渗环防渗，截渗环使用黏土或灰土，以管道为中心对钻孔处和开挖处进行夯实密封，夯实系数为 0.93。
结语
本次穿越使用四钻连穿、一孔双拖工艺，积累永定河及类似宽阔无水河床管道穿越出入土角度、扩孔、回拖力计算、管线回拖头部制作等经验，可为定向钻穿越河流施工提供示范和指导作用。