悬曲线设计

水平定向钻先导孔的出土角一般在4°～10°，而待拉入的管道都是平放在地面，因此为了减少管道和地面的摩擦力和绞盘力以及保证管道回拖时在出土段的弯曲不小于管材的最小弯曲半径，则管道回拖时出土段需要形成一个如图2－7所示的曲线，这个曲线称为悬曲线。

图2－7 悬曲线轨迹图

①出土端有工作坑的悬曲线；②无工作坑的悬曲线

为了保证管道的顺利回拖，控制回拖时出土端管道所受应力，管道在回拖过程中必须严格控制出土端悬曲线的曲率半径以保证与设计轨迹一致。悬曲线的设计可以通过计算机程序来实现。但是应该指出的是：管道回拖过程中，任何不合理的轨迹设计即便是悬曲线的受力点位置设计错误，都会极大地增加管道内部的应力。

连续管道可以被视为一个常数惯性梁。梁因自身的重量，包括浮力控制系统的重量（如果有的话），会受到地面滚轮架或支架的反作用力；另外，还受到回拖钻具总成（扩孔器、分动器、回拖头等）的重力以及需要克服滚轮架摩擦阻力的牵拉力。但是悬曲线的计算并不复杂，首先根据管道材料参数可以计算出管道的最小弯曲半径，然后将悬曲线简化为多个相切的圆弧段，设圆弧段半径等于所计算的管道最小弯曲半径，悬曲线的高度和长度可以由以下的公式计算得到：

H＝R（1－cosαentry）（2－11）

式中：R——悬曲线最小曲率半径（mm）；

L——直线段长度（m）；

H——悬曲线长度（m）；

αentry——入土角（rad）。

设置滚轮架时一般安装距离为12m，这是每个管道接头之间的平均距离。没有必要计算滚轮架上面整个管线的压力，因为当支撑数量增加时，这种超静定问题需要花费更长的时间来解决。不过，滚轮架距起重机的距离超过100m时不会对起重机领域内的负载和压力产生影响。因而，悬链的计算要考虑有2或3个起重机的悬吊和5～10个滚轮架的支承。

给定位置滚轮架的反力及滚轮架或起重机的数量，应根据管道材料的强度确定。在计算中没有考虑管道长度对管端摩擦力的影响。在管道入口端，牵拉装备和回拖力假定同管道另一端给定的力相等。因为它是倾向导向孔的出口向，所以该力的方向是已知的。拉力的水平方向分力在数值上必须等于摩擦力，但作用方向相反。因而可以估算垂直投影上的力，但唯一求知的值是n个滚轴或起重机上的n个反作用力（图2－8）。

图2－8 悬曲线设计简化图

①管端的悬链计算点；②～④起重机和支架位置；⑤拉力装备；⑥管道滚轴；⑦管端拉力；⑧拖拉力；⑨拉力装备重量

现场的管线和悬曲线布设如图2－9所示。

图2－9 管线和悬曲线布设（美国弗吉尼亚）