非开挖技术--定向钻的基本原理及施工方法

非开挖技术--定向钻的施工方法

大多数定向钻机采用钻进液辅助碎岩钻头钻压从钻杆尾部施加。钻头通常都带有一个斜

面，所以钻头连续回转时则钻出一个直孔，而保持钻头朝某个方面不回转加压时，则使钻

孔发生偏斜。探测器或探头可以安装在钻头内，也可安装在紧靠钻头的地方，探头发出信号，

被地面接收器接收或跟踪，从而可以监测钻孔的方位、深度和其它参数。在那些从地表不能

稳定跟踪钻孔轨迹的地方，或因钻孔深度太大，用无线电频率方法难以保证定位精度的地方，

也可采用有缆式导向系统，其缆线通过钻杆连接。

膨润土/水的混合物是常用的钻进液或"泥浆"，它能使携带的岩屑处于悬浮状态，并能

通过循环系统过滤。导向孔施工完成后，触变泥浆可保持孔壁的稳定，以便于回扩。工作管

或导管一般为聚乙烯管或钢管，在扩孔的同时跟在扩孔器后一起进入。

在大型设备中，多数工作是通过钻杆回转完成的，设备的扭矩与轴向推力和回拖力一样

重要。对小型设备，通常是先钻一个导向孔，然后再将孔径扩大至所需的尺寸，同时将管道

随扩孔器拉入，此时使用钻进液有助于破岩、润滑和冷却钻头。在钻进岩石或其它硬地层时，

也可用钻进液驱动孔底"泥浆马达"，在这种情况下，需要很高的钻进液流速。

一些钻进系统被设计用于无水或钻进液的干式钻进工艺，其操作更简单，废弃物少，不

需要太多的现场设备；但要受到铺管尺寸和地层条件的限制。

冲击作用可以加强轴向推力和回转扭矩的效果。冲击力可由钻头上的冲击锤产生，也可

由地面设备产生并沿钻杆柱传送，无论哪种方法，都能提高导向钻机在复杂地层中的性能。

钻机可大致分为两类：地表发射的和坑内发射的。地表发射钻机通常为履带式，可依靠

自己的动力自行走进入工地。铺设新管时它们不需要发射坑和接受坑，但管线连接时仍需要

开挖。如果要求在地下相同深度连接其它管线，则可能会造成新管的开头几米废弃。

坑内发射钻机在钻孔的两端都需要挖坑，但可在空间受限的地方操作。一些设计更紧凑

的钻机的发射坑，可只比接管所需的坑稍大一点就行。钻杆单根的长度受坑的尺寸限制，这

102 集成电路应用 第 36 卷 第 6 期（总第 309 期）2019 年 6 月Applications创新应用

摘要：基于非开挖技术的水平定向钻方法，无线导向技术和传统直入直出的施工方式已不满足地下管线复杂、空间狭小的主城区复杂环境施工作业的需求。研究采用精确有线探控技术，革新施工方法流程，绘制管线三维复测图的施工方式。关键词：定向技术；定向钻；电缆施工；非开挖技术。中图分类号：TM247 文章编号：1674-2583(2019)06-0102-02DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2019.06.042中文引用格式：翟子聪.基于精确定向钻技术的电缆非开挖施工方法研究[J].集成电路应用, 2019, 36(06): 102-103.

际管线轨迹复核、精确绘图，对非开挖施工方法进行革新，改进施工流程和施工方法，提高水平定向钻施工技术的可实施性和后续施工的可持续性。从而满足在地下管线复杂，空间狭窄，安全要求较高的主城区大跨度、大深度、高精度的电缆项目非开挖水平施工的需求，减少非必要的大开挖施工作业，确保施工安全，缩短施工工期，降低施工成本，减少对城市道路及周边环境的影响。3 传统的施工方法基于无线导向系统的传统非开挖施工方法已经不适合城区管线密集区域的施工需求。（1）工作范围小。传统定向钻技术采用的无线导向系统分为信号发生器、电池和无线跟踪仪三个部分组成。信号发生器采用电池供电，受限于体积原因，电池容量有限，信号发射装置功率较小，信号穿透力不足。理想状态探深在 10～15 m，电池供电最长不超过 36 h，但在地下管线密集或干扰较大的环境中使用，实测探深一般不超过 9 m，干扰严重时缩短至 5 m 左右，电池持续供电时间在 20 h 左右，无法满足长距离、大深度的穿越。（2）探测精度差。信号发生器（探头）将探测到的信息生成电磁信号发出，由地面的技术1 引言传统定向钻非开挖施工技术在城区应用多年，主城区地下埋有大量的电力、煤气、供水、通信管线，导致后续非开挖作业空间有限[1,2]。部分施工项目因出钻位置空间有限无法安全出钻，逼着施工单位协调开挖迁移出入钻口处的地下管线，导致工期和成本无法控制。2010 年 6 月，广州番禺区某工地施工单位施工安全意识淡薄，施工过程盲目大意，强行采用传统定向钻技术施工穿越施工，因钻头偏离预设路径 2 m，将出钻口附近的 110 kV 甲、乙线电缆同时钻穿，导致附近变电站突然失压，周边区域大面积停电（见图 1）。2 研究目标研究使用 Eclipse 高精度有线探控制一体技术替代无线导向技术，应用三维管道复测技术对实基于精确定向钻技术的电缆非开挖施工方法研究翟子聪 （广州市电力工程有限公司，广东 510260）

非开挖技术--定向钻的基本原理及施工方法

在非开挖技术行业中，定向钻进一直是主要的增长领域。目前，在天然气、自来水、电力和电信部门定向钻进已是一种普通的施工工艺，最近由于在施工精度上的改善，定向钻进也被用于污水管和其它重力管线的铺设。尽管这样，世界上有许多地方、许多行业仍然还在认识普通非开挖和定向钻进非开挖的益处。

一、基本原理

钻孔轨迹可以是直的，也可以是逐渐弯曲的。在导向绕过障碍物，或穿越高速公路、河流和铁路时，钻头的方向可以调整。钻孔过程可在预先挖好的发射坑和接受坑之间进行，也可在安装钻孔机的场地，以小角度直接从地表钻进。

工作管或导管的铺设通常分两步进行。首先是沿所需的轨迹钻导向孔，然后回扩钻孔以加大孔径适应工作管的要求。在第二步即回拖过程中，工作管通过旋转接头与扩孔器连接，并随着钻杆的回拖拉入扩大的钻孔中。在复杂地层条件下、或孔径需增加很大时，可采用多级扩孔的方法将孔径逐步扩大。

近年来，设备能力有了改善，非开挖技术的优越性也得到了更多的赞赏。一些公用管线公司已经设想，在有非开挖可作替代时，要反对采用明挖施工方法(特别是在道路上)。非开挖施工除了有显著的环境效益外，在许多工程应用中，导向孔钻进的相对成本已经降低到明挖法施工之下，即使忽略干扰与延缓交通等的社会成本时也是如此。

大多数定向钻机采用钻进液辅助碎岩钻头钻压从钻杆尾部施加。钻头通常都带有一个斜面， 所以钻头连续回转时则钻出一个直孔，而保持钻头朝某个方面不回转加压时，则使钻孔发生偏斜。探测器或探头可以安装在钻头内，也可安装在紧靠钻头的地方，探头发出信号，被地面接收器接收或跟踪，从而可以监测钻孔的方位、深度和其它参数。在那些从地表不能稳定跟踪钻孔轨迹的地方，或因钻孔深度太大，用无线电频率方法难以保证定位精度的地方，也可采用有缆式导向系统，其缆线通过钻杆连接。

膨润土/水的混合物是常用的钻进液或"泥浆"，它能使携带的岩屑处于悬浮状态，并能通过循环系统过滤。导向孔施工完成后，触变泥浆可保持孔壁的稳定，以便于回扩。工作管或 导管一般为聚乙烯管或钢管，在扩孔的同时跟在扩孔器后一起进入。

非开挖水平定向钻污水管专项施工方案

非开挖水平定向钻（Horizontal Directional Drilling, HDD）是一种用于安装污水管的无开挖施工方法。本文档将提供一份专项施工方案，以确保施工的顺利进行和安全完成。

1. 工程背景

本工程的目标是在特定区域内安装污水管道。由于地面情况复杂、有限的空间和其他限制因素，选择使用非开挖水平定向钻作为施工方法。

2. 施工方案

2.1 方案选择

根据现场情况和技术要求，确定使用非开挖水平定向钻进行污水管道的施工。这种方法可以减少地面开挖、减小对现有基础设施的影响，并提高施工效率。

2.2 设备准备

合适的水平定向钻设备和相关配件将被准备和采购，以满足施工的需求。设备的选用应符合施工规范和安全要求。

2.3 地质勘测

在施工前，对工程区域进行详细的地质勘测，以了解地下情况，包括土壤类型、地下水位、地面和地下管线布局等。这些数据将用于施工方案的设计和资源安排。

2.4 施工流程

2.4.1 现场布置：合理确定钻孔位置和设备摆放点，确保施工区域的安全和通畅。

2.4.2 钻孔：根据设计要求和勘测结果，在地面上进行水平定向钻孔，控制钻孔的深度和方向。

2.4.3 安装管道：通过地下推力装置或其他合适的方法，将管道引入钻孔，确保管道的质量和对接牢固。

2.4.4 回填和恢复：在管道安装完成后，将孔洞回填并进行必要的地面恢复工作，使地面恢复原貌。

2.5 安全管理

施工过程中，必须严格遵守安全规定和操作程序。确保施工人员的安全，并进行必要的安全培训和监督。

2.6 环保措施

施工过程中要注意环境保护，防止污染。合理处理废弃物，使用环保材料，并进行污水管道的密封，以防止泄漏。

2.7 质量控制

施工过程中要进行质量监控和质量检查，确保管道安装符合设计要求和相关标准。

3. 施工进度和费用

根据工程的规模和复杂程度，制定合理的施工进度，并进行费用估算和预算控制。