地下管线定向钻进技术文档格式.docx
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信号用管线探
测仪探测。
没有电流时就不能确定位置。
非金属体（如塑料或PVC管）不能导电，应采用其他定位
方法。
由管线上的发射器发出的信号，可激发电流，产生可识别的信号。
当选择了一个信号频率时，
知道高频比低频更容易使管线产生电偶，这很重要。
高频比低频向外散发得更多，从而有“溢出”
趋势，当与附近其它线路形成电偶时，有造成定位错误的可能。
低频通常比高频传得更远。
有些发射器能调节输出功率，更高的输出功率能增强信号强度，使信号沿管线传得更远。
更高
的信号强度也能提高“溢出”的可能。
高功率设置可影响分辨出单条线路的能力。
被动的信号是在
管线中“自然”的电磁信号。
若有电流，电力和有线电视同轴缆线都能产生可探测的信号。
当在埋
有高压电力线的附近工作时，应考虑非常危险。
在没有电流时，电力线不能产生可探测信号。
由被
动的信号评价的深度不可靠，应该不被重视。
5.4.2.2探地雷达（GPR）
GPR通过向地下发射无线电波，用接收器记录反射信号来探测埋在地下的物体。
计算机记录结
果，软件解释数据。
GPR探测在获得地质数据和地下异常方面非常有用。
尽管它能给管线定位，但
却不能区分管线性质。
当使用GPR时，应对地层、地下水和地面条件进行校验，以解释期望的结果
和工程的适用性。
由于工地条件影响GPR的频率，所以应在探测的设计阶段分析这些影响，空中分
布线路和地层将是关键因素。
5.4.2.2地震法探测
地震法探测与GPR相似，只不过用压力波代替了电磁波，它通常用于不太拥挤的地方，能提供更深的探测数据。
5.4.2.4非破坏性的气/液压真空挖掘（点探仪）
在设计初期，设计者采用电子跟踪技术查找已有地下管线，确定出地下管线在地表的位置。
在
关键位置以及在要求与已有地下管线基准线相交处，可采用非破坏性的真空挖掘法（点探仪）确定
已有地下管线的准确位置与深度。
电子地下探测的准确度有不确定性，并随着当地的干扰和现场条件而变化。
尽管可将许多不同
的定位技术一起使用，来提高电子定位的把握，但实际上，用非破坏性的气/液压真空挖掘方法揭露
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地下管线是更好的方法，对管线的位置确定用传统的大地测量就能准确定位。
车载空气或液压真空
挖掘系统，利用高压空气或水使管线周围的土变松，真空/水管从探测孔中吸入碎屑进入容器罐，揭
露出管线和测量时，这些碎屑被替换。
真空系统在设计上有很大的不同，但作为揭露管线最安全的
方法已被许多管线业主广泛接受。
真空挖掘通常限制在5m的深度范围内，对于这个深度以下的管线，更强调用电子探测装置。
对
于非常深的铺设工程，设计者必须依赖于从前铺设的准确资料和施工前探测的全部准确资料。
在用点探仪挖掘期间，应按要求给管线做标记，以便确保所有的管线都在设计图中准确描述出
来，并在施工前解决任何的矛盾。
从可用的资料中搜集的所有数据——线路跟踪勘察及勘探孔勘察
——都应合并在设计书中。
5.4.3人工探测技术方法
尽管有许多电子的、机械的探测技术方法，在实际施工中，同时应用人工探测，往往也是一种
非常有效的和广为施工单位接受的技术方法。
人工探测实际是通过寻找和跟踪地下管线的标志物，如各种天然气、自来水、下水道、电力、
电讯等的地表井盖，进行翻揭，直接进入井中测量管线的走向和深度。
由于这种方法直观、准确，
故目前在国内许多施工单位得到广泛应用。
人工探测方法简单，经济实用，效果可靠。
但是，施工者必须认识到：
不能将这种方法作为唯
一的探测手段，因为往往有些管线或管线的某一管段，没有设置地面井孔，或地面井孔设置很少，
从而导致漏掉一些已有地下管线，为将来施工埋下事故隐患。
5.5铺设结束后的检测
当在地下管线集聚的地方施工时，建议进行施工后的检测。
这种检测必须由在此地工作的工程
师指导下进行，这将确保新的铺设没有影响原有的地下管线，并不被以后的铺设所损坏。
计算的位置与实际的出口点存在误差是常有的事。
在不能使用定向系统确定钻进位置的地方如
果有长孔段的钻进时，这种情况经常发生。
现有的铺设后的检测方法有：
陀螺仪随着仪器直径的增大，陀螺仪的精度得到提高。
铺设后检测的最好方法是将陀螺仪
拉过铺设管测量。
为了得到更有意义的结果，陀螺仪应位于管道的中心。
应进行多次操作以确保可
重复性及得到的结果更具可靠性。
测压计往往，仅需要知道铺设后管道的深度即可，排水管的铺设就是这种情况。
测压计是
一种能准确测量管道内静液压的仪器，测量时，应使测压计位于管道中央并反复测量几次，以确定
可重复性。
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其它如在施工前对地下管线定位测量一样，也可用管线定位仪、GPR或地震方法，但对较
深的铺设通常不太有效。
5.6施工资料
在工程结束时，应汇编施工图并交业主保存，以为将来提供参考。
钻孔轨迹图纸应以施工中得
到的原始数据为基础，并加上对设计的改动情况。
管道铺设后取得的测量数据也应提供。
在施工记录中应记载下施工设计者的假设。
例如，可能存在原始数据不具有代表性的情况，也
可能孔内仪器与地面仪器的资料间存在差异，这迫使施工设计者作一定的假设。
如果导向孔测量数
据与铺设后的测量数据有相同的误差，应对这种误差进行调整。
另外，用不同的几何方法计算管线
的位置时，也可能有偏差。
因此，施工资料中应不仅仅包括地层勘测资料和绘制的新铺设管线的座标平面图，建议还应包
括以下数据：
仪器资料：
工程中实际使用的仪器设备应建档。
这些资料应包括仪器的生产商和系列号及仪器
最新的工厂校准记录。
现场操作记录：
仪器操作人员的报告应包括钻进前详细的现场校准情况，测量仪器测得的原始
数据记录。
最后，施工期间的任何突变也应记录提交。
施工报告的制作：
编写者应提供一个简要报告，指出如何解释原始数据和使用哪些数据（探测
仪器、铺设后的检测数据）。
与最初的施工探测相比有任何变化都应该注出。
报告内容应包括所用的
计算方法的陈述和解释。
施工报告还应包括用大地测量数据表示的新铺设管线位置的图纸。
这些图纸应能确定新管的地
理位置，以后也能测量得到。
测量数据应尽量达到或超过国家有关施工控制测量或其它相当的测量
标准的要求。
如能采用国家大地坐标系统进行测量更好，但采用其它的地面测量方法也是可以接受
的，如：
线路道钉、地面标志、金属砧标——在施工报告中注明，从而便于其他人勘测时引用。
所
有这些信息都应可用于今后证实新铺管线的位置或者确定在它附近进行将来的铺设。
5.7结语
在地下管线拥挤的地方和靠近以前钻进铺设管线的地方，定向穿越铺设管线的应用正逐渐增加。
施工报告是现场资料搜集和定向穿越施工经验解释的复杂数据的汇总。
新铺设管线、已有管线和将
来铺设管线的安全，取决于对施工位置的合理解释。
地下管线业主、工程师和定向钻进穿越设计与
施工的钻进承包商，都必须完全了解探测仪器的操作和局限性，以及在施工后提供的信息。
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工程施工技术规范
6、工程施工技术规范
6.1工程设计
6.1.1程序安排
一项有效的施工设计应有下列条目：
准备
——过去施工情况的调查
——设计计算
——进一步确认设计、图纸及计算
——施工地层情况调查
——施工测量
——办理施工许可证
工程实施
——测量入土点、出土点、钻孔轨迹轴线和切点
——钻机场地准备
——进场道路准备
——管子场地准备
——设备和人员调动
——管子卸车
——管子焊接
——压力试验
——减阻试验（如果需要）
——连接拉管头
——焊缝测试
——处理钻杆的过度弯曲
——实施钻进
——钻进
——调动钻机和人员
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——安放钻机
——准备钻进液混合设备
——钻导向孔
——通过钻杆清洗钻孔
——分级扩孔（根据需要）
——拉管
——去掉拉管头
——实施焊缝测试
——实施减阻
——施工配合
——清理施工现场
——撤走钻机和人员或迁移到下一个工地
6.1.2设计计算
6.1.2.1轨迹测量一旦选择确定了施工位置，就应该对钻孔轨迹作测量并准备详细的图纸。
钻孔轨迹和基准线的最后精度取决于测量资料的精度．
6.1.2.2轨迹设计参数：
覆盖深度完成岩土勘察，选择确定了穿越的轨迹，就可确定穿越的覆盖深度，需要考虑的
因素包括钻孔施工对地面道路、建筑物或河流的影响，以及在该位置存在的已有管线或电缆的影响。
通常，推荐穿越的最小覆盖深度应大于钻孔最终扩孔直径的6倍以上；
在穿越河床时，应在河床断
面最低处之下超过5m米。
入、出土角和曲率半径8-20°
的入、出土角适用于大多数的穿越工程。
对地面始钻式，入
土角和出土角应分别在6°
至20°
之间（取决于欲铺设的管的直径等）。
对坑内始钻式，入土角和出
土角一般应采用0°
或近似水平。
在进行大曲率半径的弯曲以前最好钻进一段直线段。
曲率半径的
确定由欲铺设管的弯曲特性确定，并随管直径增大而增大。
所铺管的允许最小弯曲半径可以用下列公式计算。
然而，为了易于铺管，最小弯曲半径应尽可
能大。
Rmin=206·
D·
S/K2（m）
Rmin—最小弯曲半径（m）
206—常数（Nm/mm2）
D——管子的外径（mm）
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S—安全系数，S=1～2
K2—管子的屈服极限（N/mm2）
辅助参数入土点或出土点与欲穿越的第一个障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）至少
应大于3根钻杆的长度。
与水体的最小距离至少应为5—6m，以保证不发生泥浆喷涌。
出于钻进技术考虑，第一段和最后一段钻杆柱应是直线状的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这
两段钻杆柱的长度各自至少应为10m。
对入土点与出土点有高差的情况，应专门另作讨论。
钻进测量与精度孔内测量工具一般是提供倾角（上/下控制）、方位角（左/右控制）和深度的
电子装置。
钻孔轨迹精度在很大程度上取决于孔内测量的精度。
当有干扰时，例如，无线电发射台、大型
钢结构（桥梁、桩及其它管线等）和电力运输线会影响测量读数。
合理的钻孔轨迹精度目标值应是：
导向孔出口处左右±
1m，上下±
1m。
钻孔轨迹控制通常，在钻进导向孔时，应每2～3m进行一次量测计算。
工程承包商应在这
些量测计算基础上作出钻孔轨迹图。
6.1.2.3管材的选择
管子壁厚—D/T经验公式下表给出了根据管径选择壁厚的推荐值，这些推荐值仅适用于开
始设计时。
在最后的设计中，应计算应力并与允许的极限值比较。
直径（D）mm壁厚（T）mm
≤1526．25
152-3059．25
305-76212．70
≥762D/t＜50
（对高密度聚乙烯管（HDPE管），推荐D/t值小于或等于11，并且最好向制造厂家进行咨询。
）
6.1.3校核计算
——开始拉管时的管子应力（摩擦力、重力）
——全部拉入时的管子应力（摩擦力、浮力、弯曲）
——由于过度弯曲造成的管子应力（出土角度）
——拉入过程中的管子应力（内部压力、温度、弯曲、过度弯曲）
——钻机的锚固力（水平和垂直）
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——钻进设备的尺寸（土壤、管柱尺寸、钻孔剖面）
在最后的校核设计计算中，必须计算管道在施工和使用时的应力大小，校核是否在材料质量允
许的范围内。
计算中，对每一阶段的应力都必须分别从单独受力和联合受力考虑。
如拉管时要考虑：
滚柱间的跨距造成的应力、作静压试验的压力产生的应力、铺设时的拉力、管入孔时的曲率半径、
钻孔轨迹的曲率半径、钻孔内的附加力和工作应力。
1．铺管前
a．计算从静压试验得到的环向和轴向应力；
b．用滚柱间的已知距离作为独立的跨距，可计算出管子的最大上拱和最大下垂，并按其中较大
的情况来计算管子的最大张应力。
注：
在静压试验期间管子是注满水的，因而在这些计算中水的附
加重量必须计入。
2．铺设中
a．在1.b中计算张应力的方法也可应用在铺设阶段；
b．为算出应力，必须先确定理论拉力。
考虑计算结果的安全性和拉管时沿钻孔曲线拉动的影响，
推荐采用孔内摩擦系数为1.0。
最大预测拉力用于计算轴向应力。
c．当计算轴向弯曲应力时，允许有10%的实际偏差，即只用按设计曲率半径的90%计算。
d．孔内液体静压力产生的附加应力大小必须考虑。
考虑到液体静压力的轴向和周向力的影响，
推荐按安全系数考虑将此值取为1.5。
3．铺设后
a．在2.b中计算轴向弯曲应力的方法也可用于此；
b．对附加外力的计算见2.d；
c．计算最后的静压试验产生的环向和轴向应力。
4．使用中
a．钻孔曲率的影响见2.c；
b．附加外力的计算见2.d；
c．用于计算的管线在使用中的最大工作压力而产生的轴向和周向应力。
C．许用应力在计算出施工各个阶段的单独受力和联合受力后，必须与许用应力比较。
一般，可按以下许用应力进行校核计算：
轴向最大许用应力：
最小屈服强度的80%
周向最大许用应力：
最小屈服强度的72%
组合应力下的许用应力：
最小屈服强度的90%（这里的最小屈服强度是管材特有的最小屈服强
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度）
当权威机构可能在以上内容之外提出其他附加限制条件时，业主应认可这些变化并允许修改设
计。
6.1.4作图
剖面图
剖面图至少应包含下列信息：
——工地的纵向剖面图
——入土角
——出土角
——钻孔的水平长度
——钻孔的实际长度
——钻孔剖面的绝对高度（或相对）
——覆盖层
——最小（垂直）弯曲度
——钻孔轨迹区域内的建筑物或其它管线
——障碍物
——欲铺设管子的信息
平面图
平面图至少应包括下列信息：
——从委托方提供的施工区地形图了解到的场地特殊情况
——钻孔轴线
——入土点和出土点的坐标
——指北的箭头
——靠近钻孔的建筑物和其它管线
——钻孔轴线与障碍物之间的最短距离
——最小（水平）弯曲度
——规划的设备场地和管柱场地
现场平面图
现场平面图至少应包含下列信息：
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——各种设备的位置（钻机、工作站、泵等）
——钻机的固定方法
——钻井液配制设备的安放位置
——进出场道路
运输线路图
确定的运输线路图应至少包括下列信息：
——运输设备的数量、各自的承载能力
——运输设备的位置
——运输设备在平面图中的摆放位置
——运输设备的细节
管束图
一束管子的示意图应至少包括下列信息：
——一束管子的横截面图
——单根管子的直径
——捆成一束的方法
6.2设备仪器
6.2.1定向钻机
定向钻机无论大小，操作与用途都是相似的。
一般，钻机都采用机械或液压驱动钻杆，通过钻
杆对孔底钻头施加回转扭矩和给进与回拖力。
对专用于定向钻进穿越铺管的钻机来说，回转扭矩和
回拖力是非常重要的参数，它们是根据工程大小及要求进行钻机选型的重要依据。
由于定向穿越往
往需要钻进弯曲的钻孔，所以与其它钻机相比，定向钻机的回转速度不要求高。
地表始钻式钻机通常具有一个倾斜的给进导轨，而坑内始钻式钻机一般采用水平的给进导轨。
给进导轨的长度直接决定着钻杆单根的长度，也就直接影响着钻进过程的平稳性和纯钻效率的高低。
当施工条件已知，钻孔设计确定，对定向钻机的选型应主要考虑以下因素：
（1）钻孔设计终孔口径、弯曲强度、铺管长度等，根据它们的大小通过回转扭矩和回拖力来
选择确定钻机。
考虑钻孔复杂情况，所选择的钻机能力应至少大于计算所需的30%以上。
（2）现场地形、交通条件、管线埋深等，评价这些因素后选择使用地表始钻式钻机或是坑内
始钻式钻机。
（3）现场能源供应条件，选择采用电驱动还是燃油驱动动力钻机。
（4）地层情况和现场水源供应条件，选择应用液体循环回转钻机或是气动潜孔锤钻机。
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6.2.2定位与导向仪器
对于定向钻进穿越工程来说，定位与导向仪器是最为关键的设备，正确地选择和使用这些仪器，
对施工的成败和效率，具有决定性的意义。
在当前的应用中，最常用和广为接受的方法是无缆式地表定位系统（走过式仪器）和有缆式定
向系统，两种系统的定位和导向性能都能满足常规定向钻进穿越工程的需要。
有几种仪器能让钻进工作人员在导向孔钻进时确定钻具位置。
钻进工作人员利用这些数据根据
预先批准的基准线和轨迹钻进，并进行调整变化。
常用的仪器有如下几种。
6.2.2.1无缆式地表定位与导向系统
走过式仪器这种仪器是目前定向钻进中使用最广泛的方法，它由一个靠近钻头的用于跟踪
孔底钻具的电子信号发射器和一个走过式接收器组成。
探头（发射器）一般安装在钻头后钻具内，
用于发射测定孔底钻具位置的电磁信号，探头发射信号到地表并被导向人员手持的接收器接受，跟
踪的接收器显示信号强度，信号强度越强，接收器越靠近发射器。
导向人员能通过读数和分析接收
器提供的数据来监测钻孔轨迹。
许多钻机装配有一个远程接收器使钻机操作者能够接受、分析和记
录一些定位数据。
一般地，在确定的技术参数范围内，走过式仪器是最经济的方法。
大多数的发射器具有方位传感器，它们是倾角、转角以及在某些情况下的左/右偏斜计。
从传感
器得到的信息，显示在接收器上并用于决定方向控制。
接收器也用于确定从接收器到发射器的深度。
操作人员遵守制造商推荐的标准化程序，有助于确保深度测量准确。
走过式仪器的优点包括：
费用——在最初的购置费用之后，产生的基本开支虽然频繁，但成本相对较低，即平时仅需更
换电池。
更换探头虽然很昂贵，一般不会发生。
操作有效——接受过训练的定位人员能有效地操作走过式仪器，为了确保高精度，读数和解释
信号的知识必须与强烈的质量责任相结合。
走过式仪器的定位质量可通过对钻孔轨迹的全面测量来
提高。
生产率——与其它方法相比，其数据的解释和及时，有利于产生更高的生产率。
绘图——现在的走过式仪器已可直接提供数据给计算机作出钻孔轨迹图。
走过式仪器的缺点包括：
地形——在有障碍物的地方，如繁忙的快车道交叉口或穿过河流不能自然的“走过”。
干扰——以下情况往往会干扰信号读数的精确性：
仪器上方电力线的磁干扰、地下通讯信号的
磁干扰、埋在地下的废弃物或地层中的障碍物干扰、无线电发__________射基站的电波干扰，等等。
深度——走过式仪器可能受钻孔穿越深度或与孔有关的其它影响因素的限制，如目前的走过式
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仪器一般用于深度不超过14m的钻孔。
连续工作时间——地表定位系统发射器的电池寿命，是选择能否施工完一个钻孔所需时间的重
要指标。
远程跟踪能力——道路和小河的穿越通常可用地表定位系统进行。
然而，远程跟踪能力通常仅
限于约10m的距离。
抗冲击磁性定位与导向系统这种仪器是近年来最新开发的用于干式定向钻进的定位与导向
系统。
在潜孔锤冲击破碎钻进中，为使电子元件免受严重动载，一种基于磁性计的导向系统被用于
有冲击作用的干式定向钻进上。
系统的永久磁铁装在冲击锤体上，当其旋转时即产生磁场，磁场的
强度及变化由地表磁力计探测，数据交由计算机处理，从而得到钻头的位置，深度及面向角。
定向钻进施工中，推荐采用下表进行现场记录；
轨迹记录
测点序号钻杆长度水平距离侧向偏移垂深倾角转角（左/右）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
...
出口
一些地表定位系统带有钻孔轨迹设计和绘图系统，它们能以特定的间隔，记录孔内钻具的深度，
得到导向孔的测量或施工过程图。
6.2.2.2有缆式定位与导向系统
有缆式定向与导向系统有缆式定向系统又可称为有缆式随钻测斜仪。
有缆式定向仪器是与
位于孔底非磁性钻具内的磁性探头或位于普通钻具内的陀螺仪相连的，连续的缆线穿过钻杆内部，
再与提供磁读数的地面计算机相连。
有缆式定向系统的优点包括：
深度——由于电源和信号由缆线传输，因而对导向钻孔的深度或长度实际上没有限制。
精度——有缆式系统可以与带有地面坐标的辅助系统一起使用，地面坐标形成一个磁场而使精
度得到提高。
探头产生的信息传送到地表计算机，可打印出来用于评价施工轨迹。
记录处理——计算机对得到的硬数据进行处理，得出精确的“随钻”施工数据。
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有效性——在费时的坚硬岩石孔中，不用为更换电池而频繁地起下钻具。
有缆式定向系统的缺点包括：
费用——在低价的地下管线施工市场，初始购置费用或人员设备的租金有些显高，然而潜在的
缺点经常被提高的成功率和完成复杂孔的准确度所消除。
数据的解释——仪器的操作需要经过培训的专家，这对于许多钻进承包商来说，难以稳定地发
挥作用并且成本较高。
缆线的连接——连接缆线需要时间，一节一节的缆线连成电缆，可能造成读数不准，并且增加
了非生产性的辅助时间。
常用的有缆式定位与导向系统有以下两种：
磁性定向仪磁性定向仪是用于长
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