地下管线定向钻进技术文档格式.docx

1、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

2、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

3、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36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，

4、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

5、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。

6、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

7、几次，以确定可重复性。37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

8、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

9、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，

10、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。38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39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

11、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

12、（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=206DS / K2 （m）Rmin 最小弯曲半径 （m）206常数 （Nm/mm2）D管子的外径 （mm）40S安全系数，S=12K2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56m，以保证不发

13、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23m 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

14、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）mm152 625152-305 925305-762 1270762 D/t50（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）41钻进设备的尺寸（土壤、管柱尺

15、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

16、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

17、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42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

18、：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：43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

19、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

20、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。446.2.2 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

21、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

22、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

23、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45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

24、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）12345678910

25、.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。46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