非开挖水平定向钻无线定位导向孔轨迹设计

随着非开挖水平定向钻技术的应用越来越广，对于定向钻施工过程中遇到的难题越来越多。目前市场上所用的小型钻机，其导向孔施工过程中大多是采用无线定位技术，本文就无线定位技术穿越施工时导向孔轨迹设计方法作一简单的介绍。

1工程踏勘

非开挖水平定向钻导向孔施工前期的工程踏勘工作是至关重要的一步，其踏勘内容包括四个方面：1、地形勘测;2、背景噪音的探查;3、工程施工要求;4、原有管线的探测。其中工程施工要求和原有管线探测是为导向孔轨迹设计提供依据的关键所在。

1.1 地形勘测

地形勘测是导向孔轨迹设计前必做的工作之一，目的是查清施工线路上河流的宽度、河床最深部位的深度、两岸的高差和出土点与入土点的通视情况。

对地面上的建筑物、构筑物和河水流速应作详细的了解，同时施工路径上的地下隐蔽工程也应作详尽了解，弄清其埋深、分布部位以及对导向施工的影响程度。

1.2 背景噪音

背景噪音是指在施工过程中影响定位仪读数及测量准确性的干扰信号和干扰源。背景噪音一般分为两大类：一类是自发性的干扰源，即是本身能发射干扰信号从而影响定位仪的;另一类是屏蔽性的，就是通过阻挡定位仪的信号传递从而干扰定位仪。

这两种噪音在导向孔施工时对仪器读数的影响特别大，因此在轨迹设计前一定要调查清楚。例如：电缆、电话电缆、路灯线、马路上的钢筋、含盐量高的河水,等等。

1.3 工程要求

非开挖工程要求是甲方根据工程使用要求或工程施工图纸对回拖铺管时管头两端的埋置深度、管线长度、管道坡度、过河的河底埋置深度和工程管线的平面位置要求。导向孔轨迹设计前相关工程技术要求应完全明了。

1.4管线定位

导 向孔轨迹设计前应对施工路径上的原有管线进行全方位的探测，弄清每根管线的走向、深度、及与待铺管线之间的空间位置关系。管线探测一般分为四部进行：一是将肉眼所能见到的管线标志分类作好标记，对于能直接揭示的工程管线则直接测量其深度及走向;二是对特殊管线的露头，利用管线探测仪对其进行定位;三是对于没有露头而实际存在的管线利用仪器进行扫描进行定位。对于河流底部原先存在的管线，则应调其相应的工程图纸对其深度和走向予以确认。最后按管线的相关位置绘制综合地下管线分布图。

2平面定位及导向孔轨迹设计

2.1平面定位

平 面定位是在导向孔轨迹设计前，在实地根据原有管线与待铺管线的相对位置拟定钻进轨迹的水平走向曲线，然后在该曲线上设置一些控制点。控制点应选择在拟定轨迹曲线与原有管线相交的部位，当拟定轨迹与原有管线平行时，在水平间距小于1米的部位也应设置控制点。这些控制点可为导向孔施工时提供水平位置和深度的参照。

对于拟定轨迹穿越河流时，应在河堤两侧15米范围内按每3米设置一个控制点，并尽量保证该15米为一条直线，为导向钻头进入河床创造有利的钻进趋势。待控制点全部设置完后，绘制出控制点的平面图，为后续的轨迹设计提供设计依据。

2.2导向孔轨迹设计

2.2.1 管材最小弯曲半径R及钻杆曲率α1的计算

管材曲率是轨迹设计的重要依据，管材曲率的重要指标是管材成品的最小弯曲半径R，在轨迹设计过程中的每个弧段的弯曲半径R1应比管材的最小弯曲半径大(R1>R)，但是R1的弯曲率应比钻杆最小弯曲半径R2的弯曲率小(R1>R2)。这是导向孔轨迹设计的两个必要条件。

通常在出厂时，厂家就对R2的数值进行过标定，并根据这一数值对每根钻杆的极限曲率α进行过计算。因此在轨迹设计前就应对管材弯曲半径和施工中每钻杆的变换率进行确定，可通过如下公式进行计算：

1、管材最小弯曲半径R计算公式

R=(r×E)/σ

r—管材的半径

E—管材材质的弹性模量

σ—管材材质的屈服强度

2、每根钻杆的曲率α1的计算公式

α1={2×R×SIN2((L×180)/(л×R))｝/3

R—管材最小弯曲半径

L—每根钻杆长度

л—圆周率

2.2.2 入土角A与出土角B的选取

入 土角的角度选取应视后退距离的大小、钻机的角度变化范围、钻机摆放场地的大小和工程管材的材质三方面决定的。一般来说，钻机入土的角度同钻机本身角度变化范围成正比，钻机摆放场地成反比，同工程管材的曲率半径成反比，同后退距离成反比。在选取入土角时，首先考虑工程管线的曲率半径和后退距离的大小，其次考虑入钻场地大小和钻机本身角度范围。

出土角则应视出土造斜段的长度、工程管线的曲率半径、出土坑的工作场地大小和原有地下管线的埋置深度等因素综合来定。出土角的大小同上述因素成反比，但造斜段的长度和工程管线的曲率半径是首选的考虑因素。

2.2.3 最小后退距离L1的计算

后 退距离是拟定钻进曲线的最深点至钻机入土点的水平投影距离。其计算首先是考虑钻进轨迹线路上最深或最浅的管线深度、建构筑物基础的最大埋深、地表河流的河床部深度，根据以上条件和工程管线的埋深要求确定出导向轨迹的最大控制深度H1，从最深点至入钻点的最小长度为最小后退距离L1。

计算最小后退距离时应综合考虑入钻角A、入钻点深度H2、钻杆曲率、每个控制点的深度等等。计算时以每两个控制点内的长度为计算控制单元，以每根钻杆为计算单位。计算时可通过下列步骤进行验算：

第一根钻杆深度：H2(入钻点深度)

第二根钻杆深度：H2+L×A

第三根钻杆深度：H2+L×A + L×(A-α1)

以此类推直至深度为最深点的控制深度H1。然后将达到这一深度的钻杆数累加乘以每根钻杆的长度即为最小后退距离L1。

将每根钻杆的曲率变化及相对应的深度绘制成图即为导向孔轨迹设计曲线图。

2.2.4 轨迹设计要求

轨迹设计时应满足以下要求：

1、设计的轨迹长度应与工程要求中所示的工程管线长度一致(污水管例外);

2、导向轨迹的深度与工程管线埋置深度要求一致;

3、轨迹每个弯曲段的曲率半径应大于工程管线的最小弯曲半径;

4、水平方向应与控制点方向相一致，水平偏差小于等于1米;

5、除信息管线外，其它工程管线的轨迹中不得有起伏不平段;

6、对穿越信号干扰区或是河道，轨迹尽量设计成水平段;

3结论

1、对工程要求的正确理解是导向孔轨迹设计的前提。

2、查明地下管线和工程障碍是轨迹设计的重要依据。

3、正确地计算工程参数是工程成败的关健所在。

4施工存在的问题

依据现有施工手段无法对有较强施工干扰的地区进行准确地导向定位。