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。

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，这可能对铺设速度和钻杆成本造成影响。

(郑永庆)。