如何設(shè)計(jì)水平定向鉆的導(dǎo)向軌跡？

1. 工程踏勘

非開挖水平定向鉆導(dǎo)向孔施工前期的工程踏勘工作是至關(guān)重要的一步，其踏勘內(nèi)容包括四個(gè)方面：1、地形勘測(cè)；2、背景噪音的探查；3、工程施工要求；4、原有管線的探測(cè)。其中工程施工要求和原有管線探測(cè)是為導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)提供依據(jù)的關(guān)鍵所在。

1.1 地形勘測(cè)

地形勘測(cè)是導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)前必做的工作之一，目的是查清施工線路上河流的寬度、河床深部位的深度、兩岸的高差和出土點(diǎn)與入土點(diǎn)的通視情況。

對(duì)地面上的建筑物、構(gòu)筑物和河水流速應(yīng)作詳細(xì)的了解，同時(shí)施工路徑上的地下隱蔽工程也應(yīng)作詳盡了解，弄清其埋深、分布部位以及對(duì)導(dǎo)向施工的影響程度。

1.2 背景噪音

背景噪音是指在施工過(guò)程中影響定位儀讀數(shù)及測(cè)量準(zhǔn)確性的干擾信號(hào)和干擾源。背景噪音一般分為兩大類：一類是自發(fā)性的干擾源，即是本身能發(fā)射干擾信號(hào)從而影響定位儀的；另一類是屏蔽性的，就是通過(guò)阻擋定位儀的信號(hào)傳遞從而干擾定位儀。

這兩種噪音在導(dǎo)向孔施工時(shí)對(duì)儀器讀數(shù)的影響特別大，因此在軌跡設(shè)計(jì)前一定要調(diào)查清楚。例如：電纜、電話電纜、路燈線、馬路上的鋼筋、含鹽量高的河水,等等。

1.3 工程要求

非開挖工程要求是甲方根據(jù)工程使用要求或工程施工圖紙對(duì)回拖鋪管時(shí)管頭兩端的埋置深度、管線長(zhǎng)度、管道坡度、過(guò)河的河底埋置深度和工程管線的平面位置要求。導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)前相關(guān)工程技術(shù)要求應(yīng)完全明了。

1.4 管線定位

導(dǎo) 向孔軌跡設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)施工路徑上的原有管線進(jìn)行全方位的探測(cè)，弄清每根管線的走向、深度、及與待鋪管線之間的空間位置關(guān)系。管線探測(cè)一般分為四部進(jìn)行：一是將肉眼所能見到的管線標(biāo)志分類作好標(biāo)記，對(duì)于能直接揭示的工程管線則直接測(cè)量其深度及走向；二是對(duì)特殊管線的露頭，利用管線探測(cè)儀對(duì)其進(jìn)行定位；三是對(duì)于沒有露頭而實(shí)際存在的管線利用儀器進(jìn)行掃描進(jìn)行定位。對(duì)于河流底部原先存在的管線，則應(yīng)調(diào)其相應(yīng)的工程圖紙對(duì)其深度和走向予以確認(rèn)。按管線的相關(guān)位置繪制綜合地下管線分布圖。

2 平面定位及導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)

2.1 平面定位

平面定位是在導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)前，在實(shí)地根據(jù)原有管線與待鋪管線的相對(duì)位置擬定鉆進(jìn)軌跡的水平走向曲線，然后在該曲線上設(shè)置一些控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)應(yīng)選擇在擬定軌跡曲線與原有管線相交的部位，當(dāng)擬定軌跡與原有管線平行時(shí)，在水平間距小于1米的部位也應(yīng)設(shè)置控制點(diǎn)。這些控制點(diǎn)可為導(dǎo)向孔施工時(shí)提供水平位置和深度的參照。

對(duì)于擬定軌跡穿越河流時(shí)，應(yīng)在河堤兩側(cè)15米范圍內(nèi)按每3米設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)，并盡量保證該15米為一條直線，為導(dǎo)向鉆頭進(jìn)入河床創(chuàng)造有利的鉆進(jìn)趨勢(shì)。待控制點(diǎn)全部設(shè)置完后，繪制出控制點(diǎn)的平面圖，為后續(xù)的軌跡設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.2 導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)

2.2.1 管材小彎曲半徑R及鉆桿曲率α1的計(jì)算

管材曲率是軌跡設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，管材曲率的重要指標(biāo)是管材成品的小彎曲半徑R，在軌跡設(shè)計(jì)過(guò)程中的每個(gè)弧段的彎曲半徑R1應(yīng)比管材的小彎曲半徑大（R1＞R），但是R1的彎曲率應(yīng)比鉆桿小彎曲半徑R2的彎曲率?。≧1＞R2）。這是導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)的兩個(gè)必要條件。

通常在出廠時(shí)，廠家就對(duì)R2的數(shù)值進(jìn)行過(guò)標(biāo)定，并根據(jù)這一數(shù)值對(duì)每根鉆桿的極限曲率α進(jìn)行過(guò)計(jì)算。因此在軌跡設(shè)計(jì)前就應(yīng)對(duì)管材彎曲半徑和施工中每鉆桿的變換率進(jìn)行確定，可通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

1) 管材小彎曲半徑R計(jì)算公式

R=（r×E）/σ

r—管材的半徑

E—管材材質(zhì)的彈性模量

σ—管材材質(zhì)的屈服強(qiáng)度

2) 每根鉆桿的曲率α1的計(jì)算公式

α1=｛2×R×SIN2((L×180)/(л×R))｝/3

R—管材小彎曲半徑

L—每根鉆桿長(zhǎng)度

л—圓周率

2.2.2 入土角A與出土角B的選取

入 土角的角度選取應(yīng)視后退距離的大小、鉆機(jī)的角度變化范圍、鉆機(jī)擺放場(chǎng)地的大小和工程管材的材質(zhì)三方面決定的。一般來(lái)說(shuō)，鉆機(jī)入土的角度同鉆機(jī)本身角度變化范圍成正比，鉆機(jī)擺放場(chǎng)地成反比，同工程管材的曲率半徑成反比，同后退距離成反比。在選取入土角時(shí)，首先考慮工程管線的曲率半徑和后退距離的大小，其次考慮入鉆場(chǎng)地大小和鉆機(jī)本身角度范圍。

出土角則應(yīng)視出土造斜段的長(zhǎng)度、工程管線的曲率半徑、出土坑的工作場(chǎng)地大小和原有地下管線的埋置深度等因素綜合來(lái)定。出土角的大小同上述因素成反比，但造斜段的長(zhǎng)度和工程管線的曲率半徑考慮因素。

2.2.3 小后退距離L1的計(jì)算

后 退距離是擬定鉆進(jìn)曲線的最深點(diǎn)至鉆機(jī)入土點(diǎn)的水平投影距離。其計(jì)算首先是考慮鉆進(jìn)軌跡線路上深或淺的管線深度、建構(gòu)筑物基礎(chǔ)的大埋深、地表河流的河床部深度，根據(jù)以上條件和工程管線的埋深要求確定出導(dǎo)向軌跡的大控制深度H1，從深點(diǎn)至入鉆點(diǎn)的小長(zhǎng)度為小后退距離L1。

計(jì)算小后退距離時(shí)應(yīng)綜合考慮入鉆角A、入鉆點(diǎn)深度H2、鉆桿曲率、每個(gè)控制點(diǎn)的深度等等。計(jì)算時(shí)以每?jī)蓚€(gè)控制點(diǎn)內(nèi)的長(zhǎng)度為計(jì)算控制單元，以每根鉆桿為計(jì)算單位。計(jì)算時(shí)可通過(guò)下列步驟進(jìn)行驗(yàn)算：

一根鉆桿深度：H2（入鉆點(diǎn)深度）

二根鉆桿深度：H2+L×A

三根鉆桿深度：H2+L×A + L×（A－α1）

以此類推直至深度為深點(diǎn)的控制深度H1。然后將達(dá)到這一深度的鉆桿數(shù)累加乘以每根鉆桿的長(zhǎng)度即為后退距離L1。

將每根鉆桿的曲率變化及相對(duì)應(yīng)的深度繪制成圖即為導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)曲線圖。

2.2.4 軌跡設(shè)計(jì)要求

軌跡設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：

1、設(shè)計(jì)的軌跡長(zhǎng)度應(yīng)與工程要求中所示的工程管線長(zhǎng)度一致（污水管例外）；

2、導(dǎo)向軌跡的深度與工程管線埋置深度要求一致；

3、軌跡每個(gè)彎曲段的曲率半徑應(yīng)大于工程管線的小彎曲半徑；

4、水平方向應(yīng)與控制點(diǎn)方向相一致，水平偏差小于等于1米；

5、除信息管線外，其它工程管線的軌跡中不得有起伏不平段；

6、對(duì)穿越信號(hào)干擾區(qū)或是河道，軌跡盡量設(shè)計(jì)成水平段；

3 結(jié)論

1、對(duì)工程要求的正確理解是導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)的前提。

2、查明地下管線和工程障礙是軌跡設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

3、正確地計(jì)算工程參數(shù)是工程成敗的關(guān)健所在。

4 施工存在的問題

依據(jù)現(xiàn)有施工手段無(wú)法對(duì)有較強(qiáng)施工干擾的地區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確地導(dǎo)向定位。