如何設計水平定向鉆的導向軌跡？

1. 工程踏勘

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

1.1 地形勘測

地形勘測是導向孔軌跡設計前必做的工作之一，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與入土點的通視情況。

對地面上的建筑物、構筑物和河水流速應作詳細的了解，同時施工路徑上的地下隱蔽工程也應作詳盡了解，弄清其埋深、分布部位以及對導向施工的影響程度。

1.2 背景噪音

背景噪音是指在施工過程中影響定位儀讀數(shù)及測量準確性的干擾信號和干擾源。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)射干擾信號從而影響定位儀的；另一類是屏蔽性的，就是通過阻擋定位儀的信號傳遞從而干擾定位儀。

這兩種噪音在導向孔施工時對儀器讀數(shù)的影響特別大，因此在軌跡設計前一定要調(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回拖鋪管時管頭兩端的埋置深度、管線長度、管道坡度、過河的河底埋置深度和工程管線的平面位置要求。導向孔軌跡設計前相關工程技術要求應完全明了。

1.4 管線定位

導 向孔軌跡設計前應對施工路徑上的原有管線進行全方位的探測，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系。管線探測一般分為四部進行：一是將肉眼所能見到的管線標志分類作好標記，對于能直接揭示的工程管線則直接測量其深度及走向；二是對特殊管線的露頭，利用管線探測儀對其進行定位；三是對于沒有露頭而實際存在的管線利用儀器進行掃描進行定位。對于河流底部原先存在的管線，則應調(diào)其相應的工程圖紙對其深度和走向予以確認。按管線的相關位置繪制綜合地下管線分布圖。

2 平面定位及導向孔軌跡設計

2.1 平面定位

平面定位是在導向孔軌跡設計前，在實地根據(jù)原有管線與待鋪管線的相對位置擬定鉆進軌跡的水平走向曲線，然后在該曲線上設置一些控制點。控制點應選擇在擬定軌跡曲線與原有管線相交的部位，當擬定軌跡與原有管線平行時，在水平間距小于1米的部位也應設置控制點。這些控制點可為導向孔施工時提供水平位置和深度的參照。

對于擬定軌跡穿越河流時，應在河堤兩側15米范圍內(nèi)按每3米設置一個控制點，并盡量保證該15米為一條直線，為導向鉆頭進入河床創(chuàng)造有利的鉆進趨勢。待控制點全部設置完后，繪制出控制點的平面圖，為后續(xù)的軌跡設計提供設計依據(jù)。

2.2 導向孔軌跡設計

2.2.1 管材小彎曲半徑R及鉆桿曲率α1的計算

管材曲率是軌跡設計的重要依據(jù)，管材曲率的重要指標是管材成品的小彎曲半徑R，在軌跡設計過程中的每個弧段的彎曲半徑R1應比管材的小彎曲半徑大（R1＞R），但是R1的彎曲率應比鉆桿小彎曲半徑R2的彎曲率?。≧1＞R2）。這是導向孔軌跡設計的兩個必要條件。

通常在出廠時，廠家就對R2的數(shù)值進行過標定，并根據(jù)這一數(shù)值對每根鉆桿的極限曲率α進行過計算。因此在軌跡設計前就應對管材彎曲半徑和施工中每鉆桿的變換率進行確定，可通過如下公式進行計算：

1) 管材小彎曲半徑R計算公式

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)的屈服強度

2) 每根鉆桿的曲率α1的計算公式

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 土角的角度選取應視后退距離的大小、鉆機的角度變化范圍、鉆機擺放場地的大小和工程管材的材質(zhì)三方面決定的。一般來說，鉆機入土的角度同鉆機本身角度變化范圍成正比，鉆機擺放場地成反比，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，首先考慮工程管線的曲率半徑和后退距離的大小，其次考慮入鉆場地大小和鉆機本身角度范圍。

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

2.2.3 小后退距離L1的計算

后 退距離是擬定鉆進曲線的最深點至鉆機入土點的水平投影距離。其計算首先是考慮鉆進軌跡線路上深或淺的管線深度、建構筑物基礎的大埋深、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向軌跡的大控制深度H1，從深點至入鉆點的小長度為小后退距離L1。

計算小后退距離時應綜合考慮入鉆角A、入鉆點深度H2、鉆桿曲率、每個控制點的深度等等。計算時以每兩個控制點內(nèi)的長度為計算控制單元，以每根鉆桿為計算單位。計算時可通過下列步驟進行驗算：

一根鉆桿深度：H2（入鉆點深度）

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的控制深度H1。然后將達到這一深度的鉆桿數(shù)累加乘以每根鉆桿的長度即為后退距離L1。

將每根鉆桿的曲率變化及相對應的深度繪制成圖即為導向孔軌跡設計曲線圖。

2.2.4 軌跡設計要求

軌跡設計時應滿足以下要求：

1、設計的軌跡長度應與工程要求中所示的工程管線長度一致（污水管例外）；

2、導向軌跡的深度與工程管線埋置深度要求一致；

3、軌跡每個彎曲段的曲率半徑應大于工程管線的小彎曲半徑；

4、水平方向應與控制點方向相一致，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、對穿越信號干擾區(qū)或是河道，軌跡盡量設計成水平段；

3 結論

1、對工程要求的正確理解是導向孔軌跡設計的前提。

2、查明地下管線和工程障礙是軌跡設計的重要依據(jù)。

3、正確地計算工程參數(shù)是工程成敗的關健所在。

4 施工存在的問題

依據(jù)現(xiàn)有施工手段無法對有較強施工干擾的地區(qū)進行準確地導向定位。