hdd施工中关键技术的分析

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1、HDD施工中关键技术的分析与研究摘要：hdd施工方式具有不开挖路面、不阻断交通、不影响环境的优点，它的前景相当广阔，具有极大的社会效益和经济效益。本文将对hdd技术的施工原理、施工过程、施工方式、施工中的关键技术要点、技术参数做出研究。关键词：hdd施工工艺回拉力施工参数1概述hdd，即horizontaldirectionaldrilling,水平定向钻技术是指利用导航仪的导向作用,使导向钻头沿着设计轨迹钻进,完成导向孔的施工,再利用反拉扩孔的施工方法将工作管道铺设在设计位置的一种非开挖管道施工的方式。随着现代文明意识和环保意识的逐渐加强，开挖路面进行各类地下管线施工导致的社会问

2、题，交通问题和环境污染问题已越来越受人民的关注，城市限制开挖施工的法规将陆续出台，可以进行非开挖施工的水平定向钻穿越施工技术是不破坏地貌状态和保护环境的最理想的施工方法。无论是大型还是中小型水平定向钻，其基本结构包括主机、钻具、导向系统、泥浆系统以及智能辅助系统。hdd工艺流程包括：现场勘测及地下构筑物调查→导向孔轨迹设计→操作坑开挖→导向孔施工→反拉扩孔→回拖管道→竣工验收。其中最关键的技术是导向孔轨迹设计和回拖拉力的核算。2导向孔轨迹设计及扩孔技术要求2.1现场勘测及地下构筑物调查施工前施工技术人员需对施工现场进行勘测，确定hdd施工管线的起点、终点位置。对沿线各种检查井逐一探

3、查，判明地下管线设施直径、走向及高程。同时前往相关管理部门，调阅档案资料，并与现场勘测结果逐一核对，不符之处重新勘察，最后绘制出完整的施工现场地下管线设施分布平面图及剖面图。2.2导向孔轨迹设计结合完整的地下管线设施分布平面图及剖面图，合理确定施工管道需避让其他现状管线设施的深度和轨迹。2.2.1导向孔轨迹相关计算（1）定向钻孔轨迹线段由造斜直线段、曲线段、水平直线段等组成，为保证水平直线段精度要求，造斜段水平距离l见下图，可按下式计算确定。ho=h-d/2l=2a+[ho-a(sinα+sin2α+…+sin(nα))]/tg(nα)+a(cosα+cos2α+…+cos(nα)

4、)n取值在3~5范围。图1图2（2）pe管材的弯曲半径应大于管材外径的40倍。控制的最小曲率半径可按下式计算。rmin=ed/（2σp）（3）钻杆的曲率半径应由钻杆的弯曲强度值所确定。根据经验一般rz≥1200dz。h―管道埋深（管内底深度，单位为m）ho－管道中心线深度(m)d－管外径(mm)dn－管公称内径(mm)l－定向钻造斜段水平距离(m)a－每节导向钻杆长度(m)α－相邻两节钻杆允许转向角(°)rmin－管道最小曲率半径(m)e－管道弹性模量（mpa）σp－管道弯曲应力（mpa）rz－钻杆曲率半径(m)2.2.2.导向孔轨迹相关要求（1）入土造斜段与管道直线段之间及管道直

5、线段与出土造斜段之间，至少应有一根钻杆长度达到管道直线段坡度要求。（2）入土角不宜超过15°，出土角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定，一般不宜超过20°。（3）相邻两节钻杆允许转向角根据土质条件，钻杆长度、材料等因素确定，土质越软弱，α角越小，α角取值一般在1.5°~3.0°。（4）定向钻进敷管穿越公路、铁路、河流时，最小覆土厚度应符合有关专业规范要求；当专业规范无特殊要求时，管道敷设最小覆土厚度应符合下表规定表1（5）钻进中每根钻杆允许调整变化的角度为：α=li*360/2rπ2.3hdd反拉扩孔施工的技术要求扩孔施工是hdd非开挖施工技术中的关键技术之一，它直接关系到

6、hdd施工的成败。扩孔方法主要包括反拉回转扩孔法、正向回转扩孔法、反拉切割扩孔法。其中，反拉回转扩孔法应用比较广泛，该方法首先利用小孔径的扩孔钻头反拉扩孔，然后依次扩大，直到达到实际要求的孔径。最终完成的扩孔直径按下面的公式计算：d=k.d其中：d—适合铺管的钻孔直径；d—管材外径；k—经验系数，一般k取1.2—1.5，地层完整时k取值较小，地层复杂时k取值较大。3hdd技术安装管道时回拖拉力的计算3.1管道回拖时受力特征理想的钻孔轨迹如图3所示，由进口处的倾斜段、中间的水平直线段和出口处的倾斜段组成。回拖时钻机作用于管道的拉力主要克服管道与地表面摩擦阻力、孔道内壁的摩擦阻力、钻孔

7、液阻力和通过弯曲段时管道变形的阻力。图3钻孔轨迹示意图3.1.1直线段摩擦阻力直线段摩擦阻力可分为与地表面摩擦阻力和与管道壁的摩擦阻力。(1)与地面摩擦阻力式中:ws—单位长度管道的重力，kn/m；fd—管道与地表面的摩擦系数；l—管道的总长度，m；lk一管道在孔道内的长度，m。(2)与孔道内壁的摩擦阻力由于孔道内钻孔液的作用，孔内管道可能因浮力作用向上漂浮，图2为管道通过倾斜段时的受力分析。管道与孔道壁的摩擦阻力应是管道的重力与浮力共同作用的结果，除此之外在倾斜段管