2024年5月28日发(作者：)

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水平导向钻进法施工

1 概述

水平导向钻进法是一种能够快速铺装地下管线的方法。它的主要特点是, 可

根据预先设计的铺管线路, 驱动装有楔形钻头的钻杆按照预定的方向绕过地下

障碍钻进, 直至抵达目的地。然后, 卸下钻头换装适当尺寸的扩孔器, 使之能够

在拉回钻杆的同时将钻孔扩大至所需直径, 并将需要铺装的管线同时返程牵回

钻孔入口处。

水平导向钻进的钻孔轨迹可以是直的, 也可以是逐渐弯曲的。在导向绕过地

下管线等障碍物,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收坑之间进行, 也可在地表发射, 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

回扩钻孔加大孔径以适应工作管的要求, 见图1。

图1 水平导向钻进施工方法

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。坑内发射钻机固定在发射坑中, 利用坑的前、后壁承受给进力和回拉力。

地表发射钻机将钻机锚固在地面上。多数水平导向钻机采用钻进液润滑钻头、输

送钻屑回工作坑和稳定孔壁, 也有些钻机采用干式钻进。干式钻机施工导向孔时

采用钻头上的高频气动锤钻进。

水平导向钻进法的优点主要表现在：特殊设计的回程扩孔器和泥浆混合泵,

保证新铺管线不受损坏；根据施工现场条件, 可以不挖掘工作井,能铺装直径为

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51mm～1000mm 的各种材质的管线；钻进设备采用集成式设计, 安装速度快；钻

进系统适用各种地质, 不会出现卡钻情况；特殊设计的楔形钻头可随时调整钻进

方向, 绕避障碍；一体式钻杆可为钻进各种地质提供足够的强度和韧度；钻杆自

动装卸系统, 可使操作效率更高, 工作更安全；导向定位系统可测至30 多米的

深度, 确保施工路线准确无误；导向钻进长度可达600m。

水平导向钻进过程受三维控制, 它通过钻杆和一个特殊设计的楔形钻头的

旋转钻进完成线性前进, 当需要改变前进方向时, 只需暂停钻杆的旋转并将钻

头的楔形固定在相应的位置上即可。

在进行水平导向钻进前, 首先要根据实际钻进需要、工程地质情况等绘制总

设计图, 即钻孔曲线图。在钻进时, 要让钻孔路线尽可能保持直线, 以简化作业

并减少钻孔时间和成本。需要特别注意的是曲线弯度不要小于钻杆的最小弯曲半

径。如果曲线弯度过小, 钻杆会永久弯曲或断裂。

在钻进过程中需经常进行纠偏, 纠偏所需的钻进长度取决于工程地质状况

和所用的导向板。根据需要尽可能平繁地停止钻进进行纠偏, 以确保钻孔路线准

确。

2 结构原理

目前, 在非开挖施工技术领域进行水平导向钻进, 常用的进口设备由美国

及德国生产。本文以美国威猛牌D33×44 型水平导向钻机为例, 简要介绍水平导

向钻机的结构原理以及施工情况。

D33×44 型水平导向钻机的最大扭矩为5957Nm,装有一套189L/min 的钻液

供应系统, 具有14969kg的回拖力, 主要组成部分是定位设备、钻机和泥浆混合

系统。钻机是设备的主体, 它包括动力装置、钻架、钻杆和钻头等。主要技术参

数如下：

最大主轴扭矩 5957Nm

实际回拖力 14969kg

发动机功率 93kW

最小钻进孔径 89 mm

最大扩孔直径 600mm

钻杆最小弯曲半径 33m