上海煤氣第二管線有限公司 趙官慧

0 概況

水平定向鉆穿越施工具有不會阻礙交通，不會破壞綠地、植被，不會影響商店、醫(yī)院、學(xué)校和居民的正常生活和工作秩序，解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾；同時沒有水上、水下作業(yè)，不影響江河通航，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)，施工不受季節(jié)限制，具有施工周期短人員少、成功率高施工安全可靠等特點(diǎn)。在工程施工中越來越多的建設(shè)單位及監(jiān)管部門傾向于水平定向鉆的施工，使得水平定向鉆施工的工程量也越來越多。但隨之而來的是第三方跟測技術(shù)的不完善，造成了數(shù)不清的定向鉆工程的竣工資料不完善。當(dāng)需要辦理交底手續(xù)時，常常是施工單位施工，有導(dǎo)向施工記錄，但不敢提供給別人，造成現(xiàn)在的施工單位為摸清管線，費(fèi)盡心思，費(fèi)時費(fèi)力。

然而近幾年，基于慣性技術(shù)的新設(shè)備的出現(xiàn)，在部分行業(yè)內(nèi)已得到實(shí)施，也獲得了一定的好評，但其不能解決已有管線的測量問題，特別是不能進(jìn)行預(yù)留空管的行業(yè)，如化工管道、燃?xì)夤艿?、給水管道等；如何摸清已施工的管線位置與深度已成為施工單位的一個難題，將制約定向鉆行業(yè)在城市區(qū)域內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)展。

現(xiàn)利用慣性技術(shù)測量的技術(shù)成果，來反向驗(yàn)證和推演過去 30多年來定向鉆施工的竣工資料的可信度，也給管線運(yùn)營方在交底時更小的壓力，盡可能地利用寶貴地下空間資源。由于問題較寬泛，我只在一定的地質(zhì)條件下的D300鋼管的深度方面進(jìn)行探索。

1 驗(yàn)證和推演思路

(1)選取某一區(qū)域同一土質(zhì)范圍內(nèi)的同一口徑、同一材質(zhì)的若干工程；

(2)對每個工程的導(dǎo)向數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將其中測量到角度的部分按實(shí)輸入至計(jì)算表格；

(3)盲打或信號干擾角度不能獲得的部分可用上下兩角度的平均值作為此處的角度值，也可用導(dǎo)向時的命令值作為此處的角度值；

(4)若一個較大區(qū)域內(nèi)都不能測得角度，則認(rèn)為其盡可能平滑，利用繪圖的方法，利用距離與兩側(cè)的角度計(jì)算或繪出其圖形；

(5)將上述數(shù)據(jù)與慣性技術(shù)測量的數(shù)據(jù)(假定為準(zhǔn)確，因?yàn)槠湔`差較小)進(jìn)行比較，因?yàn)閼T性技術(shù)測量的數(shù)據(jù)為管道的軌跡，故兩者存在著一定的偏差，找出偏差的規(guī)律，則可作為以后其他類似條件下的導(dǎo)向記錄的誤差范圍。

2 驗(yàn)證和推演過程

(1)金山漕廊公路上4條定向鉆工程，均為D300鋼管。

(2)地質(zhì)情況見下：場地第 1層雜填土，層厚1.50~2.30 m，結(jié)構(gòu)松散，成分復(fù)雜，土質(zhì)不均勻，具高壓縮性，土性較差。第 2層褐黃色~灰黃色粉質(zhì)粘土層，厚度1.10~1.90 m，平均厚度1.57 m，中等壓縮性，干強(qiáng)度韌性中等。第3層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，厚度7.10~7.30 m，平均厚度7.23 m，流塑狀態(tài)，土層分布穩(wěn)定。第4層灰色淤泥質(zhì)粘土層，厚度6.70~7.20 m，平均厚度6.90 m，流塑狀態(tài)，土層分布穩(wěn)定。第 5層灰色粘土，層頂標(biāo)高-13.53~-13.87 m，未穿，為高等壓縮性土層。

(3)數(shù)據(jù)整理情況：不能測到角度的用灰色背景標(biāo)出。工程1、4數(shù)值以導(dǎo)向命令值代替(見表1、表3)；工程2數(shù)值為上下兩數(shù)值的平均值(見表2)；工程3全部測出。

表1 工程1的導(dǎo)向記錄

表2 工程2的導(dǎo)向記錄

表3 工程4的導(dǎo)向記錄

(4)分別繪出導(dǎo)向軌跡圖和慣性技術(shù)測量數(shù)據(jù)圖，組合兩圖找出差異。

此處由于鉆機(jī)計(jì)算鉆桿長度時和慣性技術(shù)測量長度是有差異的，此4處工程為第1根長度應(yīng)為鉆桿長度加導(dǎo)向鉆頭處探棒放置長度減去回拖鉆頭長度和拉頭及兩卸扣總長度，約為4.6 m；故標(biāo)高應(yīng)分別向上升0.33 m、0.4 m、0.38 m、0.34 m。

(5)從分析模型(見圖 1)入手，可得到下面幾個論點(diǎn)：

圖1 穿越施工實(shí)際管道與理想管道的模型

①實(shí)際軌跡在改變角度的情況下，除地質(zhì)情況外應(yīng)比設(shè)計(jì)軌跡的曲率大；

②實(shí)際的入、出土角度應(yīng)小于導(dǎo)向數(shù)據(jù)；在 4個工程實(shí)例中均有所體現(xiàn)；

③由于擴(kuò)孔直徑為管道直徑的1.5倍，在D300鋼管施工時，一般為300 mm和500 mm回?cái)U(kuò)兩次，正常偏差應(yīng)不超過±0.8 m，在超出此范圍的情況應(yīng)在角度信號不能獲得的點(diǎn)前后開始出現(xiàn)；若重新采集到角度信號時，角度大于設(shè)計(jì)或命令角度，則實(shí)際應(yīng)較按命令記錄的導(dǎo)向軌跡淺；若重新采集到角度信號時，角度小于設(shè)計(jì)或命令角度，則實(shí)際應(yīng)較按命令記錄的導(dǎo)向軌跡深；

④無信號區(qū)一般采取盲打的方式，盲打區(qū)越長則偏差一般越大；

⑤導(dǎo)向軌跡的記錄是每根鉆桿變化的累積，故在較長的盲打后，軌跡由于盲打區(qū)的深度累積作用會使后續(xù)的深度與設(shè)計(jì)深度保持一定的穩(wěn)定偏差。在第四個工程體現(xiàn)的最充分。

(6)分析4個工程圖示

①由無盲打區(qū)的工程3先分析：

工程3中由于沒有盲打的區(qū)域，其與慣性技術(shù)測量數(shù)據(jù)圖相比較，最大偏差僅為0.29 m，見圖2。說明此地質(zhì)情況下鋼管基本不上浮或下沉，可以用導(dǎo)向記錄來表示管道的深度。

圖2 工程3中最大偏差

圖3 工程1中最大偏差

③工程2中，其與慣性技術(shù)測量數(shù)據(jù)圖相比較，偏差不是很有規(guī)律，只是在出土側(cè)偏差較大，且長度比慣性技術(shù)測量數(shù)據(jù)圖長一些，幾乎是平行線，估計(jì)是在其中的幾個不能測出的點(diǎn)處的估算角度引起，見圖4。

圖4 工程2出土側(cè)與測量圖相對位置

無信號點(diǎn)是估算角度的位置，無信號點(diǎn)2處若角度增加的話(見圖5)，平行部分就可能重合，加上鋼管的剛性，在無信號點(diǎn)2之前的深度就會增加，無信號點(diǎn)1深度增加(見圖6)，從而更加符合實(shí)際。

圖5 無信號2點(diǎn)處的相對位置

圖6 無信號1點(diǎn)處的相對位置

④在工程四中有個很有特點(diǎn)的現(xiàn)象：需要將入、出土點(diǎn)的高程驗(yàn)證一下；

先將入土點(diǎn)作為相對零點(diǎn)，與測量曲線對照，出土側(cè)圖示平行偏差為0.7 m，而盲打區(qū)相差0.9 m；如圖7、8所示。

圖7 工程4中出土側(cè)與實(shí)際的最大偏差

圖8 工程4中無信號區(qū)各軌跡線與實(shí)際的最大偏差

再將出土點(diǎn)作為相對零點(diǎn)，重新與測量曲線對照，入土側(cè)圖示平行偏差為0.34 m，而盲打區(qū)相差0.5 m；

圖9 工程4中入土側(cè)與實(shí)際的最大偏差

試將入土點(diǎn)和出土點(diǎn)分別為相對零點(diǎn)的圖畫在一起，無信號區(qū)域與兩圖用切點(diǎn)弧連起來，就組成了一個新的圖，見圖8中修正的導(dǎo)向軌跡線，此圖精度更高，故將此圖作為竣工圖應(yīng)該是符合實(shí)際的。

3 結(jié)論

從上述的4個工程可以看出，針對模型的論點(diǎn)也能較好的給予驗(yàn)證和體現(xiàn)；除工程2外，其他3個工程應(yīng)該還是有一定的規(guī)律可尋的，針對鋼管工程大體都有比實(shí)測稍淺的特點(diǎn)，不做特殊的處理也可以近似地認(rèn)為是管道的軌跡，則可認(rèn)為管道的軌跡利用導(dǎo)向記錄表來表示可信度較高。

對工程4中的問題，說明利用地面高程對記錄表來進(jìn)行驗(yàn)證一下，這樣對提高精度也是有利的。

針對工程2中的問題應(yīng)加強(qiáng)重視曲率半徑偏小的工程，一般總長小的工程易發(fā)生此問題，這類問題要考慮到鋼管的剛性會引起深度的連鎖反應(yīng)。