水平定向钻进拖拉管施工方法

技术领域

本发明涉及地下管线施工技术领域，尤其涉及一种水平定向钻进拖拉管施工方法。

背景技术

水平定向钻进是指在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工工艺。它具有施工速度快，成本低，不需要开挖路面，对施工现场周围环境的破坏小等优点。然而，目前在水平定向钻进施工过程中，仍然存在所钻进形成的导向孔偏离预先规划路径的问题，致使后续铺设的管线偏离预先规划的路线。因此，需要进一步研究如何保证施工过程中导向孔的钻进轨迹，以提高整个施工的质量和效率。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的一个目的是提供一种水平定向钻进拖拉管施工方法，其可以提高水平定向钻进拖拉管的施工效率和施工质量。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水平定向钻进拖拉管施工方法，包括：

步骤一、确定施工场所的出土点和入土点，根据所述入土点和所述出土点确定设计轨迹；

步骤二、在所述定向钻机上安装导向钻头，通过所述定向钻机钻进导向孔；在所述定向钻机的钻进过程中，通过安装于所述导向钻头上的导向装置采集所述导向钻头的实际轨迹，所述导向装置将所述实际轨迹发送至设置于地面上的控制装置；所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合；

步骤三、待完成对所述导向孔的钻进，将所述导向钻头从所述定向钻机拆下，在所述定向钻机上安装扩孔钻头，通过所述定向钻机对所述导向孔进行一次或多次扩孔作业；

步骤四、在最后一次扩孔作业之前，在所述定向钻机上安装管线，所述管线与所述扩孔钻头分别设置于所述定向钻机的两侧；通过所述定向钻机进行最后一次扩孔，并通过拖拉所述管线完成对所述管线的铺设作业。

优选的是，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤二中，所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合，包括：

所述控制装置根据所述实际轨迹和所述设计轨迹的比较结果，确定所述实际轨迹和所述设计轨迹之间的偏差，根据所述实际轨迹和所述设计轨迹之间的偏差，生成所述导向钻头的方向纠偏参数；所述导向钻头的方向纠偏参数包括所述导向钻头的纠偏后方向与纠偏前方向之间的方向夹角；

所述外部输入的第一控制指令包括针对所述方向纠偏参数进行确认的控制指令；

所述控制装置根据所述外部输入的第一控制指令和所述方向纠偏参数，控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合。

优选的是，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述外部输入的第一控制指令包括对所述方向纠偏参数进行修改的控制指令；

所述控制装置根据所述外部输入的第一控制指令，对所述方向纠偏参数进行修改，根据修改后的方向纠偏参数控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合。

优选的是，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤一包括：根据设计轨迹确定沿着所述设计轨迹钻进时所述导向钻头的设计方向；

所述步骤二中，所述导向钻头的实际轨迹包括连续采集的所述导向钻头的多个实际位置；通过所述导向装置采集所述导向钻头在多个实际位置处的实际方向；

所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合，还包括：

所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间未发生偏差，所述控制装置将所述导向钻头在多个实际位置中最后一个实际位置处的实际方向与所述设计轨迹中与所述最后一个实际位置相应的位置处的设计方向比较，如发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第二控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合。

优选的是，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤二中，通过安装于所述导向钻头上的温度检测装置采集所述导向钻头的实际温度，所述温度检测装置将所述实际温度发送至所述控制装置；所述控制装置将所述实际温度与预设的温度阈值进行比较，当所述实际温度超过所述预设的温度阈值，所述控制装置接收外部输入的第三控制指令而控制所述定向钻机停止工作。

优选的是，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤二中，当所述实际温度降低至所述预设的温度阈值以下，所述控制装置接收外部输入的第四控制指令而控制所述定向钻机重新开始工作。

优选的是，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述设计轨迹包括第一造斜段、直线段和第二造斜段，所述第一造斜段的两端分别连接所述入土点和所述直线段，所述第二造斜段的两端分别连接所述出土点和所述直线段。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明实施例提供了一种水平定向钻进拖拉管施工方法，包括：步骤一、确定施工场所的出土点和入土点，根据所述入土点和所述出土点确定设计轨迹；步骤二、在所述定向钻机上安装导向钻头，通过所述定向钻机钻进导向孔；在所述定向钻机的钻进过程中，通过安装于所述导向钻头上的导向装置采集所述导向钻头的实际轨迹，所述导向装置将所述实际轨迹发送至设置于地面上的控制装置；所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合；步骤三、待完成对所述导向孔的钻进，将所述导向钻头从所述定向钻机拆下，在所述定向钻机上安装扩孔钻头，通过所述定向钻机对所述导向孔进行一次或多次扩孔作业；步骤四、在最后一次扩孔作业之前，在所述定向钻机上安装管线，所述管线与所述扩孔钻头分别设置于所述定向钻机的两侧；通过所述定向钻机进行最后一次扩孔，并通过拖拉所述管线完成对所述管线的铺设作业。本发明利用导向装置对导向钻头的实际轨迹进行监测，控制装置自动获取实际轨迹，并将实际轨迹与设计轨迹相比较，再根据外部输入的第一控制指令而控制定向钻机调整导向钻头的实际方向，从而使导向钻头的实际轨迹与设计轨迹相重合，再在此基础上进行扩孔和管线铺设。基于上述过程，本发明提高了水平定向钻进拖拉管施工的施工效率和施工质量。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明实施例所述的水平定向钻进拖拉管施工方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明实施例提供了一种水平定向钻进拖拉管施工方法，包括：

步骤一、设计轨迹：确定施工场所的出土点和入土点，根据所述入土点和所述出土点确定设计轨迹。

步骤二、导向孔钻进：在所述定向钻机上安装导向钻头，通过所述定向钻机钻进导向孔；在所述定向钻机的钻进过程中，通过安装于所述导向钻头上的导向装置采集所述导向钻头的实际轨迹，所述导向装置将所述实际轨迹发送至设置于地面上的控制装置；所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合。

步骤三、扩孔：待完成对所述导向孔的钻进，将所述导向钻头从所述定向钻机拆下，在所述定向钻机上安装扩孔钻头，通过所述定向钻机对所述导向孔进行一次或多次扩孔作业。

步骤四、管线铺设：在最后一次扩孔作业之前，在所述定向钻机上安装管线，所述管线与所述扩孔钻头分别设置于所述定向钻机的两侧；通过所述定向钻机进行最后一次扩孔，并通过拖拉所述管线完成对所述管线的铺设作业。

具体地，在步骤二中，本发明利用导向装置对导向钻头的实际轨迹进行监测，控制装置自动获取实际轨迹，并将实际轨迹与设计轨迹相比较，再根据外部输入的第一控制指令而控制定向钻机调整导向钻头的实际方向，从而使导向钻头的实际轨迹与设计轨迹相重合。接下来，在步骤三和步骤四中，均可以依据步骤二所最终形成的实际轨迹，进行扩孔作业和管线铺设的作业。基于上述过程，本发明提高了水平定向钻进拖拉管施工的施工效率和施工质量。

在一个优选的实施例中，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤二中，所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合，包括：所述控制装置根据所述实际轨迹和所述设计轨迹的比较结果，确定所述实际轨迹和所述设计轨迹之间的偏差，根据所述实际轨迹和所述设计轨迹之间的偏差，生成所述导向钻头的方向纠偏参数；所述导向钻头的方向纠偏参数包括所述导向钻头的纠偏后方向与纠偏前方向之间的方向夹角；所述外部输入的第一控制指令包括针对所述方向纠偏参数进行确认的控制指令；所述控制装置根据所述外部输入的第一控制指令和所述方向纠偏参数，控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合。

在本实施例中，控制装置可以根据实际轨迹和设计轨迹之间的比较结果，来计算出实际轨迹和设计轨迹之间的偏差，例如，计算出二者之间的距离。在实际钻进过程中，实际轨迹偏离设计轨迹，通常是由导向钻头的方向出现了偏离。换句话说，可以通过调整导向钻头的实际方向，使导向钻头的实际轨迹回到设计轨迹上来。因此，根据实际轨迹和设计轨迹之间的偏差，控制装置可以自动计算方向纠偏参数。

监控人员可以通过显示器查看到实际轨迹、设计轨迹、二者之间的偏差以及方向纠偏参数，并判断控制装置所计算的方向纠偏参数是否正确，如判断正确，监控人员可以向控制装置输入第一控制指令，对方向纠偏参数进行确认，控制装置将根据接收到的第一控制指令和自动计算的方向纠偏参数，调整导向钻头的实际方向。

在一个优选的实施例中，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述外部输入的第一控制指令包括对所述方向纠偏参数进行修改的控制指令；所述控制装置根据所述外部输入的第一控制指令，对所述方向纠偏参数进行修改，根据修改后的方向纠偏参数控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合。

进一步地，监控人员还可以对控制装置自动计算的方向纠偏参数进行修改，以使其更符合实际情况。控制装置将根据修改后的方向纠偏参数对导向钻头的实际方向进行调整。

在一个优选的实施例中，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤一包括：根据设计轨迹确定沿着所述设计轨迹钻进时所述导向钻头的设计方向；所述步骤二中，所述导向钻头的实际轨迹包括连续采集的所述导向钻头的多个实际位置；通过所述导向装置采集所述导向钻头在多个实际位置处的实际方向；所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合，还包括：所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间未发生偏差，所述控制装置将所述导向钻头在多个实际位置中最后一个实际位置处的实际方向与所述设计轨迹中与所述最后一个实际位置相应的位置处的设计方向比较，如发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第二控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合。

当实际轨迹与设计轨迹未发生偏离，而导向钻头的实际方向也未偏离设计方向，说明导向钻头在沿着设计轨迹钻进。当实际轨迹与设计轨迹发生偏离时，导向钻头的实际方向也会偏离设计方向。然而当实际轨迹与设计轨迹未发生偏离，还可能存在导向钻头的实际方向刚刚偏离设计方向的情况，在这种情况下，在接下来的钻进过程中，将会发生导向钻头的实际轨迹与设计轨迹偏离的情况。因此，需要对最后一种情况进行区分。

具体地，导向装置所采集的实际轨迹实际是连续采集的多个轨迹点，即多个实际位置。这些实际位置连接起来，即构成实际轨迹。导向装置在采集实际位置时，还可以采集在这些实际位置处导向钻头的实际方向。当实际轨迹与设计轨迹之间未发生偏差时，控制装置确定将实际轨迹的最后一个实际位置(即最新一次采集结果)在设计轨迹中相对应的设计位置，将最后一个实际位置处的实际方向与设计轨迹中相应的设计位置处的设计方向相比较，如两个方向彼此一致，则不需要对导向钻头的方向进行调整，如实际方向与设计方向之间发生偏差，则监控人员根据这一偏差输入第二控制指令，控制装置根据第二控制指令对导向钻头的实际方向进行调整。

其中，控制装置也可以根据上述实际方向与设计方向之间的偏差，计算方向纠偏参数，再由监考人员对这一方向纠偏参数进行确认或修改，控制装置再根据经确认或者经修改的方向纠偏参数对导向钻头的实际方向进行调整。

在一个优选的实施例中，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤二中，通过安装于所述导向钻头上的温度检测装置采集所述导向钻头的实际温度，所述温度检测装置将所述实际温度发送至所述控制装置；所述控制装置将所述实际温度与预设的温度阈值进行比较，当所述实际温度超过所述预设的温度阈值，所述控制装置接收外部输入的第三控制指令而控制所述定向钻机停止工作。

导向钻头的钻进过程中，钻头温度会持续升高。因此，在钻进过程中，须向钻孔中持续注入浆液，以降低钻头温度，减小摩擦，润滑孔壁。通过温度检测装置对导向钻头的实际温度进行实时监测，以避免出现钻头温度过高的情况。当实际温度超过预设的温度阈值，监控人员可以输入第三控制指令，控制装置控制定向钻机暂时停止作业，以等待钻头降温。

在一个优选的实施例中，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述步骤二中，当所述实际温度降低至所述预设的温度阈值以下，所述控制装置接收外部输入的第四控制指令而控制所述定向钻机重新开始工作。

当实际温度降低至预设的温度阈值以下，监控人员可以输入第四控制指令，控制装置控制定向钻机恢复作业。

在一个优选的实施例中，所述的水平定向钻进拖拉管施工方法中，所述设计轨迹包括第一造斜段、直线段和第二造斜段，所述第一造斜段的两端分别连接所述入土点和所述直线段，所述第二造斜段的两端分别连接所述出土点和所述直线段。

综上所述，本发明实施例提供了一种水平定向钻进拖拉管施工方法，包括：步骤一、确定施工场所的出土点和入土点，根据所述入土点和所述出土点确定设计轨迹；步骤二、在所述定向钻机上安装导向钻头，通过所述定向钻机钻进导向孔；在所述定向钻机的钻进过程中，通过安装于所述导向钻头上的导向装置采集所述导向钻头的实际轨迹，所述导向装置将所述实际轨迹发送至设置于地面上的控制装置；所述控制装置将所述实际轨迹和所述设计轨迹比较，当所述实际轨迹与所述设计轨迹之间发生偏差，所述控制装置接收外部输入的第一控制指令而控制所述定向钻机调整所述导向钻头的实际方向，以使所述导向钻头的实际轨迹与所述设计轨迹重合；步骤三、待完成对所述导向孔的钻进，将所述导向钻头从所述定向钻机拆下，在所述定向钻机上安装扩孔钻头，通过所述定向钻机对所述导向孔进行一次或多次扩孔作业；步骤四、在最后一次扩孔作业之前，在所述定向钻机上安装管线，所述管线与所述扩孔钻头分别设置于所述定向钻机的两侧；通过所述定向钻机进行最后一次扩孔，并通过拖拉所述管线完成对所述管线的铺设作业。本发明利用导向装置对导向钻头的实际轨迹进行监测，控制装置自动获取实际轨迹，并将实际轨迹与设计轨迹相比较，再根据外部输入的第一控制指令而控制定向钻机调整导向钻头的实际方向，从而使导向钻头的实际轨迹与设计轨迹相重合，再在此基础上进行扩孔和管线铺设。基于上述过程，本发明提高了水平定向钻进拖拉管施工的施工效率和施工质量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。