水平定向钻导向记录在表达测深精度方面的探索

上海煤气第二管线有限公司 赵官慧

0 概况

水平定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地、植被，不会影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰；同时没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。在工程施工中越来越多的建设单位及监管部门倾向于水平定向钻的施工，使得水平定向钻施工的工程量也越来越多。但随之而来的是第三方跟测技术的不完善，造成了数不清的定向钻工程的竣工资料不完善。当需要办理交底手续时，常常是施工单位施工，有导向施工记录，但不敢提供给别人，造成现在的施工单位为摸清管线，费尽心思，费时费力。

然而近几年，基于惯性技术的新设备的出现，在部分行业内已得到实施，也获得了一定的好评，但其不能解决已有管线的测量问题，特别是不能进行预留空管的行业，如化工管道、燃气管道、给水管道等；如何摸清已施工的管线位置与深度已成为施工单位的一个难题，将制约定向钻行业在城市区域内的进一步发展。

现利用惯性技术测量的技术成果，来反向验证和推演过去 30多年来定向钻施工的竣工资料的可信度，也给管线运营方在交底时更小的压力，尽可能地利用宝贵地下空间资源。由于问题较宽泛，我只在一定的地质条件下的D300钢管的深度方面进行探索。

1 验证和推演思路

(1)选取某一区域同一土质范围内的同一口径、同一材质的若干工程；

(2)对每个工程的导向数据进行分析，将其中测量到角度的部分按实输入至计算表格；

(3)盲打或信号干扰角度不能获得的部分可用上下两角度的平均值作为此处的角度值，也可用导向时的命令值作为此处的角度值；

(4)若一个较大区域内都不能测得角度，则认为其尽可能平滑，利用绘图的方法，利用距离与两侧的角度计算或绘出其图形；

(5)将上述数据与惯性技术测量的数据(假定为准确，因为其误差较小)进行比较，因为惯性技术测量的数据为管道的轨迹，故两者存在着一定的偏差，找出偏差的规律，则可作为以后其他类似条件下的导向记录的误差范围。

2 验证和推演过程

(1)金山漕廊公路上4条定向钻工程，均为D300钢管。

(2)地质情况见下：场地第 1层杂填土，层厚1.50~2.30 m，结构松散，成分复杂，土质不均匀，具高压缩性，土性较差。第 2层褐黄色~灰黄色粉质粘土层，厚度1.10~1.90 m，平均厚度1.57 m，中等压缩性，干强度韧性中等。第3层灰色淤泥质粉质粘土层，厚度7.10~7.30 m，平均厚度7.23 m，流塑状态，土层分布稳定。第4层灰色淤泥质粘土层，厚度6.70~7.20 m，平均厚度6.90 m，流塑状态，土层分布稳定。第 5层灰色粘土，层顶标高-13.53~-13.87 m，未穿，为高等压缩性土层。

(3)数据整理情况：不能测到角度的用灰色背景标出。工程1、4数值以导向命令值代替(见表1、表3)；工程2数值为上下两数值的平均值(见表2)；工程3全部测出。

表1 工程1的导向记录

表2 工程2的导向记录

表3 工程4的导向记录

(4)分别绘出导向轨迹图和惯性技术测量数据图，组合两图找出差异。

此处由于钻机计算钻杆长度时和惯性技术测量长度是有差异的，此4处工程为第1根长度应为钻杆长度加导向钻头处探棒放置长度减去回拖钻头长度和拉头及两卸扣总长度，约为4.6 m；故标高应分别向上升0.33 m、0.4 m、0.38 m、0.34 m。

(5)从分析模型(见图 1)入手，可得到下面几个论点：

图1 穿越施工实际管道与理想管道的模型

①实际轨迹在改变角度的情况下，除地质情况外应比设计轨迹的曲率大；

②实际的入、出土角度应小于导向数据；在 4个工程实例中均有所体现；

③由于扩孔直径为管道直径的1.5倍，在D300钢管施工时，一般为300 mm和500 mm回扩两次，正常偏差应不超过±0.8 m，在超出此范围的情况应在角度信号不能获得的点前后开始出现；若重新采集到角度信号时，角度大于设计或命令角度，则实际应较按命令记录的导向轨迹浅；若重新采集到角度信号时，角度小于设计或命令角度，则实际应较按命令记录的导向轨迹深；

④无信号区一般采取盲打的方式，盲打区越长则偏差一般越大；

⑤导向轨迹的记录是每根钻杆变化的累积，故在较长的盲打后，轨迹由于盲打区的深度累积作用会使后续的深度与设计深度保持一定的稳定偏差。在第四个工程体现的最充分。

(6)分析4个工程图示

①由无盲打区的工程3先分析：

工程3中由于没有盲打的区域，其与惯性技术测量数据图相比较，最大偏差仅为0.29 m，见图2。说明此地质情况下钢管基本不上浮或下沉，可以用导向记录来表示管道的深度。

图2 工程3中最大偏差

图3 工程1中最大偏差

③工程2中，其与惯性技术测量数据图相比较，偏差不是很有规律，只是在出土侧偏差较大，且长度比惯性技术测量数据图长一些，几乎是平行线，估计是在其中的几个不能测出的点处的估算角度引起，见图4。

图4 工程2出土侧与测量图相对位置

无信号点是估算角度的位置，无信号点2处若角度增加的话(见图5)，平行部分就可能重合，加上钢管的刚性，在无信号点2之前的深度就会增加，无信号点1深度增加(见图6)，从而更加符合实际。

图5 无信号2点处的相对位置

图6 无信号1点处的相对位置

④在工程四中有个很有特点的现象：需要将入、出土点的高程验证一下；

先将入土点作为相对零点，与测量曲线对照，出土侧图示平行偏差为0.7 m，而盲打区相差0.9 m；如图7、8所示。

图7 工程4中出土侧与实际的最大偏差

图8 工程4中无信号区各轨迹线与实际的最大偏差

再将出土点作为相对零点，重新与测量曲线对照，入土侧图示平行偏差为0.34 m，而盲打区相差0.5 m；

图9 工程4中入土侧与实际的最大偏差

试将入土点和出土点分别为相对零点的图画在一起，无信号区域与两图用切点弧连起来，就组成了一个新的图，见图8中修正的导向轨迹线，此图精度更高，故将此图作为竣工图应该是符合实际的。

3 结论

从上述的4个工程可以看出，针对模型的论点也能较好的给予验证和体现；除工程2外，其他3个工程应该还是有一定的规律可寻的，针对钢管工程大体都有比实测稍浅的特点，不做特殊的处理也可以近似地认为是管道的轨迹，则可认为管道的轨迹利用导向记录表来表示可信度较高。

对工程4中的问题，说明利用地面高程对记录表来进行验证一下，这样对提高精度也是有利的。

针对工程2中的问题应加强重视曲率半径偏小的工程，一般总长小的工程易发生此问题，这类问题要考虑到钢管的刚性会引起深度的连锁反应。