一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺的制作方法

    专利查询2025-06-22  8


    本发明涉及水平定向钻施工领域,具体涉及一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺。


    背景技术:

    1、随着城市化进程快速发展,城市人口密集度不断提高,生活污水、工业污水等各种污染物排放也越来越多,导致水环境遭受着日益严峻的挑战;近些年,各地都在通过雨污分流、新建排水管网等措施完善污水收集系统,加大污水整治工作,新建排水管网任务量大大增加。

    2、目前,排水管道主要使用的施工方法是明挖法,明挖法是直接将需要铺设管道的路面挖开,铺设管道后再将路面铺平,施工速度快,成本低;但是,明挖法对周边环境产生的影响较大,比如跨越城区的路段铺设管道,需要将经过的路段分批封闭交通后进行施工,给附近居民带来不便,同时影响交通和附近的生活环境;而水平定向钻技术是传统的公路打孔和油田定向钻井技术相结合的一种地下穿越施工技术,多用于河流和水道的穿越、大型油气管网建设城市燃气、供水、供电等工程,同时还广泛应用于高速公路、铁路、机场、海岸、岛屿以及密布建筑物、管道密集区穿越施工,大大减少了对周围环境的影响,方便了施工。

    3、但是,水平定向钻法一般不适用于排水管道的建设,主要原因是排水管道为重力流管道,要求管道必须顺坡,高程要求准确,而水平定向钻法高程控制难度大,无法达到排水管道的高程精度要求,在后期投入运营时会出现管道排水不畅、久而久之管道出现堵塞问题。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,解决以下技术问题:

    2、如何提高水平定向钻的高程精度要求。

    3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现:

    4、一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,包括以下步骤:

    5、s1:确定轨迹:确定定向孔的预设轨迹线,并确定预设轨迹线的起始位置坐标和沉井区域;

    6、s2:沉井设计:根据沉井区域设计沉井的尺寸,并根据预设轨迹线的起始位置坐标、沉井的尺寸和预设轨迹线的方向在沉井上设计预留洞口;

    7、s3:预制沉井:按照沉井设计预制沉井;

    8、s4:安装沉井:将预制沉井安装在沉井区域,并使沉井的预留洞口位于预设轨迹线的起始位置坐标;

    9、s5:安装钻机:将钻杆与钻头连接;并将钻杆放置在钻机上,将钻头放置在沉井的预留洞口中;

    10、s6;钻导向孔:启动钻机和钻头钻导向孔,并在钻导向孔过程中,通过钻头高度跟踪系统的监测模块获取实时监测数据;分析控制模块根据实时监测数据和预设轨迹线进行分析,根据分析结果调整钻头控制参数;

    11、s7:扩孔:在导向孔完成后,使用扩孔器扩大孔径;

    12、s8:回拖管道:将扩孔器一端接上钻杆,另一端通过旋转接头接到成品管道上;启动钻机从预留洞口进行回拖作业,完成管道安装。

    13、作为本发明进一步的方案:所述钻头高度跟踪系统包括;

    14、监测模块,设置在钻头上,用于获取钻头的监测数据;

    15、分析控制模块,用于对预设轨迹线、钻头的基础参数和钻头的监测数据进行分析,按照预设调整规则对钻头的预设控制参数进行调整。

    16、作为本发明进一步的方案:所述分析控制模块的分析过程为:

    17、s10:对预设轨迹线进行识别,获取预设轨迹线上的各点坐标;再结合钻头的基础参数进行分析获得各坐标点对应的钻头预设控制参数;

    18、s20:对预设轨迹线进行识别,获取预设轨迹线的倾斜轨迹线段和水平轨迹线段;将水平轨迹线段的纵坐标的绝对值作为水平管道预设深度;

    19、s30:通过监测模块获取钻头以预设轨迹线的起始位置坐标为原点的实时位置坐标;

    20、s40:按照预设调整规则对实时位置坐标和预设轨迹线上的各点坐标进行分析,对钻头的预设控制参数进行调整。

    21、作为本发明进一步的方案:所述控制参数调整规则包括:

    22、当|yt|<y0时,通过公式计算轨迹偏移指数pi;

    23、其中,f(x)为预设轨迹线纵坐标随横坐标的变化曲线;xt为所述实时位置坐标的横坐标;yt为所述实时位置坐标的纵坐标;σ1为第一调节系数;y0为所述预设深度。

    24、作为本发明进一步的方案:所述控制参数调整规则包括将轨迹偏移指数pi与第一预设值r1进行对比;

    25、当pi<r1时,按照预设控制参数继续工作;

    26、当pi≥r1时,对预设控制参数按照第一调整策略进行调整。

    27、作为本发明进一步的方案:所述预设控制参数包括预设钻头倾角;所述第一调整策略包括:

    28、

    29、其中,σ2为第一调节系数;θ0坐标为(xt,yt)对应的预设钻头倾角;θ为调整后钻头倾角。

    30、作为本发明进一步的方案:所述控制参数调整规则还包括:

    31、当|yt|≥y0时,通过公式计算轨迹偏移指数pi。

    32、作为本发明进一步的方案:将轨迹偏移指数pi与第二预设值r2进行对比,r1>r2;

    33、当pi<r2时,按照预设控制参数继续工作;

    34、当pi≥r2时,对预设控制参数按照第二调整策略进行调整所述第二调整策略包括:

    35、其中,△x为横坐标的预设基础值。

    36、本发明的有益效果:

    37、本发明通过在起始位置设置预设沉井,确保了起始位置周围的土壤不会受到泥浆的影响坍塌,保障了水平定向钻的顺利进行,通过钻头高度跟踪系统,确保钻头行进过程中,对钻头实时调整,提高水平定向钻施工时的高程精度。



    技术特征:

    1.一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,所述钻头高度跟踪系统包括;

    3.根据权利要求2所述的一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,所述分析控制模块的分析过程为:

    4.根据权利要求3所述的一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,所述控制参数调整规则包括:

    5.根据权利要求4所述的一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,所述控制参数调整规则包括将轨迹偏移指数pi与第一预设值r1进行对比;

    6.根据权利要求5所述的一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,所述预设控制参数包括预设钻头倾角;所述第一调整策略包括:

    7.根据权利要求6所述的一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,所述控制参数调整规则还包括:

    8.根据权利要求7所述的一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,其特征在于,将轨迹偏移指数pi与第二预设值r2进行对比,r1>r2;


    技术总结
    本发明涉及水平定向钻施工领域,公开了一种基于预制沉井和水平定向钻的排水管道施工工艺,包括以下步骤:S1:确定轨迹;S2:沉井设计;S3:预制沉井;S4:安装沉井;S5:安装钻机;S6;钻导向孔,启动钻机和钻头钻导向孔,并在钻导向孔过程中,通过钻头高度跟踪系统的监测模块获取实时监测数据;分析控制模块根据实时监测数据和预设轨迹线进行分析,根据分析结果调整钻头控制参数;S7:扩孔;S8:回拖管道;通过在起始位置设置预设沉井,确保了起始位置周围的土壤不会受到泥浆的影响坍塌,保障了水平定向钻的顺利进行,通过钻头高度跟踪系统,确保钻头行进过程中,对钻头实时调整,提高水平定向钻施工时的高程精度。

    技术研发人员:陈晨,范微波,李志增,任志强,韦林余,王海波
    受保护的技术使用者:中铁四局集团有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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