水平定向钻进管线铺设工程技术规范

水平定向钻进管线铺设工程

技术规范

（试行）

中国非开挖技术协会

2023

中国非开挖技术协会

“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委员会

主任委员：李山

副主任委员：刘宝林王鹏

委员：（以姓氏笔划为序）

丁树滋王鹏尹刚乾乌效鸣手山刘宝林刘强

朱文鉴陈铁励林家辉贾传岭

编写：中国非开挖技术协会“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委员会

执笔：中国地质科学院探矿工艺研究所李山

目录

一、总则........................................1

二、技术概述...................................2

三、工程投标指南...............................6

四、施工协议（示范文本）.....................14

五、施工场地探测技术指南....................33

六、工程施工技术规范.........................・37

七、安全操作规程.53

参考文献.58

近年来我国使用非开挖水平定向钻进技术铺设各类管线取得了巨大的进展，在电讯、自来水、

污水、燃气、电力和热力等管线铺设中都得到了广泛的应用。为此，中国非开挖技术协会于2023年

初专门成立了水平定向钻进管线铺设工程技术规范编辑委员会。编委会由十余名专家和具有丰富实

践经脸的工程技术人员组成。历经一年多的时间，在收集国内外相关技术资料的的基础上，起草、编

辑、出版了这本水平定向钻进技术规范。规范的出版使水平定向钻进工作有了行规、有了标准。它

使我国此后的水平定向钻进工程有规可循并能更好地与国际接航，将对保证施工质量、减少各类事

故的发生起到积极作用。

该版本规范为试用版，希望设计和施工人员在参考和使用本规范时，如发现有欠妥之

处，请将意见函寄中国非开挖技术协会水平定向钻进技术委员会。

本规范仅供行业内部使用，未经允许不得翻印。

编者

2023年8月

“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委•员会

主任委员：李山

副主任委员：刘宝林王鹏

委员：（以姓氏笔划为序）

丁树滋王鹏尹刚乾乌效鸣手山刘宝林刘强朱文鉴陈铁励

林家辉贾传岭

(执笔：中国地质科学院探矿工艺研究所李山朱文鉴)

1.城市工程管线综合规划规范中华人民共和国国家标准GB50289-98

2.城市地下管线探测技术规程中华人民共和国行业标准CJJ61-94

3.建设工程施工协议(示范文本)中华人民共和国建设部

4.成功定向穿越工程投标文献指南定向穿越承包商协会(DCCA),1995,张燕译

5.成功定向穿越探测规范定向穿越承包商协会(DCCA),1998,李翠先译

6.成功中型定向钻进施工指南定向穿越承包商协会(DCCA),1997,李翠先译

7.定向钻进协议样本定向穿越承包商协会(DCCA)张燕译

8.水平定向钻进技术指南钻井承包商协会，1995,张燕译

9.水平钻进安全操作指南定向穿越承包商协会(DCCA),2023,李翠先译

定向钻进原理回..P.海沃..李翠先译

管道穿越工程水平导向钻进施工规范天津大力神非开挖工程有限公司公司标准

1.总则

1.0.1采用水平定向钻进穿越地面及障碍物铺设管线技术正在我国蓬勃发展。为规范我

国水平定向钻进穿越铺设工程施工市场，统一施工技术质量标准，中国非开挖技术协

会特制定本规范。水平定向钻进穿越铺设管线工程无论大小，都必须进行设计和施工的

质量控制。中国非开挖技术协会希望通过应用本规范，提高我国水平定向钻进穿越铺设

管线技术水平；提高工程承包商的施工质量和效益。

1.0.2中国非开挖技术协会推荐本规范应用于水平定向穿越铺设管线工程中工程承包商与管线业

主进行业务协商、工程承包商进行施工管理及其质量、安全控制等。

1.0.3本规范合用于采用机械回转钻进设备进行水平定向钻进，使各种材质的管道或缆

线在障碍物之下穿越铺设的工程施工。

2.术语

2.0.1非开挖技术(TrenchlessTechnology)

以最小的地表开挖量进行各种地下管线探查、铺设、更换和修复的施工技术。

2.0.2水平定向钻进(HorizontaIDirectionaIDrilling-HDD)

运用水平定向钻机以可控转进枕迹的方式，在不同地层和深度进行钻进并通过定位仪导向到达设计

位置而铺设地下管线施工的施工方法。施工时，一方面用导向钻具钻进小口径的导向孔；然后用回

犷钻头将钻孔扩大至所需的口径；最后将生产管拉入孔内。(注：涉及导向钻进)。

2.0.3顶进/起始工作坑(Drive/EntryShaft/Pit)

为布置水平定向钻进施工存储泥浆而开挖的工作坑。

2.0.4接受/出口工作坑(Reception/ExitShaft/Pit)

为回收水平定向钻进施工中排出的泥浆而开挖的工作坑，有称目的工作坑(TargetShaft/Pit)。

2.0.5穿越(Crossing)

在地表下铺设跨越障碍物(河流、建筑物、铁路、高速公路等)管线的非开挖施工。

2.0.6钻进液/泥浆(DrillingFluid/Mud)

通常指水和澎泗土或聚合物的混合物。

2.0.7导向孔(PilotHole)

水平定向钻进施工时，一方面运用导向仪测控钻孔方向拈进的小口径钻孔。

2.0.8人口/出口倾角(Entry/ExitAngle)

在进行水平定向钻进时，钻杆柱进入地层或从地层钻出的倾角。

2.0.9回扩

水平定向钻进时，钻完导向孔后，往往需要扩大钻孔直筱，此时将回扩钻头接在钻杆柱的前端往回

拉进行扩孔的施工工序。

2.0.10回扩钻头(BackReamer)

水平定向钻进施工时，钻完导向孔后，用于扩大导向孔、接在钻杆柱前端的切削头。

2.0.11回拉(Pull-back)

水平定向钻进施工时，经犷大的钻孔将钻杆柱从出口坑向回拉到发射坑，同时铺设生产管的施工工

序。

2.0.12生产管(ProductPipe)

为不同目的而铺设的各种永久性地下管线。

2.0.13定位仪(Locator/zWalkoverSystem)

一种用于拟定从发射探头发射出来的电磁波信号位矍和强度的电子仪器，也可用于探测地下管线的

位蜜。

2.0.14随钻测量(MeasurementWhileDrilling-MWD;

在钻进的同时连续不断地检测有关钻孔信息的测量技术。

3.技术概述

3.1发展与应用

始于二十世纪七十年代的水平定向钻进穿越技术，综合了传统的道路钻孔、地质勘探和油气井

定向钻进技术。这项技术已成为一种完善的施工方法。它应用于穿越河流和水渠、街道、高速公路、

铁路、机场跑道、海滩、鸟屿、建筑物拥挤的地方、管线通道和运河等的石油、天然气、自来水、

污水及其它流体的管线铺设和电力与电讯电缆的导管铺设等。

3.2优越性

在非开挖技术行业中，水平定向钻进是重要的增长领域之一。目前，在石油、天然气、自来水、

电力和电信部门，水平定向钻进已是一种得到广泛认可的铺管施工技术，由于水平定向钻进施工精

度的提高，也可用于污水管和其它重力管线的铺设。

水平定向钻进穿越与其它施工方法相比，对环境的影响最小，能提供障碍物下管线覆盖的深度

大，对管线的保护作用大，维修费用小，许多情况下费用更低。水平定向钻进穿越尚有一个可预测

的短期施工计划。

3.3技术局限

水平定向钻进穿越铺设管线技术正在全世界广泛推广。迄今为止，水平定向钻进最长的穿越距

离为2308米（铺设管径273毫米，中国）。水平定向钻进用于均质土层的穿越可以取得满意效果，在

杂填土、砂卵砾石层、冰渍层和硬岩层中的穿越也越来越多。

3.4技术工艺

水平定向钻进穿越铺设施工普遍采用：一方面钻进导向孔，然后扩孔，最后回拉铺管的施工技

术工艺（图3.4）0

3.4.1导向孔导向孔钻进一般采用小直径全面钻头，进行全孔底破碎钻进。在

钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制钻进方向的机构。在钻具内或在紧接其后部

位，安装有测量探头。钻进过程中，探头连续或间隔地测量钻孔位置参数，并通过无线

或有线的方式实时地将测量数据发送到地表接受器。操作者根据这些数据及其解决这些

数据得到的图表，采用适当的技术措施调整孔内控制钻进方向的机构，从而人工控制

钻孔的轨迹，达成设计规定。

常用的孔内控制钻进方向的机构重要有两类：一类是钻头底唇面采用非平衡结构设计，如常钻

头唇面是一个斜面，当砧头连续回转时砧进直乱，保持4m头不回转加压时，则砧扎砧进侪斜。这类

方法因需要在不回转的条件下破碎岩层，所以在软质的土层大多数采用钻进液喷射辅助破碎方式钻

进。另一类是钻具采用弯外管或弯接头，其弯曲方向即决定了钻头的钻进方向。这类方法导向钻进

钻杆是不回转的，钻头破碎岩石的扭矩，来自于钻头后胡的孔底动力机，如螺杆马达或涡轮马达。

这类方法通常用于钻进岩石等硬地层。

3.4.2扩孔导向孔完毕后，必须将钻孔扩大至适合成品管铺设的直径。一般,

在钻机对面的出口坑将扩孔器连接于钻杆上，再回拉进行回扩，在其后不断地加接钻

杆。根据导向孔与适合成品管铺设孔的直径大小和地层情况，扩孔可一次或多次进行。

推荐最终扩孔直径按下式计算：

D'=K,D

式中：

D'——适合成品管铺设的钻孔直径

D成品管外径

K1经验系数，一般K仁1.2〜1.5,本地层均质完整时，K1取小值，本地层复杂时，K1取大

值。

3.4.3拉管扩孔完毕后，即可拉入需铺设的成品管。管子最佳预先所有连接妥

当，以利于一次拉入。本地层情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，也许对分段拉管

导致困难。拉管时，应将扩孔器接在钻杆上，然后通过单动接头连接到管子的拉头上,

单动接头可防止管线与扩孔器一起回转，保证管线可以平滑地回拖成功。

图3.4水平定向钻进铺设管线施工工艺过程

3.5施工设备

3.5.1钻机钻机根据工作位置分为两类：地表始钻式和坑内始钻式。

地表始钻式钻机具有行走机构，方便迁移。铺管施工时，可不需要起始坑和出口坑，但管线连

接时需要开挖。假如规定在地下相同深度连接其它管线，也许会浪费几米新管。地表始钻式钻机有

几种桩定方式锚固钻机，性能完善的钻机桩定系统是液压驱动的。一些地表始钻式钻机是整装式的，

载有钻进液用搅拌池和泵，以及动力辅助装置、阀和控制系统，有的还配矍有钻杆自动装卸系统，

定K的拈杆装在一个“传送盘”上，随拈进或回扩的过栏自动地从拈杆柱上加、减拈打；有的搅抨

池和泵等设备是分离配置的。

坑内始钻式钻机一般体积较小，施工时在钻孔的两端都需要挖坑，可在操作空间受限的地方使

用。坑内始钻钻机固定在发射坑中，运用坑的前、后壁承受回拉力和给进力。一些设计紧凑的钻机

的起始坑，比接钻杆所需的坑稍大一点即可。钻杆单根长度受坑的尺寸限制，这对铺设速度和钻杆

成本导致影响。

3.5.2钻杆钻杆规定有很高的物理机械性能，必须有足够的轴向强度承受钻机

给进力和回拖力；足够的抗扭强度承受钻机施加的扭矩；足够的柔韧性以适应钻进时的

方向改变；还要尽也许地轻，以方便运送和使用；同时，还要耐磨损。

3.5.3导向系统多数水平定向钻进技术要依靠准确的钻孔定位和导向系统。随

着电子技术的进步，导向仪器的性能已有明显改善，能获得相称高的精度。

导向系统有几种类型，最常用是“手持式跟踪(walk-over)”系统，它以一个装在钻头后部空

腔内的探测器或探头为基础。探头发出的无线电信号由地面接受器接受，除了得到地下钻头的位直

和深度外，传输的信号还涉及钻头倾角、斜面面向角、电池电量和探头温度等等。这些信息通常也

转送到钻机附属接受器上，使钻机操作者可直接掌握孔内信息，从而据此做出必要的软迹调整。

手持式跟踪系统的重要限制是：必须要直接到达位于钻头上部的地面，这一局限性可采用有缆

式导向系统或装有电子罗叁的探头来克服。有缆式导向系统用通过钻杆柱的电缆从发电器向控制台

传送信号。虽然缆线增长了复杂性，但由于不依靠无线电传送信号，对钻孔的导向可以跨越任何地

形，且可用于受电磁干扰的地方。

为使电子元件免受严重动载，一种基于磁性计的导向系统用于有冲击作用的干式水平定向钻进

系统上。系统的永久磁铁装在冲击锤体上，当其旋转时即产生磁场，磁场的强度及变化由地表磁力

计探测，数据交由计算机解决，计算出钻头的位矍，深度及面向角。

3.5.4附助设备大量的附属和辅助设备在水平定向钻进施工中起着重要的作用。

拉头——拉管的拉头类型很多，涉及压力密封式拉头和专用于水平定向钻进的改善型拉头。水

平定向钻进拉头的一个重要作用是防止钻进液或碎屑进入成品管，这对铺设饮用水管特别重要。

单动接头一单动接头（又称旋转接头）是扩孔和拉管操作中的基本构件，应设计成防止泥浆

和碎屑进入密封式轴承。单动接头的承载能力从低于5t至200t以上。

安全接头一可使用安全接头保护成品管，该接头上有一系列在预定载荷下断开的销钉，可根

据成品管的允许拉伸载荷断开接头。这种断开式接头不仅可以减少因疏忽导致损失的风险，并且可

防止操作者试图追求高效率采用超过允许载荷回拉力。

其它重要的附助设备涉及：聚乙炜管焊接机、管道支护滚筒和电缆牵引器。在一些特殊条件下，

还可采用管道顶推装置辅助拉管。

3.6钻进液/泥浆

多数定向钻机采用泥浆作为钻进液。钻进液可冷却、润滑钻头、软化地层、辅助破碎地层、调整钻

进方向、携带碎屑、稳定孔壁、回扩和拖管时泗滑管道；还可以在钻进硬地层时为泥浆马达提供动

力。常用的钻进液/泥浆是膨泗土和水的混合物。导向孔施工完毕后，泥浆可稳定孔壁，便于回扩。

钻进岩石或其它硬地层时，可用钻进液驱动孔底“泥浆马达”。

一些钻机采用空气作为钻进液，又称为“千式钻进工艺''。其操作简朴，废弃物少，不需要太多的现

场设备，但受铺管尺寸和地层条件的限制。与采用泥浆钻进工艺不同，干式钻机施工采用高频气动

锋钻进。与采用泥浆钻进工艺同样，干钻的钻头也有一个斜面，当在某个方位停止回转冲击钻进时，

可控制钻孔抗迹。铺设小直径的管道、导管或电缆线，可使用镶有碳化鸽合金齿的锥形扩孔器，这

种扩孔器安装有空气喷嘴，气流通过钻杆柱进入，在回扩时空气气流清除钻屑。对于大直径管道铺

设，采用气动锤扩孔器，同样在其后部用单动接头连接管道。此时回扩孔起重要作用的是气动锤扩

孔器的冲击作用，而不是钻机的回拉力，并且回犷过程中可不回转。

4施工技术

4.1工程设计

4.1.1程序安排

一项有效的施工设计应有下列条目：

准备

——过去施工情况的调查

——设计计算

——进一步确认设计、图纸及计算

——施工地层情况调查

——施工测量

——办理施工许可证

工程实行

——测量入土点、出土点、钻孔轨迹轴线和切点

----钻机场地准备

——进场道路准备

——管子场地准备

----设备和人员调动

——管子卸车

管子焊接

压力实脸

减阻实脸（假如需要）

连接拉管头

,焊缝测试

解决钻杆的过度弯曲

・实行钻进

钻进

----调动钻机和人员

——安放砧机

——准备钻进液混合设备

——钻导向孔

——通过钻杆清洗钻孔

——分级扩孔（根据需要）

拉管

去掉拉管头

・实行焊缝测试

・实行减阻

施工配合

•清理施工现场

撤走钻机和人员或迂移到下一个工地

4.1.2设计计算

4.1.2.1轨迹测量一旦选择拟定了施工位置，就应当对钻孔轨迹作测量并准备

具体的图纸。钻孔轨迹和基准线的最后精度取决于测量资料的精度.

4.1.2.2轨迹设计参数：

覆盖深度完毕岩土勘察，拟定了穿越的轨迹，就可拟定穿越的覆盖深度，需要考虑的因

素涉及钻孔施工对地面道路、建筑物或河流的影响，以及对该位置已有的管线的影响。推荐穿越的

最小覆盖深度大于钻孔最终扩孔直径的6倍以上;在穿越河床时，应在河床断面最低处之下5m米以

上。

入、出土角和曲率半径8-20°的入、出土角合用于大多数的穿越工程。对地面始钻式，入

土角和出土角应分别在6°至20°之间（取决于欲铺设管的直径等）。对坑内始钻式，入土角和出土

角一般应采用0°或近似水平。进行大曲率的弯曲以前最佳钻进一段直线段。曲率半径的拟定由欲

铺设管的弯曲特性拟定，管径越大曲率半径越大。

铺设钢管的最小允许弯曲半径可用下列公式计算。但是，为了利于铺管，最小弯曲半径应尽也

许大。

%,广206•D•S/K2（m）

t,n一最小弯曲半径（m）

206—常数（Nm/mm?）

D一管子的外径（mm）

S—安全系数，S=1〜2

（一管子的屈服极限（N/mm2）

辅助参数入土点或出土点与欲穿越的第一个障碍物之间的距离（例如道路、沟渠等）应至

少大于3根钻杆的长度。

与水体的最小距离应至少为5—6m,以保证不发生泥浆喷涌。

从钻进技术方面考虑，第一段和最后一段钻杆柱应是直线的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这

两段钻杆柱的长度应至少为10m。

入土点与出土点有高差时，应专门另作讨论。

钻进测量与精度孔内测量工具是测量倾角（上/下控制）、方位角（左/右控制）和深度等参数

的电子装置。

钻孔轨迹精度很大限度上取决于孔内测量的精度。当有干扰时，如：无线电发射台、大型钢结

构（桥梁、桩及其它管线等）和电力运送线，会影响测量结果。合理的钻孔抗迹精度应是：导向孔出

口处左右±lm,上下士1m。

钻孔轨迹控制钻进导向孔时，每2〜3m应进行一次测量计算。工程承包商在这些测量计算

基础上作出钻孔轨迹图。

4.1.2.3管材的选择

管线壁厚一D/T经脸公式下表给出

了根据钢管直径选择壁厚的推荐值，这

些推荐值仅供设计时参考。在最后的设壁厚CT)mm

计中，应根据计算应力进行选择。

直径（D）mm

W1526.25

152-3059.25

305-76212.70

2762D/t<50

对高密度聚乙饰管（HDPE管），推荐D/t值小于或等于11,并且征询制造厂家。

此外，选择管线壁厚应考虑铺管长度。铺管长度越长，管壁应越厚。

4.1.3校核计算

—开始拉管时的管线应力（摩擦力、重力）

—所有拉入时的管线应力（摩擦力、浮力、弯曲）

—由于过度弯曲导致的管线应力（出土角度）

——拉入过程中的管线应力（内部压力、温度、弯曲、过度弯曲）

----钻机的锚固力（水平和垂直）

——钻进设备的尺寸（土填、管线尺寸、钻孔剖面）

在最后的校核设计计算中，必须计算管道在施工和使用时的应力大小，校核是否在材料强度允

许的范围内。计算中，每一阶段的应力都必须从单独受力和联合受力分别考虑。如：拉管时，滚柱

间跨距导致的应力、作静A实验产生的应力、铺设时的拉力、曾入孔时弯曲和钻扎轨迹弯曲产生的

应力、钻孔内的附加力和工作应力。

1.铺管前

a,计算岸压实验产生的环向和轴向应力：

b.根据滚柱间的距离，可计算出管线的最大上拱和下垂，并计算出管线的最大张应力。注：在

静压实睑期间管线是注满水的，因此计算中必须计入水的重量。

2.铺设中

a.在1.b中计算张应力的方法可用于铺设阶段；

b.为了计算出应力，必须先计算理论拉力。考虑管线的安全性和拉管时钻孔弯曲的影响，推荐

孔内摩擦系数为1.0。最大预测拉力用于计算轴向应力。

c.当计算轴向弯曲应力时，允许有10舟的实际偏差，即按设计曲率半径的90$计算。

d.必须考虑孔内液体耗压力产生的附加应力。考虑到液体静压力的轴向和周向力的影响，推荐

安全系数取值1.5o

3.铺设后

a.轴向弯曲应力的计算见2c;

b.附加外力的计算见2.d；

c.计算最后的静压实脸产生的环向和轴向应力。

4.使用中

a.钻孔曲率的影响见2.c;

b.附加外力的计算见2.d;

c.用于计算的管线在使用中的最大工作压力而产生的轴向和周向应力。

许用应力计算出施工各个阶段的单独受力和联合受力后，必须与许用应力比较，进行强度

校核。

一般，许用应力按以下计算：

轴向最大许用应力：最小屈服强度的80%：

周向最大许用应力：最小屈服强度的72%；

组合应力下的许用应力：最小屈服强度的90%。

当权威机构也许在以上内容之外提出其他限制条件时，业主应认可并允许修改设计，

4.1.4作图

剖面图

剖面图至少应包含下列信息：

——工地的纵向剖面图

——入土角

----出土角

钻孔的水平长度

钻孔的实际长度

——钻孔剖面的绝对高度（或相对）

——覆盖层

—最小（垂直）弯曲度

——钻孔枕迹区域内的建筑物或其它管线

——障碍物

——欲铺设管线的信息

平面图

平面图至少应涉及下列信息：

——从委托方提供的施工区地形图了解到场地的特配情况

——钻孔轴线

----入土点和出土点的坐标

——指北的箭头

——钻孔附近的建筑物和其它管线

——障碍物

——钻孔轴线与障碍物之间的最短距离

—最小（水平）弯由度

——规划的设备场地和管线场地

现场平面困

现场平面图至少应包含下列信息:

——各种设备的位置（钻机、工作站、泵等）

----钻机的固定方法

——钻井液配制设备的安放位置

——进出场道路

运送线路图

拟定的运送线路图至少应涉及下列信息：

—运送设备的数量、各自的承载能力

——运送设备的位置

——运送设备在平面图中的摆放位置

——运送设备的细节

管束图

一束管子的示意图至少应涉及下列信息：

------束管线的横截面图

—单根管线的直径

----捆成一束的方法

4.2设备仪器

4.2.1定向钻机

水平定向钻机无论大小，操作与用途都是相似的。一般，钻机都采用机械或液压驱动钻杆，通

过钻杆对孔底钻头施加回转扭矩、给进或回拖力。对水平定向钻进穿越铺管的钻机来说，回转扭矩

和回拖力是其重要参数，它们是根据工程大小及规定选择钻机的重要依据。由于水平定向穿越往往

钻进弯曲的钻孔，所以与其它钻机相比，对钻机的转速规定不高。

地表始钻式钻机有一个倾斜的给进导就：坑内始钻式钻机一般采用水平的给进导轨。给进导抗

长度决定钻杆单根的长度，也直接影响钻进过程的平稳性和纯钻效率。

(1)当施工条件已知，钻孔设计拟定期，定向钻机的选型重要考虑以下因素：

(2)钻孔设计终孔口径、弯曲曲率半径、铺管长度等，根据它们的大小通过回转扭理和回拖

力来选择拟定钻机。考虑钻孔复杂情况到，所选的钻机能力至少应大于计算所需的30舟

以上。

(3)现场地形、交通条件、管线埋深等，评价这些因素后，选择采用地表始钻式钻机或坑内

始钻式钻机。

现场能源供应条件，选择采用电驱动还是采用燃油驱动4占机。

地层情况和现场水源供应条件，选择应用液体循环回转钻机或是气动潜孔锤钻机。

4.2.2定位与导向仪器

对于水平定向钻进穿越工程来说，定位与导向仪是最为关键的设备，对的地选择和使用这些仪

器，对施工的成败和效率，具有决定性的意义。

最常用的定位和导向仪有无缆式地表定位系统(手挣式跟踪仪器)和有缆式定向系统，两种系

统的定位和导向性能都能满足常规水平定向钻进穿越工程的需要。

在钻进导向孔时，钻进工作人员才用导向仪拟定钻其位置,，运用导向仪获取的数据，与预先批

准的基准线和轨迹进行比较，调整钻进轨迹。常用的仪器有以下几种。

4.2.2.1无缆式地表定位与导向系统

手持式跟踪仪这种仪器在水平定向钻进中使用最广，它由一个装在钻头后面的电子信号探

头(发射器)和一个手持式跟踪接受器组成。探头(发射器)一般安装在钻头后面的钻具内，用于测

量孔底钻具位置的信息，并将信息的电磁信号发射给跟脍接受器，探头发射的信号到地表后，由导

向人员手持的接受器接受，跟踪接受器显示信号强度，信号越强，接受器越靠近发射器。导向人员

通过度析接受器提供的数据来监测钻孔就迹。许多钻机装配有一个远程接受器，通过它钻机操作者

可以分析和记录定位数据。一般，在拟定的技术参数范围内，使用手持式跟踪仪是最经济的。

大多数的探头（发射器）具有方位传感器，它们是倾角、转角以及在某些情况下的左/右偏转计。

传感器测得的数据，显示在接受器上，并用于控制方向。接受器也能拟定从接受器到发射器的深度。

操作人员遵守制造商推荐的标准化程序，有助于提高深度测量的准确性。

手持式跟踪仪的优点涉及：

费用——除购置费用外，生产开支频繁，但成本较低，平时仅需更换电池。更换琛头很昂贵，

但一般不会发生。

操作有效——接受过训练的定位人员能有效地操作手持式跟踪仪，为了保证高精度，读数和解

释信号的知识必须与强烈的责任感相结合。钻孔的全面测量可提高手持式跟踪仪的定位精度。

生产率——与其它方法相比，其数据解释及时，有助于提高生产率。

绘图一手持式跟踪仪可直接将数据传送给计算机，由计算机做出钻孔轨迹图。

手持式跟踪仪的缺陷涉及：

地形——在有障碍物的地方，如繁忙的快车道交叉口或穿过河流。

干扰——以下情况往往会干扰信号读数的精确度：仪器上方电力线的磁干扰、地下通讯信号的

磁干扰、埋在地下的废弃物或地层中的障碍物干扰、无线电发射基站的电波干扰等等。

深度——手持式跟踪仪受钻孔穿越深度和其它与孔有关的因素的限制，如：手持式跟踪仪器一

般用于深度不超过21m的钻孔。

连续工作时间——定位系统发射器的电池寿命，是选择能否完毕一个钻孔所需时间的重要指

标。

远程跟踪能力——道路和小河的穿越通常可用地表定位系统进行。然而，远程跟踪能力通常限

于约10m的距离。

抗冲击磁性定位与导向系统这种仪器是近年来最新开发的用于干式水平定向钻进的定位与

导向系统。在潜孔锤冲击破碎钻进中，为使电子元件不受大动载的影响，一种基于磁性计的导向系

统用于有冲击作用的干式水平定向钻进系统上。系统的永久磁铁装在冲击锤体上，当其旋转时产生

磁场，磁场的强度及变化由地表磁力计探测，探测数据交由计算机解决，从而得出钻头的位置、深

度及面向角。

水W定向钻进施工中，推荐采用下表进行现场记录；

跳迹记录

测点序号钻杆长度水平距离侧向偏移垂深倾角转角（左/右）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

・・・

・・・

出口

一些地表定位系统带有钻孔轨迹设计和绘图系统，它们以特定的间隔，记录孔内钻具的深度,

可做出导向孔的测量或施工过程图。

4.2.2.2有缆式定位与导向系统

有缆式定向与导向系统有缆式定向系统又称为有缆式随钻测斜仪。有缆式定向仪是与位于

孔底非磁性钻具内的磁性探头或位于普通钻具内的陀螺仪相连的，连续的缆线穿过钻杆内部，再与

地面的计算机相连。

有缆式定向系统的优点涉及:

深度——由于电源和信号由缆线传输，因此对导向钻孔的深度或长度没有限制。

精度——有缆式系统可与地面坐标测量辅助系统一起使用，可提高测量精度。探头产生的信息

传送到地表计算机，可用于评价施工枕迹。

记录解决——计算机解决测到数据，得出精确的“随钻”施工数据。

有效性一在费时的坚硬岩石钻进中，不用为更换电池而频繁地起下钻具。

有缆式定向系统的块陷涉及：

费用——在低价的地下管线铺设施工市场，设备购置费或人员设备的租金高，然而该缺陷经常

被高成功率和复杂孔的准确度所消除。

数据的解释——仪器的操作需要通过培训的专家，这对于许多砧进承包商来说，年以稳定地发

挥作用并且成本较高。

缆线的连接——连接缆线需要时间，一节一节的缆线连成电缆，也许导致读数不准，并且增长

了非生产性的辅助时间。

常用的有缆式定位与导向系统有以下两种：

磁性定向仪磁性定向仪是用于长、深孔穿越的行业标准仪器。使用磁性定向仪，钻进操作

人员可在钻进的任何时候计算钻孔位置，进行钻孔纠偏，因此能使钻孔轨迹与设计穿越轨迹一致。

磁性定向仪用坚固的三轴磁力计测定钻具位置与本地地磁场的关系，它是一个电子罗盘，用一

个三轴加速度计测定钻具住置与地轴的关系，它是一个电子水平仪。由数字传送仪揄出数据，给出

钻具的状态信息，状态信息涉及：导向钻具的倾角、方位角和工具面向角。

连续取得的每一组测量数据都用于计算钻孔的实际位置与设计轨迹的偏差。

计算每一测点增长的位置偏差，能绘出实际的钻孔轨迹。这类仪器的精度为：倾角度数+/-0.1,

方位角度数+/-0.3o

磁性定向仪还可以与实时跟踪系统(Tru-Tracker)结合使用。实时跟踪系统由放置于钻孔上方

地表的电缆组成。测量也级的位置，给其选择性地施加电压，产生已知强度和位置的局部磁场。磁

性定向仪对感应磁场很敏感，钻进期间，采用专用软件可提高磁性定向仪的定位精度。

陀螺仪陀螺仪测量系统用得不多。陀螺仪可保持固定的方向，且不受磁干扰的影响。然而，

陀螺仪的大小受钻杆内径尺寸限制。小尺寸的陀螺仪精度低，且漂移增长，还规定专业人员操作。

4.2.2.3注意事项

选择应用上述仪器，应以现场技术规定和费用考虑为基础。一般，地表定位系统最便宜，但仅

能用于距离较小的穿越。磁性定向仪用于较大的管线铺设工程，这些工程为避开已有地下管线钻进

较深，且磁干扰小，能辨认和量化。

工程选择的磁性定向仪和备用仪器，应有最近期的工厂标准校验，以保证其误差在生产商的额

定范围之内。在现场对转角的标准误差检查，应在工程施工前进行。转角的标准误差检查也可在探

头安装进钻具后，与拟定的方向对照进行检查。

磁性定向仪应直于沿钻孔基准线的地面上——即相同磁干扰区——使仪器在一个圆周内以不变

的方向转动时，记录下数据。转动检查至少应检查8个点。按钻进时的倾角状态检查，4个点足够。

应沿钻孔轨迹的不同位置，选择地按钻进时的倾角状态检查磁场变化，拟定仪器通过该处的方位。

假如也许，倾角状态检查应使用装