CN112984213A - 非开挖定向钻进铺管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非开挖定向钻进铺管施工方法，根据地质勘察资料，设计导向轨迹以及钻孔轨迹，其中，本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法通过测量地层施工区域的水平距离，根据管道的曲率半径计算钻头在施工区域的钻进角度，以及管道实际铺设在地层中实际需要的施工区域长度，通过将地层施工区域的水平距离以及管道实际铺设需要的施工区域长度进行对比，从而选择合理的非开挖管道施工方案；本发明通过在地层的施工区域内合理规划钻孔轨迹,以解决现有技术中的非开挖定向钻进铺管施工存在一定局限性的问题。

Description

非开挖定向钻进铺管施工方法

技术领域

本发明涉及铺管施工方法领域，特别涉及一种非开挖定向钻进铺管施工方法。

背景技术

随着我国城市建设的发展，随着城市市容的不断改善和交通、建筑保护意识的不断提高，同时，随着旧城改造的加快和地下管线建设的规模不断壮大，各类管径的管道埋设工程不断增多。

在地下管道铺设作业中，为了避免阻碍交通、影响周围环境以及施工效率低的缺陷，通常采用非开挖方式铺设。现有非开挖铺管施工，由于管道施工所处的地质条件趋于复杂，钻孔施工存在一定的局限性。故需要提供一种非开挖定向钻进铺管施工方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种非开挖定向钻进铺管施工方法，其在施工区域内合理规划钻孔轨迹,以解决现有技术中的非开挖定向钻进铺管施工存在一定局限性的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种非开挖定向钻进铺管施工方法，用于在地层进行钻孔铺设管道施工，所述地层包括依次设置的下挖区域、延伸区域以及上挖区域；所述非开挖定向钻进铺管施工步骤包括：

S1:根据地质勘察资料，设计导向轨迹以及钻孔轨迹，在所述下挖区域设置入口点，在所述上挖区域设置出口点，以所述入口点到所述出口点之间的直线方向为导向轨迹；

沿所述导向轨迹，所述下挖区域的长度为L1’，所述延伸区域的长度为L2’，所述上挖区域的长度为L3’，

所述钻孔轨迹包括设置在所述下挖区域的第一曲线部，在所述延伸区域的直线部，在所述上挖区域的第二曲线部，所述第一曲线部与所述第二曲线部相对设置在直线部两端，所述第一曲线部一端与所述入口点连接，另一端与所述直线部一端连通，所述第二曲线部一端与所述入口点连接，另一端与所述直线部另一端连通；

其中，管道的曲率半径的计算由待铺设管道的弯曲特性确定，所述管道直径越大，所述曲率半径越大；

当铺设的管道为钢管时，所述钢管的最小弯曲率半径为Rmin，钢管外径为 D(mm)，安全系数为S，且S取值介于1～2之间，所述钢管的屈服极限为K2 (N/mm2)，

其中，Rmin＝206·D·S/K2(m)；

当铺设的管道为PE管时，所述PE管的最小曲率半径为ρ，弹性模数为E (Mpa),管外径为DH(cm)，弯曲应力为δρ(Mpa)，

其中，

导向钻头在地层中的运动轨迹的深度为h，所述第一曲线部与所述地层表面的夹角为α1，所述第一曲线部的曲率半径为R1，

其中，

所述第二曲线部与所述地层表面的夹角为α2，所述第二曲线部的曲率半径为R2，

其中，

当所述L1＜L1’，且所述L3＜L3’时，施工装置按照所述钻孔轨迹钻孔铺管；

S2:导向孔施工；

将用于发射无线电信号的探测器固定在导向钻头上，地面接收器设置在所述地层表面，所述地面接收器接收并显示造斜面的面向角等各种参数，并同步显示在钻机的遥感显示器上；

钻孔时，接收器接收并显示造斜面的面向角等各种参数，并同步显示在钻机的遥感显示器上；根据所述遥感显示器显示的情况，掌握孔内钻头和钻孔轨迹情况；从而调整导向钻头造斜面的方向来进行钻孔作业；

钻机驱动钻杆带动导向钻头从地层表面的入口点钻进施工，所述导向钻头根据钻孔轨迹依次穿过地层内部的下挖区域、延伸区域以及上挖区域，直至导向钻头到达出口点位置，钻出或人工掏挖出导向钻头；

所述地层内形成一条连通入口点与出口点的导向孔；

S3:回扩装置进行扩孔施工：

导向孔成型后，取下所述导向钻头，接上扩孔钻头，所述扩孔钻头另一端与回拉钻杆链接，通过所述回拉钻杆进行扩孔钻进施工；

从所述导向钻头出土位置开始，所述扩孔钻头沿导向孔进行扩孔，直到导向孔扩至目标孔径；

S4:铺管施工：

所述钻杆连接扩孔钻头，所述扩孔钻头另一端通过拉管头连接管线；

其中，所述扩孔钻头与所述拉管头之间通过单动接头连接，所述单动接头用于防止管线与所述扩孔钻头一起回转，从而保证管线能够平滑地回拖；

所述钢管靠近扩孔钻头一端连接有可回收注浆管；

S5:注浆加固施工：

通过可回收注浆管对所述管线与所述导向孔之间的空隙进行注浆，注浆完成后，拔出可回收注浆管；所述导向孔与所述管线之间填充有泥浆层，所述泥浆层用于填补所述管线周围的空隙，加固所述地层；

S6:回填工作坑，完成管线铺设。

本发明中，当所述L1＞L1’时，所述步骤S2前，在所述下挖区域垂直开挖第一工作坑。

本发明中，当所述L3＞L3’时，所述步骤S2前，在所述上挖区域需垂直开挖第二工作坑。

本发明中，当所述L1＞L1’，且所述L1’与L1之间的长度差值介于第一设定范围内，

所述入口点位置设置有支撑结构，以所述支撑结构顶面所在平面为基准，所述所述导向钻头在地层中的运动轨迹的深度为h’,

此时，所述第一曲线部在所述地层表面的投影为L4,

其中，

且L4＜L1’。

本发明中，所述步骤S2中，

所述探测器在第一曲线部以及所述第二曲线部发射无线电信号的测量频率为每0.5～1.0m/次，所述探测器在所述直线部发射无线电信号的测量频率为钻杆一次；

所述钻杆在所述第一曲线部以及所述第二曲线部进行顶进作业时，单次顶进的长度介于0.5～1.0m之间。

本发明中，所述回扩装置包括：

扩孔钻头，与所述钻杆一端连接，用于扩展所述导向孔的孔径；

回拉钻杆，与所述扩孔钻头另一端连接，所述回拉钻杆另一端延伸处所述导向管远离所述钻机一端，用于回拉所述钻杆；以及

旋转接头，设置在所述扩孔钻头与所述回拉钻杆之间，用于调节所述回拉钻杆的转动方向，防止所述回拉钻杆与扩孔钻头一起回转。

本发明中，最终扩孔直径按照公式：D1＝K1×D计算；

其中D1为适合成品管铺设的钻孔直径；D为成品管外径；K1为经验系数， K1取值在1.2～1.5之间。

本发明中，所述步骤S4包括：

S41：在管线前端连接两根与所述管线同长度的Φ23～Φ27钢管；

S42：回拉管时，所述钻杆连接扩孔钻头一端，所述扩孔钻头另一端通过单动接头连接拉管头，两根所述钢管与管线一同回拉；

且所述钢管靠近扩孔钻头一端连接有可回收注浆管。

S43：管线回拉完成后，钢管一端解除钢管与管线的连接。

本发明中，所述步骤S5包括：

S51：在两根所述钢管一端均连接有拉管机，且两根所述钢管另一端各加一根5～7m长同直径的注浆花管；

S52：所述拉管机拉动钢管，拉动钢管5～7m，解除钢管和拉管机的连接，然后将钢管一端与高压注浆泵连接，然后进行单次注浆操作；

S52：单次注浆操作完成后，将钢管和高压注浆泵连接解除，换成钢管和拉管机的连接进行拉动钢管操作，拉动钢管5～7m，解除钢管和拉管机的连接，然后将钢管一端与高压注浆泵连接，然后进行单次注浆操作；

反复进行S52步骤，直到把钢管全部拉出，注浆加固施工完成。

本发明中，所述入土段与所述地层表面之间的夹角范围介于8°～20°之间。

本发明中，所述导向钻头在所述地层中的运动轨迹的深度介于0～15m。

本发明中，所述管线的直径介于50～1000mm之间。

本发明中，所述括至少两组拼接连接的管材，使得所述管线长度可调。

本发明中，所述管材的外圈直径介于50mm～63mm时，相邻所述管材间热熔对接连接或热熔承插连接。

本发明中，所述管材的外圈直径介于75mm～1000mm时，相邻所述管材间热熔对接连接或热熔承插连接。

本发明中，所述扩孔钻头包括

钻头本体，用于转动扩孔；以及

拖动件，设置在所述钻头本体一端，所述钻头本体通过拖动件与所述旋转接头连接，所述拖动件上设置有第一连接孔。

所述旋转接头包括与所述拖动件连接的第一连接部，以及与所述回拉钻杆连接的第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部转动连接；

其中，所述第一连接部包括两个相对设置并形成以夹持开口的限位件，所述限位件上设有与所述第一连接孔对应的第二连接孔，

所述拖动件设置在所述夹持开口内，且所述拖动件与所述第一连接件部通过螺栓连接。

本发明中，所述第二连接部设有用于连接第一连接部的连接槽；

所述第一连接部还包括转动件，所述转动件设置在所述连接槽内，所述第一连接部通过转动件与所述第二连接部转动连接；

其中，所述转动件一端延伸出所述连接槽，且所述转动件一端与所述并与所述限位件通过螺栓连接。

所述开口的大小可调，所述限位件一端设置有调节杆，所述调节杆靠近所述开口中心一端设置有限位块，

所述第一连接部还包括：

固定座，与所述第二连接部一端固定连接，所述固定座上设置有限位槽，所述限位槽用于收容所述调节杆，所述限位槽的开口处设置有挡块；以及

弹性件，设置在所述限位块与所述挡块之间，所述弹性件用于挤压所述限位块。

本发明中，两组所述限位件与所述固定座均可调节连接。

本发明中，所述固定座包括：

第一固定件，与所述第二连接部固定连接，所述限位槽设置在所述第一固定件远离所述第一连接部一侧，且所述第一固定件远离所述第一连接部一侧还设置有第一连接孔；以及

第二固定板，设置在所述第一固定件远离所述第一连接部一侧，且位于两个所述限位件之间，所述第二固定板上设置有与所述第一连接孔相匹配的第二连接孔，

所述第一固定件与所述第二固定板通过紧固件固定连接。

本发明中，所述限位件远离所述开口一端还设置有防护板，所述防护板结构与所述固定座外圈结构相匹配。

本发明中，所述防护板为弧形结构，所述固定座周边设置有用于嵌合所述防护板的避让缺口。

本发明相较于现有技术，其有益效果为：本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法，通过测量地层施工区域的水平距离，根据管道的曲率半径计算钻头在施工区域的钻进角度，以及管道实际铺设在地层中实际需要的施工区域长度，通过将地层施工区域的水平距离以及管道实际铺设需要的施工区域长度进行对比，从而选择合理的非开挖管道施工方案；本发明通过在地层的施工区域内合理规划钻孔轨迹,以解决现有技术中的非开挖定向钻进铺管施工存在一定局限性的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅为本发明的部分实施例相应的附图。

图1为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的钻孔轨迹结构示意图。

图2为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的钻进装置后视图。

图3为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的钻孔轨迹结构示意图。

图4为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第三实施例的钻孔轨迹结构示意图。

图5为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第四实施例的钻孔轨迹结构示意图。

图6为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的回扩装置结构示意图。

图7为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的拉管操作结构图。

图8为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的管道成品结构示意图。

图9为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的旋转接头结构示意图。

图10为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的旋转接头结构示意图。

图11为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的转接头初始位结构示意图。

图12为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的转接头挤压位结构示意图。

图13为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的第一固定件结构示意图。

图14为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的第二固定板结构示意图。

附图标记：地层11、导向孔111、出口工作坑112、加强槽1121、支架113、固定部1131、支撑部1132、限位块1132a、钻孔轨迹12、第一曲线部121、直线部122、第二曲线部123、探测器131、地面接收器132、钻进装置14、钻机 141、钻杆142、钻头143、回扩装置16、扩孔钻头161、钻头本体1611、拖动件1612、回拉钻杆162、旋转接头163、第一连接部1631、限位件16311、转动件16312、第二连接部1632、连接槽16321、泥浆层17、第二钻进装置18、管线19。

第一实施例钻孔轨迹附图标记：入口点A₁、第一曲线部和直线部轨迹变化点B₁、直线部和第二曲线部轨迹变化点C₁、出口点D₁、第一曲线部投射在地面的长度为L₁、直线部投射在地面的长度L₂、第二曲线部投射在地面的长度为 L₃、第一曲线部的曲率半径为R₁、第二曲线部的曲率半径为R₂、钻头在地层中的运动轨迹的深度为H₁、钻头入土角α₁、钻头出土角α₂。

第二实施例钻孔轨迹附图标记：地层21、第二工作坑212、入口点A₂、B₂为第一曲线部和直线部轨迹变化点、C₂为直线部和第二曲线部轨迹变化点、钻头在地层中的运动轨迹的深度为H₂。

第三实施例钻孔轨迹附图标记：地层31、入口点A₃、B₃为第一曲线部和直线部轨迹变化点、C₃为直线部和第二曲线部轨迹变化点、钻头在地层中的运动轨迹的深度为H₃、第一工作坑313、第二工作坑312；

第四实施例钻孔轨迹附图标记：地层41、支撑结构411导向钻头在地层41 中的运动轨迹的深度为h’、第一曲线部投射在地面的长度为L₄。

第二实施例旋转钻头附图标记：旋转接头5、第一连接部51、限位件511、调节杆512、限位块513、防护板514、固定座515、第一固定件5151、限位槽 5151a、挡块5151b、第一固定孔5151c、第二固定板5152、第二固定孔5152a、弹性件5153、避让缺口5154、第二连接部52。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

本发明术语中的“第一”“第二”等词仅作为描述目的，而不能理解为指示或暗示相对的重要性，以及不作为对先后顺序的限制。

请参照图1和图2，其中图1为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的钻孔轨迹结构示意图，图2为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的钻进装置后视图。

如下为本发明提供的一种能解决以上技术问题的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例。

本发明提供的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例为：一种用于在地层进行钻孔铺设管道施工，地层包括依次设置的下挖区域、延伸区域以及上挖区域；其中，非开挖定向钻进铺管施工步骤包括：

S1:根据地质勘察资料，设计导向轨迹以及钻孔轨迹。

其中S1的具体步骤为：

S111：施工现场前期资料的收集

非开挖定向钻进施工是一种存有一定风险的施工方法，所以在钻进施工前做好充分的前期准备工作显得尤为重要。了解和收集非开挖施工现场的地层情况资料，必要时应进行专业的岩土工程勘察，以获取地下土层情况的详实的资料。因非开挖水平定向钻进铺管施工为地下土层钻凿工程，可能会遇到各种各样的地层，不同的土层对非开挖定向钻进铺管施工的影响很大，对地层分布情况的充分掌握和了解是非开挖水平定向钻进施工效率高低的一个重要因素，有时甚至会影响到工程的成败。

S112：施工现场地下管线的勘察和探测

对于非开挖水平定向钻进铺管施工，全面掌握施工区域范围内的地下管线分布、埋深等资料尤其重要，在施工前应采取各种手段和方式掌握原有地下管线的资料。摸清地下管线应做到:到建设规划部门查阅施工地点的管线相关图纸和布置情况，并到现场进行校核，在现场找出图纸标示的管线；利用地下管线探测仪器和探底雷达法对地下管线的分布、走向、位置、管径大小进行调查探测，必要时可进行人工探查，该方式更为直观准确；主动联系各相关管线权属单位到现场进行确认和交底。

S12：钻孔轨迹的设计

钻孔轨迹的设计是非开挖定向钻进施工的依据和质量检查的标准。轨迹的设计不仅要考虑避开穿越区域的地下管线，还要考虑水文地质、地面环境、敷设管道的管径材质、穿越长度深度、钻机和管材的弯曲半径等因素。管道的实际施工轨迹应满足设计要求，必须考虑入土点、出土点的斜直段、曲线段长度，严格控制水平穿越段各点的标高。

本实施例中的钻孔轨迹的设计通过在下挖区域设置入口点，在上挖区域设置出口点，以入口点到出口点之间的直线方向为导向轨迹；沿导向轨迹，下挖区域的长度为L1’，延伸区域的长度为L2’，上挖区域的长度为L3’。

本实施例中钻孔轨迹12包括设置在下挖区域的第一曲线部121，在延伸区域的直线部122，在上挖区域的第二曲线部123，第一曲线部121与第二曲线部 123相对设置在直线部122两端，第一曲线部121一端与入口点连接，另一端与直线部122一端连通，第二曲线部123一端与入口点连接，另一端与直线部 122另一端连通。

其中，管道的曲率半径的计算由待铺设管道的弯曲特性确定，管道直径越大，曲率半径越大。

当铺设的管道为钢管时，钢管的最小弯曲率半径为Rmin，钢管外径为D (mm)，安全系数为S，且S取值介于1～2之间，钢管的屈服极限为K2(N/mm2)；其中，Rmin＝206·D·S/K2(m)。

当铺设的管道为PE管时，PE管的最小曲率半径为ρ，弹性模数为E(Mpa), 管外径为DH(cm)，弯曲应力为δρ(Mpa)；其中，

以导向钻头143在地层11中的运动轨迹的深度为h，第一曲线部121与地层11表面的夹角为α1，第一曲线部121的曲率半径为R1；其中，

第二曲线部123与地层11表面的夹角为α2，第二曲线部123的曲率半径为R2；其中，

当L1＜L1’，且L3＜L3’时，施工装置可直接钻孔铺管。钻孔轨迹12如图1所示。

当L3＞L3’时，需在导向孔钻孔施工前，在地层21的上挖区域需垂直开挖第二工作坑212。钻孔轨迹如图2所示；其中A₂为入口点、B₂为第一曲线部和直线部轨迹变化点、C₂为直线部和第二曲线部轨迹变化点、钻头在地层中的运动轨迹的深度为H₂。同理，当L1＞L1’时，需在导向孔111钻孔施工前，在下挖区域垂直开挖第一工作坑。

在铺设较大管径的钢管(D>200mm)时，因弯曲半径R2太大，L3相应增大，会使导向孔111距离增长，同时也浪费材料，因此在场地条件满足的情况下，本发明优选采用开挖下管工作坑来代替第二造斜段。

对于铺设大管径的钢管(D>400mm)时，在场地条件满足的情况下，应在地层31的入口点A₃和出口点C₃均采用开挖工作坑的方式进行施工。如图3所示。其中A₃为入口点、B₃为第一曲线部和直线部轨迹变化点、C₃为直线部和第二曲线部轨迹变化点、钻头在地层中的运动轨迹的深度为H₃，入口点A₃设置在第一工作坑313内，出口点设置在第二工作坑312内，且C₃也设置在第二工作坑312 内。

当L1＞L1’，且L1’与L1之间的长度差值介于第一设定范围内；本实施例中优选第一设定范围为0m到0.5倍L1的长度之间。如图4所示，在地层的入口点A₄位置设置有支撑结构411，以支撑结构411顶面所在平面为基准，导向钻头在地层41中的运动轨迹的深度为h’,此时，第一曲线部在地层41表面的投影为L4,其中，

且L4＜L1’。

S2:导向孔111施工；

S21:工作坑开挖与支护及钻机141安装与就位；其具体步骤为：

S211:工作坑的开挖与支护

进、出口工作坑的大小，应根据场地条件、管线类型、管径、材质、埋深、地质条件及导向轨迹的设计参数确定工作坑的形状、大小和深度，一般挖成矩形形状的坑。当深度较深时，必须考虑挖掘工作中坑壁的稳定性，并采取相应的支护方式，其整体刚度、稳定性和支撑强度必须通过验算。在考虑坑的功能时，如欲用于接管工作的出口坑，需考虑焊接工作的操作空间；如果欲铺设的管线直径大，则出口坑必须延长成适合管道平直回拖的长槽。

S212:钻机的安装与就位；其具体步骤为：

S2121:选择钻机

当施工条件已知，钻孔设计轨迹确认后，水平定向钻机的选型主要考虑以下几个因素：

钻孔设计终孔口径、钻孔的曲率半径、所铺管线的长度等，根据它们的大小通过回转扭矩和回拖力来选择确定钻机。考虑钻孔复杂情况，所选的钻机能力至少应大于计算所需的30％以上。

现场地形、交通条件、管线埋深、工作位置等，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。

地表始钻式钻机通常为履带式或轮胎式，具有行走机构，可依靠自己的动力自行走进入工地。地表始钻式钻机有几种桩定方式将钻机锚固在地上，性能完善的钻机桩定系统可以是液压驱动的。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，有的还配置有钻杆自动装卸系统，定长的钻杆装在一个“传送盘”上，随钻进或回扩的过程自动地从钻杆柱上加、减钻杆；有的搅拌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，施工时需要在钻孔的两端都开挖工作坑，但可在空间受限的地方操作,一些设计成更紧凑的钻机的工作坑，可只比接管所需的坑稍大一点就行。坑内发射钻机固定在工作坑中，利用坑的前、后壁承受给进力和回拉力。

S2122：安放钻机141

钻机141进场前，要在钻孔的入土点和出土点的位置开挖工作坑，工作坑挖好后，即可进行钻机141的安放，钻机141的安置主要考虑设计钻杆142的入土角，根据设计钻杆142的入土角来调整钻机141架设的角度和方向，设备应安装在生产管中心线延伸的起始位置并调整机架方位至符合设计钻孔轴线。钻机141安放好后，要进行钻机141的锚固，土层坚硬且干燥可适用直锚杆，土层松散可采用混凝土基础或沉箱螺旋锚杆锚固定位，钻机141的锚固能力反映了钻机141在给进和回拉施工时发挥其本身功率的能力。

钻机141就位后，根据施工场地的不同土层情况选择合适的钻头143和钻具组合，将钻具组合检查安装好。钻机141的扭矩越大转速越高，扩孔效率越高，在钻机141的额定扭矩和转速条件下，扩孔效率与被扩孔土层，扩孔钻头 161，扩孔泥浆质量和泥浆量有直接关系。要提高扩孔效率，必须搞清楚土层结构和土质成份，选择适应切削该土层的高效钻头143，调配好适应该土层的泥浆和合理泥浆量，进行扩孔，扩孔效率高。

S22：泥浆制备以及钻进导向孔111。

S221：制备泥浆

泥浆指水与膨润土或聚合物的混合物，有时还需加入某些泥浆处理剂。组成非开挖钻进泥浆的基本物质是水和粘土,而其中粘土对泥浆性能的影响是一个决定性的因素。泥浆的性质和性能主要取决于粘土颗粒的矿物类型及其在水中的性质、分散粒度的大小、分布粘土的总含量及这些微粒和处理剂的作用等。非开挖用粘土主要是膨润土，膨润土晶胞间联系松散,可交换的阳离子数目多, 水分子易进入晶胞间,所以易膨胀水化,分散性好,造浆率高。由于一般膨润土均为钙质膨润土,为了提高钙质膨润土的造浆性能,须对其进行碱化处理,在用钙质膨润土配浆时时,加入适量纯碱,改变土的性能,使其成为钠质膨润土。一般地加入纯碱碳酸钠的比重约为粘土重量的5％～6％即可。配浆用水一般是就地取水,但要求水质干净、无杂质、无污染的水源。为了保证泥浆在钻进过程中的稳定性,提高泥浆的性能以适应各种情况下的钻进要求,必须对泥浆进行化学处理, 加泥浆处理剂是处理泥浆的常用方法。处理剂分无机处理剂和有机处理剂,针对不同的土层,可选用不同的泥浆处理剂进行处理。

泥浆用量计算：每米钻孔的泥浆体积V＝0.785×(D2-d2)×系数；化学泥浆添加剂总用量T＝t×V；其中V—需用泥浆体积(立方米)；D—大回扩器的直径(米)；d—小回扩器或导向孔111的直径(米)，T—化学泥浆添加剂总用量(千克)；t—每立方米水中加入的化学泥浆添加剂参考用量(千克)；系数取值应该根据土质、管径、长度、回扩次数等选用，本实施例中的系数取值应该在1.5～3之间。

进一步的，本实施例中的钻孔操作通过进行不同钻头143直径回扩时的泥浆用量应累加；在用同一直径回扩器进行多次回扩时，取d＝0。

本实施例中泥浆的配置工序为：首先在抽用的清水里加一定比例(0.1-0.2 ％)的纯碱软化水；然后加入一定比例的膨润土，用机械搅拌使其充分溶于水，且完全分散，一般需搅拌20分钟左右；最后，加入一定比例的添加剂搅拌3-5 分钟即可使用。

S222：选择导向装置

对于非开挖定向钻进工程来说，定位和导向仪是非常关键的设备，对于不同的施工条件，正确地选择和使用合适的导向仪器，是决定工程成败的主要因素。控向设备的选择主要根据钻孔设计轨迹的埋深、现场的地形情况及电磁信号的干扰、连续工作时间的长短等因素进行选择，根据现场的实际情况并考虑施工的技术要求和施工成本等，可选择不同性能和精度的控向设备来进行施工。

导向系统有好几种类型，主要有手持式跟踪系统和有缆式导向系统，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。目前使用最广的是定位系统是手持式跟踪(walk-over)系统，它是以一个装在钻头后部空腔内的探测器或探头为基础，发射探头发出的无线电信号由控向人员手持的地面接收器接收，接收到的信号经接受仪处理后显示出接收信号的各项参数。

S223：钻进导向孔。

钻进导向孔是水平定向钻进施工的最重要阶段，它决定铺设的管线的最终位置，导向孔的施工应符合下列要求：

S2231：钻机141开启后应进行试运转，确定设备各部分运转正常后方可钻进；其中，导向装置中的探测器131固定在导向钻头143上，探测器131用于发射无线电信号，地面接收器132设置在地层11表面，用于接收探测器131 发射的无线电信号，显示出接收无线电信号的各项参数；便于操作人员及时发现钻孔轨迹偏移，可及时纠偏。

S2232：在第一根钻杆142入土钻进时，应轻压慢转稳定入土位置，符合设计入土角后方可实施钻进，在钻进液喷射钻进的辅助作用下，钻孔不断向前延伸，在坚硬的岩层中，需要泥浆马达钻进，钻杆142的末端有一个弯接头控制轨迹的方向。

在钻进过程中，接收器接收并显示造斜面的面向角等各种参数，并同步显示在钻机141的遥感显示器上，操作人员应根据显示的情况，掌握孔内钻头143 和钻孔轨迹情况，当发现钻孔轨迹偏离原有设计轨迹时，操作人员通过调整钻头143造斜面的方向来进行造斜纠偏，直到钻头143的实际位置与钻孔设计轨迹相同，这样就会钻出与设计轨迹相同的导向孔111。

S2233：导向孔111钻进时，地面接收器132沿导向轨迹从入口点沿地层 11表面运动到出口点；同时，钻杆142驱动导向钻头143从地层11表面的入口点钻进施工，导向钻头143沿钻孔轨迹依次穿过地层11内部的下挖区域、延伸区域以及上挖区域，直至钻头143到达出口点位置，钻出或人工掏挖出钻头 143。

其中，造斜段测量频率一般情况为每0.5-1.0m/次，直线段测量频率一般为每根钻杆142一次，对原有地下管线位置、关键的出入土点、钻进有坡度要求的孔或调整钻孔轨迹时，应增加测量频率，将测量数据与设计轨迹进行比较，随时纠偏，以确认下一段要钻进的方向。

曲线段钻进时，应按地层11条件调整推进力，避免钻杆142发生过度弯曲。

造斜段顶进时，一次顶进长度宜小于0.5～1.0m，同时应观察延伸长度顶角变量，顶角变量应符合钻杆142极限弯曲强度要求，采取分段施钻，使延伸长度顶角应变化均匀。

导向孔111相邻两测量点之间轨迹偏离误差不得大于终孔孔径，发现偏离误差应及时纠偏。

S2234：当钻头143在出口坑露出

地面时，应测量实际出土点是否在允许误差范围之内。如果钻孔的一部分超出误差范围，可能要拉回钻杆142，重新钻进钻孔的偏斜部分。当出土点满足要求时，取下钻头143和相关钻具，开始扩孔和回拉。

S2235：钻进液

钻进液通常就是钻进泥浆，在非开挖定向钻进施工中，钻进液的作用是非常重要的，它在各个环节中均发挥出不同的的重要作用。钻进液用于携带钻屑、稳固孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、冷却钻头和发射探头及喷射钻进等，它被视为导向钻进的“血液”。管道与孔壁环状空间里的钻进液还有悬浮和润滑作用，有利于后续管道的回拖。钻进泥浆由泥浆泵泵入钻杆142，从钻头143 喷嘴喷射出来，再经钻杆142与孔壁的环状间隙返回地面，从钻孔中返回的泥浆需要经泥浆沉淀池或泥浆净化设备处理后，再送回泥浆池，或与新泥浆混合后再使用。钻进液是一种由清水、膨润土、少量的聚合物以及处理剂相互掺杂的混合物。膨润土是常用的泥浆材料，它是一种无害的泥浆材料。

S3:回扩装置16进行扩孔施工,回扩装置16如图6所示。回扩步骤如下：

S31：扩孔直径计算：本发明的施工方法中，根据导向孔111与适合成品管铺设孔的直径大小和地层11情况，扩孔可一次或多次进行。同径铺设时，导向孔111完成后，即可直接进行回托铺管。但是，大多数导向孔111需要用扩孔器来扩大钻孔，以便能安装成品管线，扩孔的主要目的是将钻孔孔径扩大，最终扩孔直径公式：D1＝K1×D计算；其中D1为适合成品管铺设的钻孔直径；D 为成品管外径；K1为经验系数，一般K1取1.2～1.5，当地层11均质完整时， K1取小值，当地层11复杂时，K1取大值。

S32:导向孔111成型后，首先在出口坑处将导向孔111施工时安装在钻杆 142前端的导向钻头143取下；其次，钻杆142前端通过旋转接头163接上扩孔钻头161一端，扩孔钻头161另一端与回拉钻杆162链接，通过回拉钻杆162 进行扩孔钻进施工。

S33:当扩孔钻头161(扩孔器)的小眼孔能正常喷浆时，方能开始扩孔，严禁干扩。

S34:从导向钻头143出土位置开始，扩孔钻头161沿导向孔111进行扩孔，直到导向孔111扩至目标孔径。扩孔钻头161到达钻机141一侧的工作坑后，卸下扩孔器及回转接头，将钻机141上的钻杆142与回拉钻杆162连接起来，然后在出土坑中的连接钻杆142后连接另一更大的扩孔器及回转接头，后再接第二次回拉用的钻杆142，进行第二次的扩孔钻进，循环往复扩孔直至达到要求。

扩孔时，操作人员应按配套扩孔钻头由小到大逐级扩孔，一般扩孔钻头直径有100、300、500、700、900、1100、1300、1500mm。中、大型钻机在松软土层中扩孔，可跨越一级钻头直径扩孔。

扩孔中，如果出现钻机141扭矩、拉力异常时，应进行洗孔(清理一遍或几遍钻孔，使孔内保持畅通)，洗孔结束后，再继续进行扩孔作业。

S4:铺管施工，拖管装置回拖管材：

当钻孔扩大至所需孔径后，即可将需铺设的成品管拉入充满泥浆的孔中。管子最好预先全部连接妥当，以利于一次拉入，管材的强度及环刚度必须满足设计和施工阶段的荷载要求。当地层11情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，可能对分段拉管造成困难。

S41：拉管前，在管线前端连接两根与PE管同长度的Φ23～Φ27钢管，本实施例优选采用Φ25钢管。。

S42：如图7所示，回拉管时，钻杆142连接扩孔钻头161，扩孔钻头161 另一端通过拉管头连接管线；其中，扩孔钻头161与拉管头之间通过单动接头连接，单动接头用于防止管线与扩孔钻头161一起回转，从而保证管线能够平滑地回拖；此时钢管与管线一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。

回拖力计算公式有：管的重力为:G＝ρ管×g×v；管在孔中的浮力为:F 浮＝ρ泥浆×g×v排；管所受的侧摩阻力为:F摩＝(F浮-G)×f1；管子回拖时的粘着力为:F粘＝31.4×D×L×f2；管子回拖的同时扩孔的阻力为:F扩＝62.8 ×D；拉管时管道承受的最大拉力为:F管＝F粘+F扩；拉管时钻机141施加的最大拉力为：F总＝F粘+F扩+F摩。

其中，ρ管—管材的密度(千克/立方米)；ρ泥浆—泥浆密度(千克/立方米)；v—回拖管材的速度(米/秒)；v排—管材排开泥浆的体积(立方米)； f1—管材在泥浆中与孔壁的摩擦系数；f2—泥浆粘附在管表面的粘着力系数；D —管材的外径(米)；L—管材长度(米)；g—9.8N/kg。

S43：管线回拉完成后，钢管一端解除钢管与管线的连接。钢管靠近扩孔钻头161一端连接有可回收注浆管。

S5:注浆加固施工：

通过可回收注浆管对管线与导向孔111之间的空隙进行注浆，注浆完成后，拔出可回收注浆管；导向孔111与管线之间填充有泥浆层17，泥浆层17用于填补管线周围的空隙，加固地层11。步骤S5包括：

S51：在两根钢管一端均连接有拉管机，且两根钢管另一端各加一根5～7m 长同直径的注浆花管。

S52：拉管机拉动钢管，拉动钢管5～7m，解除钢管和拉管机的连接，然后将钢管一端与高压注浆泵连接，然后进行单次注浆操作。

S52：单次注浆操作完成后，将钢管和高压注浆泵连接解除，换成钢管和拉管机的连接进行拉动钢管操作，拉动钢管5～7m，解除钢管和拉管机的连接，然后将钢管一端与高压注浆泵连接，然后进行单次注浆操作。反复进行S52步骤，直到把钢管全部拉出，注浆加固施工完成。

本实施例中的注浆加固施工优选方案为：在两根钢管前面各加一根6m长，且同相直径的注浆花管；每拽入钢管6m，把钢管和拉管机的连接取消，换成钢管和高压注浆泵连接，注入1：1水泥、粉煤灰浆液(0.4Mpa)，从而置换触变泥浆，补充管线周围的空隙。然后再将钢管和高压注浆泵连接解除，换成钢管和拉管机的连接进行拉动操作；再拽入钢管6m，把钢管和拉管机的连接取消，换成钢管和高压注浆泵连接，注入泥浆；如此反复进行，直到把钢管全部拉出，注浆操作结束。

本发明通过可回收注浆管对管线19与导向孔111之间的空隙进行注浆，注浆完成后，拔出可回收注浆管。拉管完后需要进行注浆加固处理，避免了地面沉降，提高地基的承载力，有效预防管涌并隔断水源。注浆后的管道铺设结构如图8示意图；其中管线19外壁与导向孔111内壁之间均填充有泥浆层17，泥浆层17用于填充管线19周围的空隙，保证了铺管结构整体的稳定性。

S6:回填工作坑，完成管线铺设。

在回拉完成后，还应将管头拉出一段长度，一般约为管材总长度的3％，并应对成品管两端进行封堵，避免异物进入管内。根据回拉管材不同的用途，还应进行管材相关的测试试验，待试验合格后，应及时清理现场泥浆、渣土和废弃物，并按要求回填压实工作坑。

如下对本实施例中的扩孔步骤S34进行详细阐述：

S341：钻孔过程中卡钻。卡钻是扩孔中常见技术的难点，遇到卡钻，分析判明原因后处理。

S3411：扩孔钻头161与地下管线相碰卡钻，退出扩孔钻头161，拖回钻杆 142，钻机141移位，重做导向孔111。

S3412：杂填土中的砖块、石块卡钻：松脱扭矩，转动钻头143，缓慢扩孔；杂填土中的大块石、混凝土块卡钻：设法退出钻头143，钻机141移位重做，或者挖出石块，继续扩孔，切莫蛮干，否则会扭断钻杆142，将钻具丢失孔内。

S3413：大直径扩孔钻头161进行扩孔作业时，遇到硬粘土层，造成频繁卡钻，放慢扩孔速度，加大泥浆量，有时回拖一根钻杆142，需要40分钟。

S3414：扩孔钻头161与树根相遇卡钻，松脱扭矩，缓慢回扩，通过树根后又给进重新回扩，将树根粉碎，以防铺管时有障碍。

S342：钻孔过程中，导向孔111缩径。软土层扩孔，孔内容易产生缩径现象。

钻杆142卸下后，孔内水从钻杆142倒流出，说明孔内严重缩径。缩径严重时，被铺管会受到挤压变形，甚至卡死被铺管。遇到严重缩径，选用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。或加大一级钻头143扩孔，再清孔铺管。选用硬度较高，抗侧压力强的PE、PVC管材。如果轻微缩径，一般多清一次孔即可铺管。

S343：坍孔。

其中，砂质粘土层、砂层、松散回填土层扩孔易坍孔。坍孔埋钻、卡钻、卡死被铺管，造成路面裂缝下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁，可有效地防止坍孔。如果是块石堆积处坍孔，只有将块石清除后方可继续扩孔。

S344：钻孔膨胀。

黏土层，昔格达底层遇水膨胀：在这类地层11钻孔铺管，钻孔成导向孔111后，土层膨胀，孔内泥屑增多，孔径变小，被铺管易拉扁。此时，选用优质无固相护壁，泥浆失水少，减少孔壁与水接触。扩大一级扩孔，多清两次孔，可有效防止地层11膨胀，挤压铺管。

S345：泥浆漏失。

在松散的回填土层，地下水位较低，沙质粉土层、粉土层、沙层、河床底的软土层，沙层扩孔。泥浆不从孔口返出，而从孔内漏失，增大泥浆浓度和粘度，在孔壁形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失。在穿越河流时，泥浆漏失而又无法阻漏就顺其自然。

如下对在不同土层中铺管施工方法进行详细阐述：

在流沙层中铺管施工时：

流沙层扩孔，孔扩后不能形成完整的孔，而且流沙具有吸附力特性，给被铺管造成阻力。

在拉管前选用重胶质固相泥浆，放慢回扩速度，让泥浆与流沙充分乳化，流沙悬浮孔内，消除流沙吸附力。在铺管时，流沙随泥浆从钻孔中流出。

在黏性强的地层11铺管施工时：

黏性强的地层11扩孔，粘土形成块状残留在孔内，很难把它搅成泥浆。铺管时，泥块堆积挤压，管子受挤压变形。

铺管前多清一次孔再铺管。管子变形量少，试通合格。管子变形量大，拖出管子修复，不能修复作报废处理。

在铺管施工过程中由于孔内残留的泥块多，坍孔，缩径，管子容易卡死时：

在卡死前，回拖压力表逐步上升，见到表针上升时，暂停或放慢回拖速度，加大泥浆量，可避免管子卡死。管子卡死后，调推土机、挖土机将管子拖出。重新清孔铺管。

这样即完成了本优选实施例的非开挖定向钻进铺管施工方法的施工过程。

结合图9，图9为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的优选实施例的旋转接头结构示意图。对本实施例中的扩孔装置13结构进行详细阐述：

本实施例中，扩孔钻头131包括钻头本体1311以及拖动件1312；其中钻头本体1311用于转动扩孔；拖动件1312设置在钻头本体1311一端，钻头本体 1311通过拖动件1312与旋转接头134连接，拖动件1312上设置有第一连接孔。

本实施例中的旋转接头134包括第一连接部1341以及第二连接部1342。第一连接部1341一端拖动件1312连接，第二连接部1342一端与回拉钻杆133 连接，第一连接部1341与第二连接部1342之间转动连接；

其中，第一连接部1341包括两个相对设置并形成以夹持开口的限位件 13411，限位件13411上设有与第一连接孔对应的第二连接孔，拖动件1312设置在夹持开口内，且拖动件1312与第一连接件部通过螺栓连接。

本实施例中旋转接头134的第二连接部1342设有用于连接第一连接部 1341的连接槽13421；第一连接部1341还包括转动件13412，转动件13412设置在连接槽内13421，第一连接部1341通过转动件13412与第二连接部13242 转动连接。其中，转动件1312一端与限位件13411通过螺栓可拆卸连接。

结合图10，图10为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的旋转接头结构示意图。如下对本发明的旋转接头的第二种实施结构：

本实施例中的旋转接头21包括第一连接部211以及第二连接部212。第一连接部211一端拖动件连接，第二连接部212一端与回拉钻杆连接，第一连接部211与第二连接部212之间转动连接；其中，第一连接部211包括两个相对设置并形成以夹持开口的限位件2111，限位件2111与拖动件通过螺栓连接。本实施例中旋转接头21夹持扩孔钻头的开口的大小可调节，提升了旋转接头 21的适配性。

结合图11和图12，图11为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的转接头初始位结构示意图。图12为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的转接头挤压位结构示意图。

本实施例中，旋转接头21的第一连接部211包括限位件2111、固定座2115 以及弹性件21153；其中限位件2111一端设置有调节杆2112，调节杆2112靠近开口中心一端设置有限位块2113。固定座2115与第二连接部212一端固定连接，固定座2115上设置有限位槽21151a，限位槽21151a用于收容调节杆 2112，限位槽21151a的开口处设置有挡块21151b。弹性件21153设置在限位块2113与挡块21151b之间，弹性件用于挤压限位块2113，提升了旋转接头21 与扩孔钻头连接的稳定性。

进一步的，本实施例中的两组限位件2111均与固定座2115均可调节连接，进一步提升可夹持扩孔钻头的开口的调节范围，提升了本实施例中旋转接头的实用性。

结合图13和图14，图13为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的第一固定件结构示意图，图14为本发明的非开挖定向钻进铺管施工方法的第二实施例的第二固定板结构示意图。

本实施例中的固定座2115包括相互拼接组装的第一固定件21151以及第二固定板21152；其中第一固定件21151与第二连接部固定连接，限位槽21151a 设置在第一固定件21151远离第一连接部211一侧，且第一固定件21151远离第一连接部211一侧还设置有第一固定孔21151c；第二固定板21152设置在第一固定件21151远离第一连接部211一侧，且第二固定板21152位于两个限位件2111之间，第二固定板21152上设置有与第一固定孔21151c相匹配的第二固定孔21152a，第一固定件21151与第二固定板21152通过紧固件固定连接。

此外，本实施例中，限位件2111远离开口一端还设置有防护板2114，防护板2114结构与固定座2115外圈结构相匹配。

优选的，本实施例中的防护板2114为弧形结构，固定座2115周边设置有用于嵌合防护板2114的避让缺口21154。此结构设计提升固定座2115与限位件2111接触面积，提升了旋转接头21整体结构的稳定性。

本实施例中的旋转接头21的弹性件21153包括初始位以及挤压位。弹性件 21153位于初始位时，旋转接头21中两个限位件2111的距离；小于弹性件21153 位于挤压位时，旋转接头21中两个限位件2111的距离。

在连接固定扩孔钻头的拖动件时，通过将两个限位件2111相对远离，使得弹性件21153从初始位开始挤压变形；当两个限位件2111之间的开口距离大于扩孔钻头的拖动件宽度时，将扩孔钻头的拖动件放置在两个限位件2111之间的开口中，且限位件2111与拖动件的连接孔相对应；然后在弹性件21153在弹性恢复下，驱动两个限位件2111相互靠近，直至将拖动件进行夹持；最后通过紧固螺栓将限位件2111与拖动件进行紧固连接。

在第一实施例的基础上通过设置夹持开口尺寸可调节的旋转接头21，提升了旋转接头21的适配性，可连接固定不同尺寸的扩孔钻头，提升了非开挖水平定向钻进铺管施工装置的实用性。

综上，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种非开挖定向钻进铺管施工方法，用于在地层进行钻孔铺设管道施工，所述地层包括依次设置的下挖区域、延伸区域以及上挖区域；其特征在于，所述非开挖定向钻进铺管施工步骤包括：

S1:根据地质勘察资料，设计导向轨迹以及钻孔轨迹，在所述下挖区域设置入口点，在所述上挖区域设置出口点，以所述入口点到所述出口点之间的直线方向为导向轨迹；

沿所述导向轨迹，所述下挖区域的长度为L1’，所述延伸区域的长度为L2’，所述上挖区域的长度为L3’，

所述钻孔轨迹包括设置在所述下挖区域的第一曲线部，在所述延伸区域的直线部，在所述上挖区域的第二曲线部，所述第一曲线部与所述第二曲线部相对设置在直线部两端，所述第一曲线部一端与所述入口点连接，另一端与所述直线部一端连通，所述第二曲线部一端与所述入口点连接，另一端与所述直线部另一端连通；

其中，管道的曲率半径的计算由待铺设管道的弯曲特性确定，所述管道直径越大，所述曲率半径越大；

当铺设的管道为钢管时，所述钢管的最小弯曲率半径为Rmin，钢管外径为D(mm)，安全系数为S，且S取值介于1～2之间，所述钢管的屈服极限为K2(N/mm2)，

其中，Rmin＝206·D·S/K2(m)；

当铺设的管道为PE管时，所述PE管的最小曲率半径为ρ，弹性模数为E(Mpa),管外径为DH(cm)，弯曲应力为δρ(Mpa)，

其中，

导向钻头在地层中的运动轨迹的深度为h，所述第一曲线部与所述地层表面的夹角为α1，所述第一曲线部的曲率半径为R1，

其中，

所述第二曲线部与所述地层表面的夹角为α2，所述第二曲线部的曲率半径为R2，

其中，

当所述L1＜L1’，且所述L3＜L3’时，施工装置按照所述钻孔轨迹钻孔铺管；

S2:导向孔施工；

将用于发射无线电信号的探测器固定在导向钻头上，地面接收器设置在所述地层表面，所述地面接收器接收并显示造斜面的面向角等各种参数，并同步显示在钻机的遥感显示器上；

钻孔时，接收器接收并显示造斜面的面向角等各种参数，并同步显示在钻机的遥感显示器上；根据所述遥感显示器显示的情况，掌握孔内钻头和钻孔轨迹情况；从而调整导向钻头造斜面的方向来进行钻孔作业；

钻机驱动钻杆带动导向钻头从地层表面的入口点钻进施工，所述导向钻头根据钻孔轨迹依次穿过地层内部的下挖区域、延伸区域以及上挖区域，直至导向钻头到达出口点位置，钻出或人工掏挖出导向钻头；

所述地层内形成一条连通入口点与出口点的导向孔；

S3:回扩装置进行扩孔施工：

导向孔成型后，取下所述导向钻头，接上扩孔钻头，所述扩孔钻头另一端与回拉钻杆链接，通过所述回拉钻杆进行扩孔钻进施工；

从所述导向钻头出土位置开始，所述扩孔钻头沿导向孔进行扩孔，直到导向孔扩至目标孔径；

S4:铺管施工：

所述钻杆连接扩孔钻头，所述扩孔钻头另一端通过拉管头连接管线；

其中，所述扩孔钻头与所述拉管头之间通过单动接头连接，所述单动接头用于防止管线与所述扩孔钻头一起回转，从而保证管线能够平滑地回拖；

所述钢管靠近扩孔钻头一端连接有可回收注浆管；

S5:注浆加固施工：

通过可回收注浆管对所述管线与所述导向孔之间的空隙进行注浆，注浆完成后，拔出可回收注浆管；所述导向孔与所述管线之间填充有泥浆层，所述泥浆层用于填补所述管线周围的空隙，加固所述地层；

S6:回填工作坑，完成管线铺设。

2.根据权利要求1所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，当所述L1＞L1’时，所述步骤S2前，在所述下挖区域垂直开挖第一工作坑。

3.根据权利要求1所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，当所述L3＞L3’时，所述步骤S2前，在所述上挖区域需垂直开挖第二工作坑。

4.根据权利要求1所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，当所述L1＞L1’，且所述L1’与L1之间的长度差值介于第一设定范围内，

所述入口点位置设置有支撑结构，以所述支撑结构顶面所在平面为基准，所述所述导向钻头在地层中的运动轨迹的深度为h’,

此时，所述第一曲线部在所述地层表面的投影为L4,

其中，

且L4＜L1’。

5.根据权利要求2所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，所述步骤S2中，

所述探测器在第一曲线部以及所述第二曲线部发射无线电信号的测量频率为每0.5～1.0m/次，所述探测器在所述直线部发射无线电信号的测量频率为钻杆一次；

所述钻杆在所述第一曲线部以及所述第二曲线部进行顶进作业时，单次顶进的长度介于0.5～1.0m之间。

6.根据权利要求2所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，所述回扩装置包括：

扩孔钻头，与所述钻杆一端连接，用于扩展所述导向孔的孔径；

回拉钻杆，与所述扩孔钻头另一端连接，所述回拉钻杆另一端延伸处所述导向管远离所述钻机一端，用于回拉所述钻杆；以及

旋转接头，设置在所述扩孔钻头与所述回拉钻杆之间，用于调节所述回拉钻杆的转动方向，防止所述回拉钻杆与扩孔钻头一起回转。

7.根据权利要求1所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，最终扩孔直径按照公式：D1＝K1×D计算；

其中D1为适合成品管铺设的钻孔直径；D为成品管外径；K1为经验系数，K1取值在1.2～1.5之间。

8.根据权利要求5所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41：在管线前端连接两根与所述管线同长度的Φ23～Φ27钢管；

S42：回拉管时，所述钻杆连接扩孔钻头一端，所述扩孔钻头另一端通过单动接头连接拉管头，两根所述钢管与管线一同回拉；

且所述钢管靠近扩孔钻头一端连接有可回收注浆管；

S43：管线回拉完成后，钢管一端解除钢管与管线的连接。

9.根据权利要求8所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51：在两根所述钢管一端均连接有拉管机，且两根所述钢管另一端各加一根5～7m长同直径的注浆花管；

S52：所述拉管机拉动钢管，拉动钢管5～7m，解除钢管和拉管机的连接，然后将钢管一端与高压注浆泵连接，然后进行单次注浆操作；

S52：单次注浆操作完成后，将钢管和高压注浆泵连接解除，换成钢管和拉管机的连接进行拉动钢管操作，拉动钢管5～7m，解除钢管和拉管机的连接，然后将钢管一端与高压注浆泵连接，然后进行单次注浆操作；

反复进行S52步骤，直到把钢管全部拉出，注浆加固施工完成。

10.根据权利要求1所述的非开挖定向钻进铺管施工方法，其特征在于，所述入土段与所述地层表面之间的夹角范围介于8°～20°之间。

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