非开挖HDD地表变形数值模拟及DCRP识别技术研究.pdf

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1、2010年第37卷第1O期探矿工程(岩土钻掘工程)61非开挖HDD地表变形数值模拟及DCRP识别技术研究孙平贺,鸟效呜(1.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074;2.美国亚利桑那州立大学埃尔·富尔顿工程学院,美国坦佩85282)摘要:采用非开挖水平定向钻进技术近地表施工时,由于地层及钻井液压力等原因易产生地表变形。结合美国梅萨市一处通信管道施工实例,对0—0.9MPa钻井液压力作用下的地表变形程度进行了数值分析,得到地表最大隆起量为26mm。采用DCRP技术及水准仪方法对该变形区域钻井液压力作用前后的地表进行位移检测,得到地表最大隆起量分别为28mm和30mm,表明数值模拟分析结

2、果同现场检测结果比较吻合。同时,在现场所布置的26个检测点中,两种方法检测到的隆起量最大相差2.7mm,表明其精度比较接近。此外,由于DCRP技术属于非接触式三维检测,受施工现场条件及人员操作限制少,故具有较为理想的应用前景。关键词:非开挖水平定向钻进;地表变形;数值模拟;检测;DCRP识别中图分类号:P634.7文献标识码:A文章编号:1672—7428(2010)10—0061—04ResearchofGroundMovementbasedonNumedc~SimulationandDCRPTechnologyinHDDMethod~SUN一e。一,UXiao。ruing(1.Faulty

3、ofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,WuhanHubei430074,China;2.IraAFultonSchoolofEngineering,ArizonaStateUniversity,TempeAZ85282,America)Abstract:Duetothecomplexstratumanddrillingfluidpressure,groundmovementoftenoccursduringtheprocessofhori—zontaldirectionaldrilling.AprojectinMesaofAmericaisint

4、roducedinthispaper.Thegroundmovementnumericalsimu-lationworkisbasedonFLAC3Dunderdiferentdrillingfluidpressurefrom0MPato0.9MPa.TheresultsshowthatthemaxdistanceofZaxisis26mm.CombinedtheDCRPtechnologyandlevelingmethod,theauthorfondthatthemaxdis—tanceofzaxisare28mmforDCRPand30mmforlevelingmethod.Thesere

5、sultsareveryReal"tothesimulationresults.Duringthefieldmeasurement,26targetswerefixedonthegroundsurface.ThemaxdifferencebetweenDCRPandlevelingis2.7mmwhichshowsthattheaccurateisnearlythesame.Asanon—contactmeasurement,theDCRPtechnologyisnotlimitedbythefieldcasesandthestaflevelaslevelingmethod.Keywords:

6、trenchlessHDD;groundmovement;numericalsimulation;detecting;DCRPtechnology1概述前后的地表进行实地检测,进而确定其变形程度。在浅部地层采用非开挖水平定向钻进敷设管道该工程位于亚利桑那州梅萨市,如图1左图所过程中,由于地层、终孔直径、钻井液压力等原因极示。敷设管道为3根通信管道,长度约2361TI,终孔易导致地表变形事故的发生。地表变形一般表现为直径为22mm,深度为1.1m,上部覆土为黄粘土,地表的隆起和下陷。当扩孔钻头经过某一孔段时,含水量接近于0。由于终孔直径较小,施工方采用由于瞬时喷射的钻井液压力较高,钻井液无法短时

7、一级扩孔。而当扩孔钻头行至距离出土点约70m间内沿钻孔轴线扩散,进而产生垂直轴线方向的时,在钻孔轴线的正上方地表产生了非常明显的隆“憋压”,导致地表隆起;随着压力的逐渐减小,一旦起,并有钻井液混合着地层粘土溢出,如图1中右图钻孔内压力无法支撑上部地层重力,则会产生地表所示。下陷。本文结合实际工程,采用快速拉格朗日法分析2数值分析了地表隆起同钻井液压力的关系,同时采用DCRP2.1数值计算原理及准则

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