水平定向钻进随钻测量及智能化导向系统

成果简介

非开挖技术是实现国家城市化和可持续发展战略中的关键技术之一，已发展成为一项政府支持、社会提倡、企业参与的新型产业。随钻测量和地下定位导向系统是非开挖工程机械设备中的配套核心关键仪器，之前一直依赖进口。在国家863计划支持下，学校联合相关企业深入开展非开挖水平定向钻进随钻测量理论与方法研究，成功研制出水平定向钻进随钻测量及智能化导向系统。系统主要由轨迹监控系统、地面手持式定位跟踪仪、随钻测量探头组成。主要技术创新点包括：

1.研制的水平定向钻进随钻测量及导向系统解决了地下钻头姿态参数的实时测量、定位与测深问题，实现了钻孔轨迹的合理规划、设计、监控和水平定向钻进施工的智能化；

2.提出一种基于加速度计和磁强计的钻具姿态参数测量方法和干扰磁场下的方位校正方法，研制了一体式光电编码器；

3.提出基于磁偶极子源的45度双线圈组合定位方法及基于前后向定位点的深度测量方法，保证了钻具深度测量的准确度；

4.基于空间"圆弧段－直线段－圆弧段"形式软着陆设计模型，提出了钻孔轨迹自动修正方法，实现了智能化纠偏；

5.设计一套轨迹规划和监控软件，能根据地形地貌信息和施工要求设计出合理的钻孔轨迹，并对整个施工过程中的实际轨迹进行实时监测，对钻进给予一定的预测和控制，大大提高了施工的精度和可靠性。

该成果已经国家二级计量站比对检测，其深度测量范围达到30m，精度优于正负2%，角度测量精度优于正负1%，总体性能指标处于国际先进水平，打破了非开挖测量领域由国外产品主导的局面，填补了国内水平定向钻进随钻测量领域的空白。系统产业化将极大地提高我国非开挖技术水平，推动工程机械行业非开挖产业的升级。