[发明专利]非开挖导向仪及使用该导向仪的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非开挖导向仪，尤其是一种使用该导向仪的深度和偏航角测量方法。

背景技术

随着城市建设的大规模发展，需要在城市中铺设截污管或能源(液化气、天然气等)供应管，较常用的方法是开挖槽来埋管埋线，这会造成环境污染，引起交通堵塞，并且存在施工安全隐患。

因此，目前也已开发使用了非开挖铺管技术，即一种利用岩土钻掘手段，在路面不挖沟、不破坏大面积地表层的情况下，铺设、修复和更换地下管线的施工技术。使用非开挖技术具有周期短、成本低、污染少、安全性能好等优点，而且不会影响正常的交通秩序。

非开挖铺管技术应用较广的为水平导向前进法，其是利用非开挖导向仪引导装有钻头的钻杆进行定向前进来实现。非开挖导向仪包括提供钻头实时的工况-深度、倾角以及钟点方向，让地面的操作人员实时掌握钻孔轨迹以便对后续的操作进行及时的修正，以保证按既定的路线轨迹精确定向，完成非开挖铺管。由此可见，非开挖铺管技术对于非开挖导向仪的精确测量有着很高的要求。

而现有的非开挖导向仪测量深度的方法可以通过有线或无线的方式，然而有线传输设备安装复杂，并且只能以整根钻杆为最小单位来计算当前的深度，缺乏实时性和精度，不能满足实际操作的需要；而无线结构相对简单，包括地下的探棒、地上的跟踪接收仪以及同步显示器，通过地下安装在钻头上的探棒发出信号，由地面操作人员操作跟踪接收仪，在确定钻头相对于地面的垂直投放点后，根据该点位导向仪的跟踪接收导向仪接收探棒的信息来计算钻头的深度，如申请号为2004100321021.8的中国专利申请公开的一种非开挖导向仪，以及申请号为201220627817.8的中国专利公开的一种非开挖导向仪，都是采用了上述的方法来获得深度数据。

然而在实际施工中，因施工环境的复杂不确定性，不可避免的会遇到很多干扰源，当钻头深度过深时，跟踪接收仪会因此无法测量钻头的深度，而只能显示钻头的倾角和钟点方向。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术的缺点，提供一种非开挖导向仪，能够准确的测量深度，以确保非开挖施工的正常进行。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种使用上述非开挖导向仪的测量方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种非开挖导向仪，所述非开挖导向仪应用的钻机包括钻机动力头，安装在钻机动力头上的钻杆，所述非开挖导向仪包括安装在钻杆末端钻头上的探棒、跟踪接收仪以及同步显示器，其特征在于，所述非开挖导向仪还包括钻杆位移测量装置，所述钻杆位移测量装置包括靠近钻杆地面部分设置的钻杆在线检测单元，实时检测钻杆位移的位移检测单元，以及接收钻杆在线检测单元和位移检测单元的信号从而计算钻头深度或偏航角的信号处理单元。

在一个实施例中，所述钻机动力头连接有齿轮，齿轮与固定在钻架上的齿条啮合，所述位移检测单元包括检测齿轮转动或齿条移动过的齿数的齿数计数单元。

在另一个实施例中，所述钻机动力头安装在钻架上，在所述钻架上设置有连接到信号处理单元的滑动变阻器，在钻机动力头上设置有电刷，所述电刷和滑动变阻器电气接触。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种非开挖导向仪的测量方法，使用如上所述的非开挖导向仪，其特征在于，包括如下步骤：

1)信号处理单元根据钻杆在线检测单元检测到的当前信号判断钻机上是否安装有钻杆，如果有，信号处理单元记录探棒发送的当前钻头的倾角α₁，并进行步骤2)；

2)信号处理单元根据位移检测单元在钻杆钻进一段时间后的信号计算钻杆在上述一段时间内的位移量ΔL，判断钻杆的运动方向，并记录当前钻头的倾角α₂；

3)信号处理单元根据ΔL得到上述一段时间的起点到终点钻头位置的直线距离ΔS，根据公式ΔH=ΔS·cosα计算上述一段时间内钻头的深度变化量ΔH，其中首次测量时ΔH为钻头的实时深度，第二次测量时以第一次测量得到的深度结合ΔH得到钻头的实时深度，以此类推。

假设所述钻杆的运动轨迹为直线，则ΔS=ΔL。