复杂艰险山区隧道工程超长定向钻探技术

随着我国路网的延伸和“西部大开发”“一带一路”建设的推进，需要在更为复杂艰险的山区修建铁路。山区地形地质条件极为复杂多变，工程地质问题突出且隐蔽性强，加之交通不便，人迹罕至，陡倾岩层分布范围广，生态环境脆弱，环保要求高，传统的铁路隧道垂直钻探实施困难，极大地影响了铁路隧道勘察的效率、精度和质量，成为隧道勘察需要突破的技术难题。本书以理论、方法和技术创新研究为主线，从定向钻探理论、方法与技术，钻探装备及器具、钻探绿色工程材料、钻探综合测试等方面系统地阐述了复杂艰险山区铁路隧道超长定向钻探关键技术创新与实践，构建了铁路隧道超长定向钻探技术体系。本书可作为铁路、公路等交通工程领域的工程技术人员、科研人员参考用书，也可作为高等院校相关专业教学参考用书。

第1章 绪论1
1.1 复杂艰险山区铁路规划建设概况1
1.2 复杂艰险山区隧道工程钻探面临的新挑战1
1.3 定向钻探研究现状2
1.3.1 定向勘探钻机国内外现状2
1.3.2 定向勘探工程材料发展现状6
1.3.3 定向勘探技术现状7
1.4 定向钻探亟待解决的技术问题10
1.4.1 定向勘探钻机存在的问题10
1.4.2 钻探工程材料存在的问题10
1.4.3 定向勘探技术存在的问题11
1.5 主要内容及技术路线11
1.5.1 主要内容11
1.5.2 技术路线12
1.6 研究历程及主要成果14
1.6.1 研究历程14
1.6.2 主要成果15
第2章 自然地理与地质环境条件17
2.1 自然地理环境17
2.2 气象条件18
2.3 交通基础条件19
2.4 生态环境条件19
2.5 地质环境条件20
第3章 定向钻探轨迹控制理论与方法28
3.1 定向钻进轨迹预测理论28
3.2 钻孔轨迹预测模型36
3.3 定向钻进轨迹控制方法39
3.4 定向勘探模式构建45
第4章 定向钻探装备与器具47
4.1 长行程、大扭矩全液压动力头式小倾角钻探装备47
4.1.1 总体方案的设计研究47
4.1.2 钻塔升降平台设计49
4.1.3 变幅机构优化设计50
4.1.4 动力头设计51
4.1.5 液压系统设计53
4.1.6 钻机应用及效果55
4.2 小直径水平绳索取心随钻定向钻进器具59
4.2.1 水平随钻定向仪器输送机构研究60
4.2.2 水平绳索定向器具创新集成62
4.2.3 水平绳索随钻定向钻进工艺64
4.2.4 定向钻进器具室内测试65
4.2.5 定向钻进器具野外应用示范66
4.2.6 水平绳索随钻定向技术总结68
4.3 金刚石取心钻头与钻具69
4.3.1 金刚石取心钻头研制69
4.3.2 水平绳索取心钻杆钻具71
4.4 定向钻探配套器具75
4.4.1 涌水分离导流装置75
4.4.2 事故处理工具77
第5章 定向钻探绿色工程材料82
5.1 低温绿色防塌冲洗液体系82
5.1.1 低温基础液83
5.1.2 植物胶原料83
5.1.3 植物胶液的改性84
5.1.4 优化配方性能评价与机理分析86
5.2 低温纳米复合水泥基护壁材料87
5.2.1 硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥性能88
5.2.2 外加剂优选88
5.2.3 低温纳米复合水泥基护壁材料研制92
5.2.4 性能评价94
5.2.5 低温水化过程98
5.3 惰性材料-智能凝胶复合堵漏材料101
5.3.1 惰性堵漏材料试验101
5.3.2 智能凝胶试验104
5.3.3 惰性材料-智能凝胶复合堵漏材料性能107
第6章 定向钻探工艺与综合测试112
6.1 复杂地层超长水平孔绳索取心钻进工艺112
6.1.1 超长水平孔绳索取心钻进方法112
6.1.2 超长水平孔绳索取心钻进工艺115
6.2 定向钻探综合测井122
6.2.1 综合测井122
6.2.2 地应力测试128
6.2.3 有害气体测试136
6.3 定向钻探技术体系137
第7章 典型工程应用140
7.1 某隧道工程水平定向钻探1号试验孔140
7.1.1 钻孔概况140
7.1.2 钻探设备及器具144
7.1.3 钻探施工难点及钻进工艺145
7.1.4 钻探施工情况148
7.1.5 钻探质量保证措施150
7.1.6 钻探技术经济分析151
7.1.7 钻探成果评价153
7.2 某隧道工程下斜定向钻探1号钻孔155
7.2.1 钻孔概况155
7.2.2 钻探设备及器具160
7.2.3 钻探施工难点及钻进工艺161
7.2.4 钻探施工情况163
7.2.5 钻探质量保证措施167
7.2.6 钻探技术经济分析169
7.2.7 钻探成果评价171
第8章 结论与展望174
8.1 结论174
8.2 展望176
参考文献179