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预测回拖载荷是水平定向钻技术研究的重点之一,可以为穿越工程方案设计、钻机型号选择、施工过程中管道稳定性评价以及回拖减阻工艺制定等重要环节提供依据,因忽略某些影响因素或引入经验参数,现有的回拖载荷预测方法预测准确度与可靠性较低,难以满足实际工程需要。本文系统深入地研究回拖阻力的各项组成部分,贴近工程实际建立物理模型并推导给出对应的数学模型,建立了一种新的回拖载荷预测模型,分析了预测计算所需初始参数的确定方法,并通过工程实例数据评价了本文预测方法的准确度与可靠性,讨论了各项初始参数对回拖载荷计算的影响规律、敏感性以及各项回拖阻力对回拖载荷的贡献权重,最终根据上述研究成果提出了穿越工程施工中安全可行的回拖减阻技术。主要研究内容与结论如下:采用解析方法建立了一种新的回拖载荷预测模型,其创新之处包括:①采用Winkler土体模型描述土壤,回拖过程中土壤提供弹性支撑;②将泥浆流动简化为幂律流体在同心环形空间中且内管存在轴向运动的稳定流动;③将钻柱承受的阻力纳入分析,据此可预测卡盘处回拖载荷。工程实例分析表明,本文回拖载荷预测模型具有较高的准确度与可靠性。降低初始参数取值过程中的经验成分可提高预测模型的可靠性,提出了目前仍无法根据现场条件精确确定的三项初始参数的确定方法,包括:导向孔扁率、泥浆流变模型与流变参数、管土摩擦系数。管土相互作用时管道受力状态与木楔钉入孔中时木楔的受力状态相似,将该现象称为木楔效应。在导向孔内管道重量引起的管土摩擦力、导向孔方向改变引起的阻力、钻柱承受的阻力计算中引入木楔效应系数以考虑木楔效应的影响。木楔效应的有限元模拟分析结果表明,外载荷增大、扩径比减小、导向孔扁率增大均可增大木楔效应系数。各项特征参数按照非线性关系影响回拖载荷的计算。特征参数敏感性分析表明穿越曲线结构、扩径比、管土摩擦系数、泥浆密度对回拖载荷影响较大,导向孔扁率、回拖速率、泥浆流量等参数的影响较小。回拖阻力的各项组成部分对回拖载荷的贡献权重是随着安装长度动态变化的。在穿越工程选址、穿越方案设计、纠偏工艺、管道发送等环节分析了减阻技术。研究表明,设计穿越曲线时应优先通过地基反力系数较大的地层;扩径比影响回拖载荷的敏感区域与非敏感区域的分界点为最优扩径比;根据管道弯曲效应的分析方法计算不同纠偏长度对应的管土作用力,不会引起管土作用力骤增的最小长度为合理的纠偏长度;算例分析表明,管道入土点拐角处存在较强的绞盘效应,可大幅提高回拖载荷,提出一种弱化管道入土点处绞盘效应的减阻技术—滚轴减阻技术。