定向凝固技术及其应用

定向凝固技术及其应用

1.定向凝固理论基础及方法

定向凝固又称定向结晶，是指金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种方法。定向凝固技术是在铸型中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固铸造的工艺。它能大幅度地提高高温合金综合性能。定向凝固的目的是为了使铸件获得按一定方向生长的柱状晶或单晶组织。定向凝固铸件的组织分为柱状、单晶和定向共晶3种。要得到定向凝固组织需要满足的条件，首先要在开始凝固的部位形成稳定的凝固壳，凝固壳的形成阻止了该部位的型壁晶粒游离，并为柱状晶提供了生长基础，该条件可通过各种激冷措施达到。其次，要确保凝固壳中的晶粒按既定方向通过择优生长而发展成平行排列的柱状晶组织，同时，为使柱状晶的纵向生长不受限制，并且在其组织中不夹杂有异向晶粒，固液界面前方不应存在生核和晶粒游离现象。这个条件可通过下述措施来满足：（1）严格的单向散热。要使凝固系统始终处于柱状晶生长方向的正温度梯度作用下，并且要绝对阻止侧向散热，以避免界面前方型壁及其附近的生核和长大。（2）要有足够大的液相温度梯度与固液界面向前推进速度比值以使成分过冷限制在允许的范围内。同时要减少熔体的非均质生核能力，这样就能避免界面前方的生核现象，提高熔体的纯净度，减少因氧化和吸氧而形成的杂质污染，对已有的有效衬底则通过高温加热或加入其他元素来改变其组成和结构等方法均有助于减少熔体的非均质生核能力。（3）要避免液态金属的对流。搅拌和振动，从而阻止界面前方的晶粒游离，对晶粒密度大于液态金属的合金，避免自然对流的最好方法就是自下而上地进行单向结晶。当然也可以通过安置固定磁场的方法阻止其单向结晶过程中的对流。从这三个条件我们可以推断，为了实现定向凝固，在工艺技术上必须采取措施避免侧向散热，同时在靠近固液界面的熔体中维持较高的温度梯度。

定向生长理论和它的应用很大程度上取决于先进定向凝固技术。自从Bridgman和Stockbarger在20世纪20年达提出奠定了现代定向凝固和单晶生长技术基础的Bridgman定向凝固技术，定向凝固就被广泛运用于制备各种结构和功能材料。定向凝固技术最大的一个成果之一就是涡轮叶片的生产，这直接促进了高温合金材料设计上的巨大进步。自从这个突破后，一系列的定向凝固技术，比如：快速凝固技术（HRS），液态金属冷却（LMC）等可以提高定向凝固组织都发展起来。如今，定向凝固理论是一种重要的材料制备方法和一种研究凝固现象的有利工具。因此，研究和开发新的定向凝固方法吸引了世界范围内的材料工程师和科学家。

定向凝固方法主要有以下几种：

（1）发热剂法。将型壳置于绝热耐火材料箱中，底部安放水冷结晶器。型壳中浇入金属液后，在型壳上部盖以发热剂，使金属液处于高温，建立自下而上的

凝固条件。由于无法调节凝固速率和温度梯度，因此该法只能制备晓得柱状

晶铸件。

（2）功率降低法。铸型加热感应圈分两段，铸件在凝固过程中不移动。当型壳被预热到一定过热度时，向型壳中浇入过热金属液，切断下部电源，上部继续

加热。温度梯度随着凝固距离的增大而不断减少。

（3）快速凝固法。与功率降低法的主要区别是铸型加热器始终加热，在凝固时铸件与加热器之间产生相对移动。另外，在热区底部使用辐射挡板和水冷套。

在挡板附近产生较大的温度梯度。与功率降低法相比，该法可大大缩小凝固

前沿两相区，局部冷却速度增大，有利于细化组织，提高力学性能。

（4）液态金属冷却法。该法工艺过程与快速凝固法基本相同。当合金液浇入型壳后，按选择的速度将型壳拉出炉体，浸入金属浴，金属浴的水平面保持在凝

固的固液界面近处，并使其保持在一定温度范围内。

（5）流化床冷却法。液态金属冷却法采用低熔点合金冷却，成本高，可能使铸件产生低熔点金属脆性。

（6）区域熔化液态金属冷却法。在液态金属冷却法的基础上发展的一种新型的定向凝固技术。其冷却方式与液态金属冷却法相同，但改变了加热方式，利用

电子束或高频感应电场集中对凝固界面前沿液相进行加热，充分发挥过热度

对温度梯度的贡献，从而有效地提高了固液界面前沿温度梯度，可在较快的

生长速率下进行定向凝固，可以使高温合金定向凝固一次枝晶和二次枝晶间

距得到非常明显的细化。但是，单纯采用强制加热的方法以求提高温度梯度

从而提高凝固速度，仍不能获得很大的冷却速度，因为需要散发掉的热量相

对而言更多了，故冷却速度提高有限。

（7）激光超高温度梯度快速定向凝固。激光能量高度集中的特性，使它具备了在作为定向凝固热源时可能获得比现有定向凝固方法高得多的温度梯度的可能

性。激光束作为热源，加热固定在陶瓷衬底上的高温合金薄片，激光束使金

属表面迅速熔化，达到很大的过热度。在激光表面快速熔凝时，凝固界面的

温度梯度可高达5×104 K/cm。但一般的激光表面熔凝过程并不是定向凝固，

因为熔池内部局部温度梯度和凝固速度是不断变化的，且两者都不能独立控

制；同时，凝固组织是从基体外延生长的，界面上不同位置的生长方向也不

相同。

（8）连续定向凝固。将结晶器的温度保持在熔体的凝固温度以上，绝对避免熔体在型壁上形核，熔体的凝固只在脱离结晶器的瞬间进行。随着铸锭不断离开

结晶器，晶体的生长方向沿热流的反方向进行。可以得到完全单方向凝固的

无限长柱状组织；铸件气孔、夹渣等缺陷较少；组织致密，消除了横向晶界。

但它的局限性在于依赖于固相的导热，所以只适用于具有较大热导率的铝合

金及铜合金的小尺寸铸锭。

（9）电磁约束成形定向凝固。利用电磁感应加热直接熔化感应器内的金属材料，利用在金属熔体表层部分产生的电磁压力来约束已熔化的金属熔体成形。无

坩埚熔炼、无铸型、无污染的定向凝固成形，可得到具有柱状晶组织的铸件，

同时还可实现复杂形状零件的近终成形。但对某些密度大、电导率小的金属，

实现完全无接触约束时，约束力小，不容易实现稳定的连续的凝固。

（10）深度过冷定向凝固。装有试样的坩埚装在高频线圈中循环过热，使异质核心通过蒸发与分解去除；或通过净化剂的吸附消除和钝化异质核心，获得深过

冷的合金熔体。再将坩埚的底部激冷，底部先形核，晶体自下而上生长，形

成定向排列的树枝晶骨架，残余的金属液向已有的枝晶骨架上凝固，最终获

得了定向凝固组织[1]。

2.定向凝固的应用

定向凝固（DS）技术常用于制备柱状晶和单晶。合金在凝固过程中由于晶粒的竞争生长，形成了平行于抽拉方向的结构。最初产生的晶粒，其取向呈任意分布。其中取向平行于凝固方向的晶体凝固较快，而其他取向的晶体，最后都消失了。因此，存在一个凝固的初始

阶段，在这个阶段柱状晶密度大，随着晶体的生长，柱状晶密度趋于稳定。因此，任何定向凝固铸件都有必要设置可以切去的结晶起始区，以便在零件本体开始凝固前就建立起所需的晶体取向结构。

柱状晶包括柱状树枝晶和胞状柱状晶。通常采用定向凝固工艺，使晶体有控制地向着与热流方向相反的方向生长，减少偏析、疏松等，形成取向平行于主应力轴的晶粒，基本上消除了垂直应力轴的横向晶界，使合金的高温强度、蠕变和热疲劳性能有大幅度地改善。获得定向凝固柱状晶的基本条件是合金凝固时热流方向必须是定向的。在固液界面前沿应有足够高的温度梯度，避免在凝固界面前沿出现成分过冷或外来核心，使柱状晶横向生长受到限制。另外，还应该保持定向散热，绝对避免侧面型壁生核长大，长出横向新晶体。因此，要尽量抑制液态合金的形核能力。提高液态合金的纯洁度，减少氧化、吸气所形成的杂质污染是用来抑制形核能力的有效措施。另外，还可以通过添加适当的元素或添加物，使形核剂失效。

定向凝固是制备单晶最有效的办法。单晶在生长过程中要绝对避免固液界面不稳定而长出胞状晶或柱状晶，因而固液界面前沿不允许有温度过冷河成分过冷。固液界面前沿的熔体应处于过热状态，结晶过程的潜热只能通过生长的晶体导出。定向凝固满足上述热传输的要求，只要恰当地控制固液界面前沿熔体的温度和晶体生长速率，是可以得到高质量的单晶体的。为了得到高质量的单晶体，首先要在金属熔体中形成一个单晶核，而后在晶核和熔体界面上不断生长出单晶体。

L．Liu[2]等人用单晶超合金CMSX-2 (8 wt.% Cr, 8W, 4.8Co,0.6Mo, 5.6Al, 1Ti, 6Ta and Ni as balance)对定向凝固技术进行了研究，图1就是他们的部分研究成果。

图1. 不同温度梯(T)和抽拉速度（V）下合金组织形貌(a) Planar, V=0.13 μm/s, G=200 K/cm; (b) cellular

V=0.33 μm/s,G=200 K/cm; (c) cellular–dendrite, V=5.50 μm/s, G=200 K/cm; (d) coarse dendrite, V=6.67 μ

m/s, G=200 K/cm; (e) coarse dendrite, V=13.3 μm/s, G=200 K/cm;(f) fine dendrite, V=50 μm/s, G=200 K/cm;

(g) fine dendrite–cellular, V=100 μm/s, G=200 K/cm; (h) superfine cellular, V=100 μm/s, G=1000 K/cm.

观察图1中（a）-（e）我们发现，在很低的抽拉速度下（小于0.15μm/s）固液界面处是平面。随着V的增大，界面形貌的依次变化为平面、蜂窝状、蜂窝-枝晶状、枝晶状。而

在更高的抽拉速度下，如图1中（f）-（g）所示，枝晶的分支生长被抑制，一次枝晶间距和二次枝晶间距均减小；最后，当V很大时，如图1中（h）所示，可以得到一种超细小的枝晶-蜂窝状界面。

3.定向凝固方法发展与前瞻

定向凝固技术的主要技术参数有固液界面前沿液相中的温度梯度G和固液界面向前推进的速度即晶体生长速度V。实际上，对于成分确定的某一种合金而言，合金定向凝固所形成的微观组织的形貌、晶粒大小都由固液界面前沿液相中温度梯度和晶体生长速度的变化来决定。比如，冷却速度T（T=GV）对微观元素的形貌和尺寸有很大影响，冷却速度越大，合金的微观组织越细小；还有，成分过冷度（G/V）影响着微观组织形貌发展方式（平面，胞状，枝状）[3]。

图2.实验用定向凝固设备

图3.Bridgamn定向凝固方法简单示意图及其温度场

现如今，在工业和实验室环境中，各类无损探测技术和有损探测技术被广泛运用来获得G和V的精确数值[4]-[20]。并且，定向凝固时，G和V都是可以控制的，将试样以不同的速度远离加热中心即可获得不同的生长速度V；而温度梯度又可由加热区域和冷却区域的温度差所控制[21]。

为了得到均匀连续的柱状晶组织，铸造区域的温度场和相关的温度梯度应该得到有效控

制。特别地，液固界面前沿的温度梯度是确保组织沿着热流相反方向顺序凝固以及阻止结晶晶核在熔体的成分过冷区形成的一个重要参数。此外，一些其他的参数，比如生长速度V，都是对定向凝固微观组织的形貌和尺寸、晶粒缺陷还有相关的机械性能有着很大影响。以功能材料的晶粒生长为例，通常采用较低的液固界面前沿温度梯度来消除因热应力导致的缺陷。相反的是，对于金属材料的晶粒生长而言，则需要一个较高的液固界面前沿温度梯度。这是因为金属材料的结晶区间比较宽，较低的温度梯度容易形成成分过冷区。

很多研究都致力于获得更高的固液界面前沿温度梯度，到目前为止，制造航天发动机叶片的最主要的一个方法还是传统的快速凝固法。然而，在铸件离开加热炉的加热区域时，G L的数值会由于一种减少的热量输出效应而减小。这种效应依赖陶瓷坩埚向真空室的热辐射。对热量输出效率的更高要求促使液态金属冷却（LMC）定向凝固工艺的出现。在LMC 工艺中，内置熔融高温合金的坩埚模具离开加热区域后被迅速浸没在一种低熔点的液态合金中冷却。对流冷却的使用使热量输出的速率相较辐射冷却提高了3～4倍。其他的一些铸造技术，比如气体冷却铸造（GCC）(Konter et al., 2000) 和流动基床淬火(FBQ) (Nakagawaet al., 1980)都是为了试图得到更大的冷却速度。

近几年来，为了制造出满足要求的工业气体涡轮叶片，人们又把目光投向了大温度梯度定向凝固技术。许多基于LMC方法的研究都致力于提高定向凝固温度梯度。相比之下，在定向凝固过程中保持温度梯度的稳定反而不是什么难事。比如，Elliottet al. (2004)观察了大型铸件的横截面，他们将传统HRS方法和LMC方法分别制备的铸件的温度梯度和微观组织进行了比较。Zhang and Lou (2007)则对由LMC定向凝固获取的超级合金铸件试样的微观结构特征进行了研究。

正如前文所言，定向凝固是在热流严格的在试样晶轴方向这一个维度上流动并且在试样和冷却介质间有足够的热量交换的情况下才发生的。遗憾的事，热量传递系数并不像合金性能，工艺参数和设备功能那样被研究的很透彻。但是，对一个确定的有限系统而言，铸件范围内的温度场可以通过有限元的方法来模拟出来(Elliott and Pollock, 2007).这些模拟不能用来预测其他参数的影响。大部分定向凝固系统的设计依赖实验基础上的思考，或者是只考虑部分参数的理论猜想，比如说在冷却介质上的变化。然而，很少有研究系统地总结了有哪些因素影响着温度梯度和如何各自或者一起去影响温度梯度以及如何设计高温度梯度的定向凝固设备(Bondarenko and Kablov,2002)。因此，对影响G L因素的全面研究就显得格外重要[22]。

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基于物联网的室内定位毕业论文

毕业设计综合文档设计题目基于物联网的室内定位系统学生姓名xxx 指导教师xxx 班级13级物联网班 学号 1333xxxxxxx 完成日期：2017 年 04 月

目录 第一章绪论----------------------------------- 错误!未指定书签。 1引言---------------------------------------------------- 1 1.1编写目的------------------------------------------ 1 1.2背景---------------------------------------------- 1 1.3定义---------------------------------------------- 2 2 Zigbee系统简介----------------------------------------- 2 2.1 Zigbee系统基本组成------------------------------- 2 2.2 Zigbee系统基本原理------------------------------- 4 2.3 Zigbee系统工作频率与相关协议--------------------- 5 3国内外研究现状------------------------------------------ 6 3.1 Zigbee的研究发展现状----------------------------- 6 3.2 室内定位的研究发展现状---------------------------- 7 3.3研究概况以及趋势-----------------------------------------------------------------------------8 4论文的选题意义和主要研究内容-------------------------------------------------------------------8 5其他系统的比较----------------------------------------------------------------------------------------9

全球卫星导航定位技术的原理及应用论文概要.doc

浅析全球卫星导航定位技术原理及应用 一、前言 导航定位的需求,可以说不是历来就有的,在人类早期物质生产活动中以牧猎为主,日出而作,日落而息。当时人们离不开森林和水草,或是随着水草的兴衰而漂泊不定,根本不需要什么明确的定位。但是,随设社会的发展,到了农业时代,在人们开发农田,兴修水利等相应活动中就逐渐产生了测绘定位的需求,可以说在这时,导航定位就在慢慢酝酿之中。等到了工业时代,人类的活动遍及全球,而一些工程比如航海、航空、洲际交通工程,通信工程,矿产资源勘探工程,地球生态及环境变迁的研究,就需要精确地定位。这些需求促使导航定位技术的发展,并把这项技术带到一个前所未有的发展时期,它的手段也从光学机械过渡到光电子精密机械仪器的时代。社会是不断发展的,科技是不断进步的,20世纪末,出现了电子计算器技术、半导体技术、激光技术、航天科学技术,它们的出现,把人类带到了电子信息时代和航天探索时代。当1957年前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星,人类跟踪无线电信号中发现了卫星无线电信号的多普勒频移现象,这预示着一种全新的天空定位技术的可行性,由此,人类进入了卫星定位和导航的时代。 二、简介 1:全球卫星导航定位系统(global navigation and positioning satellite system采用极轨道星座和无源定位方式为美国提供全球覆盖的导航及定位系统。简称GPS。其轨道高度约为2×104 km,在6条轨道上运行有24颗卫星,每12 h绕地球一周,能保证地球上任何地点的用户都能至少同时看到4颗卫星。它属于非静止卫星定位系统。移动用户利用导航定位接收机来接收4颗(或4颗以上卫星的导航定位信号,并测量不同信号的到达时间,求出移动用户的三维空间坐标,自动给出经度和纬度显示,从而实现用户的自主定位。也可通过无线传输手段将用户定位信息传送到调度中心,实现对移动用户的调度控制。 GPS向用户广播的导航信号为双频,分别为1 575.42MHz 和1 226.60MHz。采用多种直接序列扩频码的码分多址和伪码测距技术。直接序列扩频码主要有P码

定向凝固技术的研究进展

定向凝固技术的研究进展 材料的使用性能是由其组织形态来决定的。因此．包括成分调整在内，人们通过控制材料的制备过程以获得理想的组织从而使材料具有所希望的使用性能，控制凝固过程已成为提高传统材料的性能和开发新材料的重要途径。定向凝固技术由于能得到一些具有特殊取向的组织和优异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速的发展[1] ，目前已广泛地应用于半导体材料、磁性材料以及自身复合材料的生产[2-3] 。同时，由于定向凝固技术的出现，也为凝固理论的研究和发展提供了实验基础(由于理论处理过程的简单化)，因为在定向凝固过程中温度梯度和凝固速率这两个重要的凝固参数能够独立变化，从而可以分别研究它们对凝固过程的影响。此外，定向凝固组织非常规则，便于准确测量其形态和尺度特征。 本文评述了定向凝固技术的发展过程及其在材料的研究和制备过程中的应用，指出了传统定向凝固技术存在的问题和不足，并介绍了在此基础上新近发展起采的新型定向凝固技术及其应用前景。 1 传统的定向凝固技术 1.1 炉外结晶法(发热铸型法) [4] 所谓的炉外结晶法就是将熔化好的金属液浇入一侧壁绝热，底部冷却，顶部覆盖发热剂的铸型中，在金属液和已凝固金属中建立起一个自上而下的温度梯度，使铸件自上而下进行凝固，实现单向凝固。这种方法由于所能获得的温度梯度不大，并且很难控制，致使凝固组织粗大，铸件性能差，因此，该法不适于大型、优质铸件的生产。但其工艺简单、成本低，可用于制造小批量零件。 1.2 炉内结晶法 炉内结晶法指凝固是在保温炉内完成，具体工艺方法有：

1.2.1 功率降低法(PD法) [5] 将保温炉的加热器分成几组，保温炉是分段加热的。当熔融的金属液置于保温炉内后，在从底部对铸件冷却的同时，自下而上顺序关闭加热器，金属则自下而上逐渐凝固，从而在铸件中实现定向凝固。通过选择合适的加热器件，可以获得较大的冷却速度，但是在凝固过程中温度梯度是逐渐减小的，致使所能允许获得的柱状晶区较短，且组织也不够理想。加之设备相对复杂，且能耗大，限制了该方法的应用。 1.2.2 快速凝固法(HRS) [6] 为了改善功率降低法在加热器关闭后，冷却速度慢的缺点，在Bridgman晶体生长技术的基础上发展成了一种新的定向凝固技术，即快速凝固法。该方法的特点是铸件以一定的速度从炉中移出或炉子移离铸件，采用空冷的方式，而且炉子保持加热状态。这种方法由于避免了炉膛的影响，且利用空气冷却，因而获得了较高的温度梯度和冷却速度，所获得的柱状晶间距较长，组织细密挺直，且较均匀，使铸件的性能得以提高，在生产中有一定的应用。 1.2.3 液态金属冷却法(LMC法) [7] HRS法是由辐射换热来冷却的，所能获得的温度梯度和冷却速度都很有限。为了获得更高的温度梯度和生长速度。在HRS法的基础上，将抽拉出的铸件部分浸入具有高导热系数的高沸点、低熔点、热容量大的液态金属中，形成了一种新的定向凝固技术，即LMC法。这种方法提高了铸件的冷却速度和固液界面的温度梯度，而且在较大的生长速度范围内可使界面前沿的温度梯度保持稳定，结晶在相对稳态下进行，能得到比较长的单向柱晶。 常用的液态金属有Ga—In合金和Ga—In—Sn合金，以及Sn液，前二者熔点低，但价格昂贵，因此只适于在实验室条件下使用。Sn液熔点稍高(232℃)，但由于价格相对比较便宜，冷却效果也比较好，因而适于工业应用。该法已被美国、前苏联等国用于航空发动机叶片的生产[8] 。

立体定向神经外科技术的现状与进展

立体定向神经外科技术的现状与进展 山西医药杂志2000年第3期第29卷综述 作者：吉宏明任少华张汉伟王树荚 单位：吉宏明（山西省人民医院030012）；任少华（山西省人民医院030012）；张汉伟（山西省人民医院030012）；王树荚（山西省人民医院030012） 立体定向神经外科技术，简称脑立体定向术，是指利用空间一点的立体定位原理，先求出脑内某一解剖结构或病变，即目标点在颅腔内的坐标，定出它的精确位置，再用立体定向仪，将立体定向术专用的特殊器械与装置导入颅内，使之达到目标点，对该结构或病变进行外科处理，以达到进行生理研究、诊断或治疗脑部疾病的目的。神经外科医师在施行脑手术时，通常必须先切开脑皮层，才能发现其下方的病变，故常为可能造成严重的副创伤而困扰。如果病变很小、位置深在，手术直接寻找将十分困难；若病变位于重要功能区，开颅手术则难以避免造成损害；如果探查的靶点为正常组织结构，则直视下更无法加以区别。所以立体定向手术的问世，正是为了解决上述棘手问题。该技术的主要特点是定位精确和创伤性小，作为神经外科的一个重要组成部分，它正发挥着越来越重要的作用。 1脑立体定向术的历史发展 脑立体定向术的发展分为早期和现代两个阶段。20世纪前70年为早期阶段。公认的三维定向系统是Clarke和Horsley在1906年完成的。1947年美国学者Spiegnel和Wycis报告了首例病人的立体定向手术。而后国外许多学者，如瑞典的Lesell、德国的Riechert和Mundinger、法国的Talairach和Guiot、美国的Cooper、日本的杉田和铃木郎夫等人，对立体定向手术的发展都作出了重要的贡献。此阶段的主要标志是临床利用X线进行脑室造影定位，治疗范围主要为功能性疾病。借助脑室造影，能够利用参考靶点推算不可见靶点；破坏脑内某一结构，改善药物治疗无效的临床症状，成为这一时期的研究焦点。50、60年代，国际立体定向神经外科掀起了一个高潮，许多学者争相寻找出脑内新靶点，如丘脑腹外侧核、苍白球及纹状体袢区等，并治疗了大宗病例。在治疗Parkingson病(震颤和强直)以及疼痛方面收到满意效果。60年代初，我国北京、上海、安徽、陕西等相继开展立体定向手术，成功治疗了许多罹患锥体外系疾病和疼痛的病人，许多单位还自行研制了定向仪。目前脑立体定向术毁损丘脑腹外侧核治疗震颤麻痹已经成为定型手术；对部分痉挛性斜颈和肌强直也有明显的疗效。然而1969年治疗Parkingson症状的多巴胺类药物问世，明显减少了立体定向手术的病源，使脑立体定向手术的发展进入低谷。 70年代至今，为脑立体定向手术的现代阶段。先进影像学和定向仪的发展打破了脑立体定向术停滞不前的僵局，使该技术在国际范围内再次掀起高潮。1972年CT问世，为现代医学影像学奠定了基础。80年代初，MRI体层成像逐步兴起更为立体定向手术打开了一个新领域。CT、MRI扫描可以直接显示颅内病变及其靶点，避免了脑室造影间接定位的不够精确、并发症较多的缺点，使得立体定向手术更加安全可靠，开创了立体定向神经外科的新纪元。先进的立体定向仪借助CT、MRI引导，手术精度差已达0.3～0.5mm。现代立体定向手术从此进入了一个以CT、MRI引导为代表的、能治疗多种疾病的崭新阶段。借助CT、MRI 引导施行定向手术，有两种方法：一种是在CT室或MRI室施行手术，利用先进影像技术随时直接观察靶点或利用探针间接定位靶点。另一种方法是CT、MRI扫描定位后，仍回手术室施行手术操作。后一种方法容易利用其他设备资源(如脑血管造影、脑电监测、脑超声检测等)和手术设施，显然更为经济适用，因而为国际上绝大多数神经外科所采用。 2基本原理及方法 脑立体定向术的原理为：颅内任一手术目标点(解剖结构点或病灶)的位置，都可由三维坐标系统确定。病人头部与定向仪彼此固定后，在立体定向仪上就可标记出脑内病灶靶点。即若把立体定向仪的水平、矢状和冠状方向分别用三个不同的数轴表示，则脑内任意一个靶点都可在定向仪的三个坐标上找到其特定的

钢管定向钻进技术在高压电缆穿越运行铁路中的 应用

钢管定向钻进技术在高压电缆穿越运行铁路中的应用 摘要：随着电网建设的不断深入，电网建设中外部环境的变化遇到了一些新的 问题，本文主要是针对高压电缆建设中遇有与运行铁路、公路等路径交叉情况下 的钢管定向钻进技术实际应用。为了满足施工和运行的方便，在实际工程中引进 钢管定向钻进防护套管技术，充分分析施工区域地质条件、地下物分布、建筑物、铁路、道路等地上物情况，对其进行了适应电缆施工、运行的优化设计，从而达 到安全、可靠、方便施工和运行维护的目的。 关键词：高压电缆钢管定向钻进防护套管 引言 随着自电网建设迅猛发展，但输电线路建设的内部环境和外部空间却越来越小。其中为 节约市区土地资源，市区电网多规划为电缆工程，市区地下地上空间拥挤，不可避免地与铁路、通讯、水暖及其他市政管线交叉重叠，路径选择困难，导致工程延期、缓期建设。如何 应对新形势，最大限度地满足电网建设需要已成为技术部门不断研究的课题。本文从设计角 度围绕便于施工、利于运行，降低造价及对邻近设施影响等方面，对电缆线路创新设计和新 型施工技术的应用进行探讨。与设计、施工单位、生产厂商紧密合作制定切实可行的技术方案，并在实际工程中优化应用。 2 实际应用概况及环境调查 2.1 工程概况 该技术在海门-新华路220千伏电缆线路工程中得到实际应用，主要涉及穿越塘沽南站铁 路7条，通车公路一条。 电力电缆2回共计6根，分2束、每束3根下穿铁路。电缆防护采用2根内径φ710钢管。为保证电缆的正常使用和施工期间铁路行车安全，采用定向钻进穿越、铺设防护套管， 实现电力电缆的穿越铁路。每隔钻孔内敷设1根外景738mm钢管和两根φ50mmHDPE管并 绑扎成管束穿越铁路，用于防护套管就位后注水泥浆固化管道周围土体。防滑套管内的电力 电缆布置情况。此种敷设方式采用水平定向钻进技术，铺管精度较高，适用管材广，可呈弧 线铺管灵活避让各类地下设施。 2.2 铁路现状 定向钻进防护套管工程位于塘沽南站内，交叉角度53度44分。既有运行铁路为普通线路，50kg/m钢轨，铺设钢筋混凝土枕木，铁路附近及两侧有各种地下电缆、光缆和各种既有 管线。 2.3 地质情况 表层为素填土；第二层为杂填土；第三层为素填土；第四层为淤泥质黏土；第五层为粉 质黏土；第六层为淤泥质黏土；地下水位随季节有所变化，水位年变幅为0.50~1.00m左右。 地下潜水稳定水位埋深约为 2.00~2.50m。土壤最大冻结深度：0.60m。地震基本烈度：Ⅶ度。 3 主要技术方案 3.1 穿越轨迹设计 根据既有铁路、道路、地下管线及其他建筑物和地质勘查资料，确定在塘沽南站东侧围 墙外布置工作场地（工作坑），在塘沽南站西侧围墙外布置回钢管管道的加工作业场地（接 受坑）。 工作坑及接受坑均采用原地面下挖1.5m，工作坑长10m，宽6m，采用145钢板桩防护 基坑，可见做泥浆循环池。每根工字钢长4m。接受坑长5m，宽6m，两钻孔自工作坑（钻 孔工作场地）斜向入土，入土、出土角度均采用15度，至适当位置采用曲率半径为100m的 竖向曲线过渡至水平钻孔段，穿越既有铁路、各种管线后再采用曲率半径为100m的竖向曲 线与接收坑方向钻孔相连。 最终成孔直径900mm，扩孔比为1.25，满足扩孔比大于1.2的要求。在实际应用中，单 个钻孔长度为192.8m，水平长度为190.9m，两个钻孔总长度为385.6m。 3.2 套管设计

通讯科技在定位技术中的运用论文

通讯科技在定位技术中的运用论文 通讯科技在定位技术中的运用论文 1引言 焦炉四大车的通信方式大多采用无线或感应无线的通信方式。在感应无线的通信方式中，编码电缆既作为位置检测使用，又作为数 据通信使用。将编码电缆应用在移动机车的定位上是相当成功的， 但将其应用在数据通信上，其缺点是明显的。首先感应无线通信的 工作频率较低(100kHz左右)，容易受到电气干扰；其次其通信环路 过长，设备复杂，稳定性较差，成本高。近年来，无线电通信技术 飞速发展，已由过去的模拟方式发展到现在的数字方式，其特点是 硬件设备简单、通信速度快、通信误码率低。因此采用无线数据通 信技术解决焦炉四大车的通信问题是未来的发展方向。 1.1通信技术 (1)扩频通信基本原理扩频通信，即扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)，它与光纤通信、卫星通信，一同 被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待 传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:SpreadSequence)调制，实 现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。(2)扩频通信的理论基础扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。扩展频谱换取 信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信 的应用奠定了基础。总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍 以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即 在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本 思想和理论依据。 2位置检测的.基本原理

2.1编码电缆的结构 编码电缆由电缆芯线、模芯和电缆护套构成。芯线有两种，即基准线(R线)和地址线(G0线—G9线)。基准线R在整个电缆段中不交叉，地址线是按格雷码的编码规律来编制的，G0每隔2P交叉一次，G1每隔4P交叉一次，G2每隔8P交叉一次，以此类推，G9在整个 电缆段中只交叉一次，P为依靠电缆本身能识别的最小长度。 2.2位置检测的基本原理 图1为编码电缆位置检测原理示意图。移动机车上安装一个天线箱(发射天线)，天线箱距离扁平电缆10~30cm，天线箱发射的高频 信号通过电磁感应被地面的编码电缆接收，R线为平行敷设的一对线，接收到的信号作为基准信号，G0~G9在不同的位置有不同的交 叉点，其接收到的信号在经过偶数个交叉后，相位与基准信号相同，在经过奇数个交叉点后，相位与基准信号的相位相反，若规定同相 位时地址为“0”，反相位时地址为“1”，则在编码电缆的某一位 置得到唯一10位的地址编码，此对应与机车的一个地址。例如图中 G0~G9的地址码为:001…1。位置检测单元将地址码转换成十进制的 米数，即可检测出机车离编码电缆始端的距离，从而得到机车的位置。 3感应无线定位和通信系统 数据通信受到变频调速器谐波干扰，变频器工作时，作为一个强大的干扰源，其干扰途径一般分为辐射、传导、电磁耦合、二次辐 射和边传导边辐射等，谐波的频率为几十千赫兹到几百千赫兹。主 要途径如图2所示。从图2可以看出，变频器产生的辐射干扰对周 围的无线电接收设备产生强烈的影响。下面介绍感应无线通信系统 中数据通信和地址检测的模式，并说明变频调速器对感应无线通信 干扰的原因。 3.1数据通信的模式 感应无线通信的工作频率为:地面站:79kHz，车载站:49kHz，这 个频率正好在变频调速器的谐波范围，于是产生了同频干扰。数据 通信的流程如图3所示。由于地面站的数据是通过编码电缆发射的，

定向凝固技术及其应用

定向凝固技术及其应用 1.定向凝固理论基础及方法 定向凝固又称定向结晶，是指金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种方法。定向凝固技术是在铸型中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固铸造的工艺。它能大幅度地提高高温合金综合性能。定向凝固的目的是为了使铸件获得按一定方向生长的柱状晶或单晶组织。定向凝固铸件的组织分为柱状、单晶和定向共晶3种。要得到定向凝固组织需要满足的条件，首先要在开始凝固的部位形成稳定的凝固壳，凝固壳的形成阻止了该部位的型壁晶粒游离，并为柱状晶提供了生长基础，该条件可通过各种激冷措施达到。其次，要确保凝固壳中的晶粒按既定方向通过择优生长而发展成平行排列的柱状晶组织，同时，为使柱状晶的纵向生长不受限制，并且在其组织中不夹杂有异向晶粒，固液界面前方不应存在生核和晶粒游离现象。这个条件可通过下述措施来满足：（1）严格的单向散热。要使凝固系统始终处于柱状晶生长方向的正温度梯度作用下，并且要绝对阻止侧向散热，以避免界面前方型壁及其附近的生核和长大。（2）要有足够大的液相温度梯度与固液界面向前推进速度比值以使成分过冷限制在允许的范围内。同时要减少熔体的非均质生核能力，这样就能避免界面前方的生核现象，提高熔体的纯净度，减少因氧化和吸氧而形成的杂质污染，对已有的有效衬底则通过高温加热或加入其他元素来改变其组成和结构等方法均有助于减少熔体的非均质生核能力。（3）要避免液态金属的对流。搅拌和振动，从而阻止界面前方的晶粒游离，对晶粒密度大于液态金属的合金，避免自然对流的最好方法就是自下而上地进行单向结晶。当然也可以通过安置固定磁场的方法阻止其单向结晶过程中的对流。从这三个条件我们可以推断，为了实现定向凝固，在工艺技术上必须采取措施避免侧向散热，同时在靠近固液界面的熔体中维持较高的温度梯度。 定向生长理论和它的应用很大程度上取决于先进定向凝固技术。自从Bridgman和Stockbarger在20世纪20年达提出奠定了现代定向凝固和单晶生长技术基础的Bridgman定向凝固技术，定向凝固就被广泛运用于制备各种结构和功能材料。定向凝固技术最大的一个成果之一就是涡轮叶片的生产，这直接促进了高温合金材料设计上的巨大进步。自从这个突破后，一系列的定向凝固技术，比如：快速凝固技术（HRS），液态金属冷却（LMC）等可以提高定向凝固组织都发展起来。如今，定向凝固理论是一种重要的材料制备方法和一种研究凝固现象的有利工具。因此，研究和开发新的定向凝固方法吸引了世界范围内的材料工程师和科学家。 定向凝固方法主要有以下几种： （1）发热剂法。将型壳置于绝热耐火材料箱中，底部安放水冷结晶器。型壳中浇入金属液后，在型壳上部盖以发热剂，使金属液处于高温，建立自下而上的 凝固条件。由于无法调节凝固速率和温度梯度，因此该法只能制备晓得柱状 晶铸件。 （2）功率降低法。铸型加热感应圈分两段，铸件在凝固过程中不移动。当型壳被预热到一定过热度时，向型壳中浇入过热金属液，切断下部电源，上部继续 加热。温度梯度随着凝固距离的增大而不断减少。 （3）快速凝固法。与功率降低法的主要区别是铸型加热器始终加热，在凝固时铸件与加热器之间产生相对移动。另外，在热区底部使用辐射挡板和水冷套。 在挡板附近产生较大的温度梯度。与功率降低法相比，该法可大大缩小凝固

空间定位技术论文

空间定位技术与定位信息 学院： 专业： 学生姓名： 学号：

合成孔径雷达（InSAR） 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种高分辨率的二维成像雷达。它作为一种全新的对地观测技术，近20 年来获得了巨大的发展，现已逐渐成为一种不可缺少的遥感手段。与传统的可见光、红外遥感技术相比，SAR 具有许多优越性，它属于微波遥感的范畴，可以穿透云层甚至在一定程度上穿透雨区，而且具有不依赖于太阳作为照射源的特点。微波遥感还能在一定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的某些新信息，使其具有全天候、全天时的观测能力，这是其它任何遥感手段所不能比拟的。 传统的SAR 技术只能获得目标的二维信息，它缺乏获取地面目标三维信息和监测目标微小形变的能力。通过将干涉测量技术与传统SAR 技术结合而形成的合成孔径雷达干涉技术（Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR）提供了获取地面三维信息的全新方法。 一、InSAR技术基本原理 InSAR的原理是通过两副天线同时观测或通过一副天线两次平行观测，获取地面同一景观的复图像对，根据地面各点在两幅复图像中的相位差，得出各点在两次成像中微波的路程差，从而获得地面目标的三维信息。[1] 雷达数据干涉处理要满足几个条件[2]，第一，基线长度要满足相干的要求；第二，相干图像获取期间成像区变化要足够小；第三，将数据处理成SLC(单探视复数)格式。 InSAR 数据处理的核心算法包括SAR 图像配准、干涉相位图的生成和滤波、相位解缠、干涉基线参数确定或估计等。其数据处理流程和处理步骤可以概括如下： (1)获取满足InSAR处理条件的机载或星载雷达数据； (2)对每一频段数据按斜距坐标生成复数SAR图像； (3)根据两个复数图像，计算图像中每一个配准像元的相位差，即干涉相； (4)用相位解缠技术解2π模糊性； (5)将解缠过的相位差转换为地物高程角；

材料成型新技术——连续定向凝固技术 - 副本

材料成型新技术报告 学生姓名：学号： 学院：材料学院 班级：成型093 题目：连续定向凝固技术 2012 年 11月

连续定向凝固技术 绪论 金属的凝固，从传热学的角度是液态金属转变为固态的过程；从物理化学、金属学的观点就是结晶，即：形核和生长。形核过程对金属材料晶粒的大小起着至关重要的作用；晶体生长关系到凝固后微观组织的形态，由于组成金属材料的晶体形态与金属材料的性质有关，如何控制晶体生长已成为控制金属材料性能的重要手段。凝固组织的控制包括两方面的内容：(l)凝固组织形态的选择(2)控制凝固组织的尺寸、间距。 材料的使用性能是由其组织形态来决定的。因此，包括调整成分在内，人们通过控制材料的制备过程以获得理想的组织从而使材料具有所希望的使用性能，控制凝固过程己成为提高传统材料的性能和开发新材料的重要途径。定向凝固技术由于能得到一些具有特殊取向的组织和优异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速的发展。同时，由于定向凝固技术的出现，也为凝固理论的研究和发展提供了实验基础，因为在定向凝固过程中温度梯度和凝固速率这两个重要的凝固参数能够独立变化，从而可以分别研究它们对凝固过程的影响。此外，定向凝固组织非常规则，便于准确测量其形态和尺度特征。 定向凝固技术是控制晶体生长、研究晶体生长行为最有效的方法，实现定向凝固的总原则为金属熔体中的热量严格的按单一方向导出，使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长。金属熔体在凝固过程中，为了达到单一方向生长为柱状晶的目的，除满足上述总原则外，还必须满足以下两个条件：一是凝固过程中固液界面保持为平面，在界面前沿保持足够高的温度梯度，并且使此温度梯度与柱状晶生长速度的比值足够大；二是未凝固的液体有足够的过热度，避免型壁形核，防止型壁上形成的晶体脱落形成等轴晶的核心。 定向凝固的发展历程 定向凝固过程的理论研究的出现是在1953年，那是Charlmers及其他的同事们在

基于Zigbee无线定位技术研究毕业论文

基于ZigBee的无线定位技术研究 摘要： 随着现代通信技术和无线网络的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室环境，但是受定位时间、定位精度以及复杂室环境等条件的限制，比较完善的封闭空间定位技术目前还无法很好地利用。本文的重点就在于设计并实现了一种低成本、实用的无线传感器定位系统。 本论文主要研究了基于ZigBee网络的室无线定位技术，它包括硬件平台、节点通信程序和上位机监测软件三部分。本文详细介绍了三部分的实现。其中，硬件平台以集成了射频与51微控制器的CC2430芯片为核心，该平台包括射频模块、辅助电路、功能指示电路等。 论文最后对定位系统进行了实际测试。测试表明:本系统达到了设计要求，是一个低成本、易实现的系统。 关键词：ZigBee 无线定位CC2430 Z-STACK

The Research Wireless localization Based on ZigBee Teacher：liu zhi (Changchun university of science and technology of electronic information engineering institute,060412225 wang meng) Abstract： With the rapid development of modern communication technology and wireless network,people's demand for positioning and navigation is increasing. Especially in complex indoor environments, but as the limitation of positioning time, positioning accuracy as well as the complexity of the indoor environment conditions, well-positioning technology is still unable to be used in an encloseure space. The combination of ZigBee technology and localization is one of the key researches. This paper, aiming at ZigBee network, investigates the indoor wireless location techniques and implements a real-time localization system. This paper achieves a localization system. three parts are included. They are hardware platform, communication program of nodes and PC monitor software. The achievement of every part is clear introduced in this paper. The core of hardware platform is CC2430 which is integrated by RF and 51 MCU, the localization nodes are designed and made. It includes RF module, auxiliary module and function indication circuits. In the end, practical test is implemented. This system is confirmed to be a

室内与室外定位技术论文：室内与室外定位技术的研究

室内与室外定位技术论文：室内与室外定位技术的研究 摘要:本文全面介绍了各种室外、室内定位技术,详细地阐述了各种定位技术的实现、误差修正以及定位方法改进中.本文展现了目前世界上主要的定位技术. 关键词: 定位GPS 惯性传感器无线传感器网络 中图分类号：TN927+.21文献标识码：A文章编号：1007-9416（2011）05-0179-01 1、室外定位技术 从测量原理的角度上看,当今世界室外定位技术主要分为GPS卫星定位和惯性传感器定位[1].GPS定位由于受到环境、SA政策等多种因素的影响,需使用局域差分方法来提高定位的精度,这样局域差分GPS的数学模型对定位精度的提高起到了决定性的作用.与此同时,当物体(如车)处于GPS信号的盲区时,需要采用惯性传感器进行定位,针对其导航误差大的缺陷,车辆动态数学模型辅助的惯性导航系统可以有效减小汽车导航的位置误差. 1.1 局域差分GPS 引起GPS定位误差的原因有多种,如对流层延迟、电离层延迟等.然而,间隔在一定距离内(小于10 km)的两个站同步观测同一颗卫星,得到的误差是基本一致的.如果将一个站设

为基准站,且其坐标已知,该站的实时观测数据通过通信链路传输到另一个站,即用户站.用户站同时差分处理来自基准站和卫星的观测数据,可消除用户站观测数据中与基准站相同误差的影响,这就是局域差分的基本思想[2]. 1.2 惯性传感器定位 惯性传感器(陀螺仪和加速度计)定位是一种推算定位方式[3].即从一个已知位置的点根据连续测得的运载体姿态角(由陀螺仪测得)和加速度(由加速度计测得)推算出其下一点的位置.因而可实时得到运动物体的位置. 假设运动物体的初始点坐标(相对于标准坐标系).运动物体自身坐标系的轴、轴、轴上分别安装有陀螺仪和加速度计. 在室外汽车导航中,经常采用的是GPS卫星导航.然而,当汽车受到物理干扰或者建筑物,树木等遮挡时,GPS会失去卫星信号而停止工作.这时就需要使用惯性导航系统作为辅助的导航系统,所以基于惯性传感器定位(包括导航)的缺点. 2、室内定位技术 室内相对定位,是指采用无线传感器网络进行的定位[4].无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知检测对象的信息,并发送给观察者传感器节点的数据沿

立体定向技术的概况与展望

立体定向技术的概况与展望 世界立体定向和功能性神经外科学会议和欧洲立体定向和功能性神经外科学术会议均已召开 了十多次；我国也已召开了多次，如今立体定向和功能性神经外科技术在我国得到快速发展，可治疗的病种覆盖面也日渐宽广。 1 立体定向神经外科 1.1立体定向仪 国外较好的定向仪有Leksell定向系统、BRW/CRW定向系统、Todd-well定向系统等，特别是Leksll-G型定向仪，除了具备常规应用功能外，还可配合立体定向放射外科和显微外科工作，有激光导向装置。 国内近十来年也生产了一些定向仪，如仿Leksll-ASA～601、602定向仪；仿Patil-IJF～1型定 向仪等，这对我国立体定向技术发展起了积极推动作用。 1.2立体定向图谱 我国过去一直借用国外Schaltenbrand-Wahrem/Bailey图谱，自80年代起，我国先后出版了 两本图谱，姚家庆-人脑立体定向应用解剖；陈玉敏-人脑内主要核团立体定向图谱。使我国 有了国人立体定向图谱，给手术带来便利[2]。 1.3立体定向技术临床应用方面： （1）运动障碍性疾病：目前全国各地较大的立体定向治疗中心都可开展慢性丘脑刺激（CTS），慢性脊髓刺激（CSS）来治疗PD、肌僵直等病，慢性电刺激方法有逐渐取代不可逆的脑内核团毁损方法的趋势。 利用脑和神经组织移植，治疗某些运动障碍性疾病方面。脑和神经组织移植将是今后一个世 纪神经外科研究工作中一大课题，目前它治疗人类某些疾病，虽然得到了一定的疗效，但是 对其作用和适应症还不能下结论，还有很多问题有待进一步研究。 （2）慢性疼痛：除了针对解剖学上的痛觉传导途径节点行立体定向毁损术，如大脑水平的 扣带回毁损术、丘脑水平的腹后核、中央中核毁损术、中脑水平的脊丘束毁损术以外，目前 根据痛中枢的闸门学说，在中枢某些能抑制调整痛觉的结构如PAG、PVG内放置电极，给予 慢性电刺激以达到止痛效果[1]。 （3）癫痫：全身性原发癫痫、颞叶癫痫伴攻击行为或不能进行典型病灶切除者，都可选择 立体定向技术对癫痫病灶毁损或阻断癫痫发放冲动的中间环路。 目前慢性小脑刺激治疗癫痫已较广泛开展，也可利用立体定向技术，在尾状核或中央中核作 电极埋藏行慢性电刺激；利用立体定向技术将脑和神经组织，如兰斑、小脑组织、新皮质植 入到下丘脑或侧脑室旁，目前也正在进行这方面的有益尝试。 （4）精神病：由于边缘系统、前脑对调整情感、记忆、行为活动的解剖、生理功能的研究 进展，给与精神病人选定阳性靶点、症状选择性脑内靶点定向毁损，其疗效已受到精神科医 生的重视和肯定。 （5）脑肿瘤：目前已广泛利用立体定向技术定向活检，然后配合立体定向放射外科、立体 定向显微外科对肿瘤完全毁损或切除，达到治疗目的。

关于水平定向钻进技术在市政供水管道施工中的应用分析

关于水平定向钻进技术在市政供水管道施工中的应用分析 发表时间：2017-06-15T11:32:58.453Z 来源：《基层建设》2017年6期作者：班源平 [导读] 本文主要分析了自来水管道施工水平定向钻进施工的工艺及技术要点。 身份证号码：45212219711202xxxx 摘要：随着我国城市不断发展,水平定向钻进技术在供水管道施工中得到越来越广泛的应用。本文主要分析了自来水管道施工水平定向钻进施工的工艺及技术要点。 关键词：水平定向钻进;供水管道;施工 过去在城市地下管网建设包括供水、天然气、电信、电力、排污等管线铺设中,沿用的传统施工方法是开挖埋管线,该法不仅速度慢,且影响交通和污染环境,遇到障碍物时更是无法穿越。水平定向钻进作为非开挖技术中最具活力的一项施工技术,具有导向准确。 1 传统大开挖方式的弊端 (1)敷设供水管道遇到穿越河流时,采用传统大开挖方式要先破坏河堤,还要对河流做引流,开挖工程量大,难度大,产生的费用也较高,且工期长。 (2)敷设供水管道要穿越新修建的公路时极不方便。国家明文规定:“新修建的公路在3-15年内不允许破路开挖”。若对新建道路开挖,不仅使道路质量变差、寿命缩短,而且容易造成交通堵塞,严重者还会伴有地下管线被挖坏的事故发生。 (3)施工中遇到一些要穿越的、但是跨度较大、埋层较深的障碍物时(如电力隧道、电力方涵、污水方涵等),若从方涵上方穿越则埋深不够,若从下方通过,挖得太深危险性大,且不易施工。 (4)穿越铁路段时,直接开挖会造成铁路停运,而且敷管及之后的铁路恢复工作需要工期较长。 2 水平定向钻进技术优点 水平定向钻进法是发展最快的一种非开挖施工方法,是利用水平定向钻机在不开挖地表的条件下或以最小的地表开挖工作量进行铺设多种地下公用设施(如管道、电缆等)的技术,其优点具体如下: (1)水平定向钻进穿越施工时不会阻碍周边交通,不会破坏绿地、植被或影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作环境,解决了传统开挖法施工对居民生活和出行的干扰以及对交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。 (2)现代化的穿越设备的穿越精度高,易于调整敷设方向和埋深,管线弧形敷设距离长,完全可以满足设计埋深要求,并且可以使管线绕过地下的障碍物。 (3)城市管网埋深一般达到3m以下,穿越河流时,一般埋深在河床下9-18m,所以采用水平定向钻机穿越,对周围环境无影响,不破坏地貌,适应环保的各项要求。 (4)采用水平定向钻机穿越施工时,无需在水面或水下作业,不影响江河通航,不损坏江河两侧堤坝及河床结构,施工不受季节限制,施工周期短、人员少、成功率高、施工安全可靠。 (5)进出场地速度快,施工场地可以灵活调整,允分显示出其在城市施工时的优越性。并且施工占地少,工程造价低,施工速度快。 3 施工准备 3.1 导向孔轨迹设计 (1)根据建设单位提供的管线工程平面图、既有管线地下管网图、工程技术要求等资料,对施工现象实地堪察,记录对既有管线的检查井标记的位置,并进行仪器探察结合人工探察,以确定既有管线的准确位置。 (2)定向钻导向孔轨迹一般由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成,类似于倒抛物线的形状,根据事前收集的相关资料、实地勘察结果及待敷设的管材曲率设计出导向孔轨迹(包括确定入土角、出土角、入土点、出土点、第一曲线段和直线段轨迹变化点、直线段和第二曲线段轨迹变化点),并绘制导向孔轨迹图。 3.2 施工泥浆配制和钻具选择 在水平钻进施工过程中,泥浆的作用表现为:稳定钻孔土体、冷却润滑钻头和钻杆及其他孔内钻具、清理屑等。泥浆由水、膨润土和具有某种性能的胶体化学材料(视土质选用)通过专用搅拌容器配制而成,正确适当的泥浆的配置对穿越起决定性作用,选用不同粘度的泥浆要视具体地质情况而定。 钻机回拉力按管材回拉力计算值的1.5-3倍进行选择,以确定钻机型号,施工前评估土壤状况,以便确定最佳钻进液和钻具组合。 4 施工工艺及其过程 水平定向穿越工作过程是通过计算机控制进行导向和探测,先钻出一个与设计曲线相同的导向孔,然后再将导向孔扩大,把产品管线回拖到扩大了的导向孔中,完成管线穿越的施工过程。其工艺流程如下。水平定向钻进施工工艺流程钻孔工地施工流程测量放线→修整场地→三通一平→设备进场→组装钻机→调控向系统→钻导向孔→预扩孔→管道回拖→设备离场→恢复地貌管道工地施工流程测量放线→修整场地→三通一平→设备进场→运管布管→组对相接→挖发送沟→管道拖进→设备离场→恢复地貌 4.1 钻导向孔 做好施工安全措施、发射和接收工作坑开挖、设备进场、钻机锚固后,进行全系统联机调试,调试完成可进行导向孔钻进,选择符合施工现场土质情况的导向钻头,开动高压泥浆泵,钻头开始正常喷浆后,在导向系统的引导下,钻机按设计好的导向孔轨迹进行钻进,高压泥浆的射流作用与钻头的切削作用共同在地下形成孔壁。钻进过程中,钻头内信号棒发出的信号被接收后,监视设备显示出钻头的深度、位置、角度等信息,据此及时调整钻头方向。钻进入土角一般在8°-12°之间,出土角5°-12°,管道曲率半径一般1000D-1200D。为了更好地控制导向,在斜段一般每根钻杆调整一次角度,每次调整的角度一般不超过0.8°,以便回拖顺利。当导向孔从入土角到水平夹角为0°时的计算穿越深度与设计埋深不同时(误差0.5m),则应调整入土直线段的长度及其调整控向角度。同理,当导向孔从水平到达出土角计算出的出土点,但达不到穿越长度位置时,调整水平直线段长度;达到出土角而没有符合地面标高时,调整每组钻杆长度及其控制角度。 4.2 扩孔 钻孔完成后卸下钻头及控制系统,接上扩孔器,从出土点向入土点进行预扩孔,扩孔的次数及扩孔类型根据管径及地质情况确定。注意当沿程土质不一,承载力不均时,由于钻杆、扩孔器自身重力的作用,易形成不均匀沉降,造成预扩孔偏移,故选择合理的钻具和钻具组合对定向穿

水平定向钻进技术在短距离跨道施工中的应用

水平定向钻进技术在短距离跨道施工中的应用 摘要：在管道工程、线路工程施工时，通常采用开挖埋设的方法施工，然而在交通发达的道路、路口、河道等复杂位置采用开挖的方法施工则十分勉强，影响环境并对周边生产生活造成不便，此时若采用非开挖水平定向钻进技术则能有效防止施工对地表干扰，施工速度快，精度高，大大缩短工期、节约工程成本、降低工程风险。 关键词：非开挖、钻导向孔、扩孔、钻头 Abstract: in the pipeline engineering, line project construction, usually adopt the method of embedding excavation construction, however, in the way of the traffic developed, crossing the river, such complex position of excavation method is very reluctantly construction, affect the environment and to the neighboring inconvenience of production and life, then if using an excavation directional drilling technology is level can effectively prevent the construction on the surface interference, construction speed, high precision, greatly shorten the construction period, save the project cost, reduce project risk. Key words: the excavation, pilot hole drilling, reaming, the bit 1 前言 在管道工程、线路工程施工时，通常采用开挖埋设的方法施工，然而在交通发达的道路、路口、河道等复杂位置采用开挖的方法施工则十分勉强，影响环境并对周边生产生活造成不便，此时若采用非开挖水平定向钻进技术则能有效防止施工对地表干扰，施工速度快，精度高，大大缩短工期、节约工程成本、降低工程风险。 图1 钻导向孔 2 准备工作 非开挖水平定向钻进技术施工的三大基本工艺是：钻导向孔——扩孔施工——成品管道拉管。 本文重点论述水平定向钻技术在短距离过路施工中的应用。在钻导向孔之前需要勘察现场施工条件，比如水源条件、土层地质条件、地下管线分布状况