有線控向技術(shù)在沁河定向穿越施工中的實(shí)踐與應(yīng)用

□申勝斌（焦作市黃河華龍工程有限公司）

1 工程概況

沁河管道穿越位于焦作市武陟縣境內(nèi),焦鄭高速公路出口向南7 km。沁北引黃灌溉工程是一個(gè)以灌溉為主、兼顧區(qū)域生態(tài)景觀的多目標(biāo)、多功能于一體的供水工程、民生工程。

本工程設(shè)計(jì)穿越管身總長度1827m，其中定向鉆敷設(shè)長度1750m。管道穿越沁河堤防和沁河采用大型定向鉆穿越，三類土，DN1016。沁河倒虹吸采用雙線布置壓力鋼管，兩管間距為15m，管身總長度1827m，其中定向鉆敷設(shè)長度1750m。壓力管管身采用L485直縫埋弧焊鋼管，外徑1016mm，管壁厚20.60mm。倒虹吸管建基面最大埋深為河床下約33.50m。壓力管道起點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號0+840.4，終點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號2+667.4。定向鉆入土點(diǎn)位于沁河左堤外，距大堤外坡角370m，入土點(diǎn)高程97.00m入土角8°，進(jìn)口曲線段圓弧半徑1600m（大于1500D），在沁河左堤下管頂距大堤坡角底面33m。管道水平長1074.32m，管頂高程67.51m。定向鉆出土點(diǎn)位于沁河右堤外，距大堤外坡角290m，出土點(diǎn)高程98.00m，出土角7°，出口曲線段圓弧半徑1600m（大于1500D），在沁河右堤下管頂距大堤坡腳底面32.5m。

2 穿越段地貌及地質(zhì)狀況

2.1 地貌狀況

沁河管道穿越位于焦作市武陟縣境內(nèi),焦鄭高速公路出口向南7 km，管道穿越處河谷兩岸地勢平坦，河堤寬度大約455m，水面寬度80～100m，水深約3.50m.河南岸地勢寬闊,河北岸高速公路與村莊有20m左右狹長路段。

2.2 地質(zhì)狀況

地質(zhì)勘探所揭露地層，自上而下分為五層，一層：粉細(xì)砂，黃褐色夾亞沙土薄層，松散，層底標(biāo)高71.90，層底深度5m左右；二層：中砂，褐色含少量礫石，層底標(biāo)高70.40，層底深度6.50m左右；三層：粗砂,黃褐色,含少量礫石,層底標(biāo)高71.90，層底深度5m左右；四層：粘土，黃色夾雜灰綠色，含黑色鐵錳結(jié)合及姜結(jié)石，姜結(jié)石含量局部密集,硬塑，層底標(biāo)高59.90，層底深度17m左右；五層：粘土,灰綠色夾雜黃色、棕紅色，含黑色鐵錳結(jié)核及姜結(jié)石，堅(jiān)硬，層底標(biāo)高59.90，層底深度17m左右。

3 有線控向技術(shù)應(yīng)用

3.1 有線控向技術(shù)的組成

采用南京雪威MGS有線控向技術(shù)，探棒+扶正器+導(dǎo)向線+有線控制盒+有線控制軟件+人工磁場組成。

3.2 有線控向技術(shù)原理

通過導(dǎo)向線傳遞信號至鉆頭內(nèi)的探棒，在鉆頭旋轉(zhuǎn)切割磁力線，通過地球磁力方向，通過軟件產(chǎn)生信號，再通過導(dǎo)向線載波信號至有線控制盒，控制盒進(jìn)行分析傳輸?shù)诫娔X設(shè)置好的有線控制系統(tǒng)，顯示出目前的方位角、傾斜角及工具面從而計(jì)算出鉆進(jìn)有效的軌跡。鉆進(jìn)一定距離，由于地球一直在旋轉(zhuǎn)，地磁偏角也在不同的變化，所以在一定距離中再布置人工磁場來進(jìn)行距離、角度等各種參數(shù)的修正，來有效控制鉆進(jìn)軌跡。

3.3 有線控向技術(shù)的作用

采用有線控向技術(shù)，可以有效保證鉆機(jī)鉆進(jìn)按照設(shè)計(jì)的要求來保證導(dǎo)向孔的鉆機(jī)軌跡。保證鉆進(jìn)設(shè)計(jì)軌跡，是整個(gè)定向穿越的核心，導(dǎo)向孔的準(zhǔn)確性對擴(kuò)孔、管道回拖具有決定性的影響。這幾項(xiàng)中起決策性作用的一孔，有線控向技術(shù)在整個(gè)定向鉆中起著至關(guān)重要的地位。

3.4 有線控向技術(shù)的應(yīng)用

在定向鉆鉆桿的上部頂端安設(shè)整個(gè)電纜線盤，然后在連接鉆桿的上端鉆一個(gè)小孔接到鉆桿內(nèi)，用鐵絲連接拉到鉆桿的另一端和鉆頭處的從軟件接出的線連接，先用截取線皮機(jī)將電纜線去皮兩公分，然后套在軟管中，將兩個(gè)接頭連接上，用熱烤機(jī)熱軟按勻，再用用冷水降溫觀察一下即可進(jìn)行安裝。

在沁河倒虹吸工程中，使用的是雪威有線控向技術(shù)，開鉆前在鉆頭處安裝探棒，將扶正器安裝在無磁鉆鋌中，用固定架固定好，然后連接導(dǎo)向線至鉆桿內(nèi)，通過鉆桿一根一根的連接，將導(dǎo)向線連接至有線控向軟件。通過控向裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言，連接至筆記本電腦，來顯示出各種數(shù)據(jù)，如距離，方位角，磁偏角等，來確準(zhǔn)鉆進(jìn)軌跡是否符合設(shè)計(jì)要求。

本次工程通過有線控向軟件，滿足鉆進(jìn)設(shè)計(jì)軌跡要求，出入點(diǎn)誤差控制在30 cm。

3.5 地磁布線圈的應(yīng)用

本次工程布置線圈，按照鉆進(jìn)長度和鉆進(jìn)軌跡上的地面建筑物、附著物等情況，來布置線圈，調(diào)整線圈的大小和分布的密度，來確準(zhǔn)線圈的精確度。

布置線圈，用50電纜線八個(gè)人牽拉布置而成，牽拉線圈的形狀必須是方形，并且順著軸線方向≥15m，這次布的線圈為46×46、45×45、30×30、15×15等。見圖1。

圖1 地磁布線圈工程沿線圖

在本次工程中沿著穿越軸線在地面上共布局了13個(gè)線圈，這13個(gè)線圈的公里樁號：（1）0+264-0+310,（2）0+140-0+160,（3）0+400-0+440，（4）0+520-0+566,（5）0+635-0+670,（6）0+850-0+896,（7）1+050-1+096,（8）1+340-1+386,（9）1+495-1+525，（10）1+560-1+590；（11）1+621-1+661；（12）1+661-1+701；（13）1+720-1+750

4 成果分析

本工程中采用有線控向?qū)蛳到y(tǒng)，計(jì)算傳遞數(shù)據(jù)，分析各種技術(shù)指標(biāo)，在導(dǎo)向測量中不停的調(diào)整方向，來有效保證鉆進(jìn)軌跡。為了保證鉆進(jìn)軌跡的精確性，消除各種誤差，不間斷地沿著軸線方向，在原始地貌上布置13個(gè)線圈，采集相關(guān)信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算分析，和有線控向軟件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，然后再調(diào)整數(shù)據(jù)，修正數(shù)據(jù)，重新計(jì)算后，開始導(dǎo)向孔的繼續(xù)鉆進(jìn)。穿沁倒虹吸工程穿越管線共兩根管道穿越，兩根管線軌跡滿足設(shè)計(jì)要求，并在出土點(diǎn)精確出洞。

5 結(jié)論

水平定向鉆穿越施工技術(shù)在深、長輸管道施工中得到廣泛應(yīng)用，在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)中控向是施工成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本工程深、長距離的有線控向?qū)蚣夹g(shù)應(yīng)用實(shí)例，成功確保了導(dǎo)向孔精確出洞，出土點(diǎn)偏差控制在0.50m范圍內(nèi)。

有線控向技術(shù)是在鉆頭處安設(shè)控向源，通過有線連接進(jìn)行地面控制，確保導(dǎo)向軌跡按照設(shè)計(jì)線路鉆進(jìn)的一種控制技術(shù)。通過對穿越深長距離有線控向?qū)虻膶?shí)例應(yīng)用分析，掌握導(dǎo)向控向工作原理和地面布磁控向相結(jié)合等各種操作步驟，為有線控向系統(tǒng)控制精度高提供了必要依據(jù)，在穿越大江大河施工中具有很好的推廣前景。