有線控向技術在沁河定向穿越施工中的實踐與應用

□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,焦鄭高速公路出口向南7 km。沁北引黃灌溉工程是一個以灌溉為主、兼顧區(qū)域生態(tài)景觀的多目標、多功能于一體的供水工程、民生工程。

本工程設計穿越管身總長度1827m，其中定向鉆敷設長度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。壓力管道起點設計樁號0+840.4，終點設計樁號2+667.4。定向鉆入土點位于沁河左堤外，距大堤外坡角370m，入土點高程97.00m入土角8°，進口曲線段圓弧半徑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。定向鉆出土點位于沁河右堤外，距大堤外坡角290m，出土點高程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 穿越段地貌及地質狀況

2.1 地貌狀況

沁河管道穿越位于焦作市武陟縣境內,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 地質狀況

地質勘探所揭露地層，自上而下分為五層，一層：粉細砂，黃褐色夾亞沙土薄層，松散，層底標高71.90，層底深度5m左右；二層：中砂，褐色含少量礫石，層底標高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，含黑色鐵錳結合及姜結石，姜結石含量局部密集,硬塑，層底標高59.90，層底深度17m左右；五層：粘土,灰綠色夾雜黃色、棕紅色，含黑色鐵錳結核及姜結石，堅硬，層底標高59.90，層底深度17m左右。

3 有線控向技術應用

3.1 有線控向技術的組成

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

3.2 有線控向技術原理

通過導向線傳遞信號至鉆頭內的探棒，在鉆頭旋轉切割磁力線，通過地球磁力方向，通過軟件產生信號，再通過導向線載波信號至有線控制盒，控制盒進行分析傳輸到電腦設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算出鉆進有效的軌跡。鉆進一定距離，由于地球一直在旋轉，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行距離、角度等各種參數的修正，來有效控制鉆進軌跡。

3.3 有線控向技術的作用

采用有線控向技術，可以有效保證鉆機鉆進按照設計的要求來保證導向孔的鉆機軌跡。保證鉆進設計軌跡，是整個定向穿越的核心，導向孔的準確性對擴孔、管道回拖具有決定性的影響。這幾項中起決策性作用的一孔，有線控向技術在整個定向鉆中起著至關重要的地位。

3.4 有線控向技術的應用

在定向鉆鉆桿的上部頂端安設整個電纜線盤，然后在連接鉆桿的上端鉆一個小孔接到鉆桿內，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，先用截取線皮機將電纜線去皮兩公分，然后套在軟管中，將兩個接頭連接上，用熱烤機熱軟按勻，再用用冷水降溫觀察一下即可進行安裝。

在沁河倒虹吸工程中，使用的是雪威有線控向技術，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，然后連接導向線至鉆桿內，通過鉆桿一根一根的連接，將導向線連接至有線控向軟件。通過控向裝置轉換為機器語言，連接至筆記本電腦，來顯示出各種數據，如距離，方位角，磁偏角等，來確準鉆進軌跡是否符合設計要求。

本次工程通過有線控向軟件，滿足鉆進設計軌跡要求，出入點誤差控制在30 cm。

3.5 地磁布線圈的應用

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

布置線圈，用50電纜線八個人牽拉布置而成，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個線圈，這13個線圈的公里樁號：（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導向系統(tǒng)，計算傳遞數據，分析各種技術指標，在導向測量中不停的調整方向，來有效保證鉆進軌跡。為了保證鉆進軌跡的精確性，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個線圈，采集相關信息數據，進行計算分析，和有線控向軟件中的數據進行對比分析，然后再調整數據，修正數據，重新計算后，開始導向孔的繼續(xù)鉆進。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計要求，并在出土點精確出洞。

5 結論

水平定向鉆穿越施工技術在深、長輸管道施工中得到廣泛應用，在導向孔鉆進中控向是施工成敗的關鍵環(huán)節(jié)。本工程深、長距離的有線控向導向技術應用實例，成功確保了導向孔精確出洞，出土點偏差控制在0.50m范圍內。

有線控向技術是在鉆頭處安設控向源，通過有線連接進行地面控制，確保導向軌跡按照設計線路鉆進的一種控制技術。通過對穿越深長距離有線控向導向的實例應用分析，掌握導向控向工作原理和地面布磁控向相結合等各種操作步驟，為有線控向系統(tǒng)控制精度高提供了必要依據，在穿越大江大河施工中具有很好的推廣前景。