有线控向技术在沁河定向穿越施工中的实践与应用

□申胜斌（焦作市黄河华龙工程有限公司）

1 工程概况

沁河管道穿越位于焦作市武陟县境内,焦郑高速公路出口向南7 km。沁北引黄灌溉工程是一个以灌溉为主、兼顾区域生态景观的多目标、多功能于一体的供水工程、民生工程。

本工程设计穿越管身总长度1827m，其中定向钻敷设长度1750m。管道穿越沁河堤防和沁河采用大型定向钻穿越，三类土，DN1016。沁河倒虹吸采用双线布置压力钢管，两管间距为15m，管身总长度1827m，其中定向钻敷设长度1750m。压力管管身采用L485直缝埋弧焊钢管，外径1016mm，管壁厚20.60mm。倒虹吸管建基面最大埋深为河床下约33.50m。压力管道起点设计桩号0+840.4，终点设计桩号2+667.4。定向钻入土点位于沁河左堤外，距大堤外坡角370m，入土点高程97.00m入土角8°，进口曲线段圆弧半径1600m（大于1500D），在沁河左堤下管顶距大堤坡角底面33m。管道水平长1074.32m，管顶高程67.51m。定向钻出土点位于沁河右堤外，距大堤外坡角290m，出土点高程98.00m，出土角7°，出口曲线段圆弧半径1600m（大于1500D），在沁河右堤下管顶距大堤坡脚底面32.5m。

2 穿越段地貌及地质状况

2.1 地貌状况

沁河管道穿越位于焦作市武陟县境内,焦郑高速公路出口向南7 km，管道穿越处河谷两岸地势平坦，河堤宽度大约455m，水面宽度80～100m，水深约3.50m.河南岸地势宽阔,河北岸高速公路与村庄有20m左右狭长路段。

2.2 地质状况

地质勘探所揭露地层，自上而下分为五层，一层：粉细砂，黄褐色夹亚沙土薄层，松散，层底标高71.90，层底深度5m左右；二层：中砂，褐色含少量砾石，层底标高70.40，层底深度6.50m左右；三层：粗砂,黄褐色,含少量砾石,层底标高71.90，层底深度5m左右；四层：粘土，黄色夹杂灰绿色，含黑色铁锰结合及姜结石，姜结石含量局部密集,硬塑，层底标高59.90，层底深度17m左右；五层：粘土,灰绿色夹杂黄色、棕红色，含黑色铁锰结核及姜结石，坚硬，层底标高59.90，层底深度17m左右。

3 有线控向技术应用

3.1 有线控向技术的组成

采用南京雪威MGS有线控向技术，探棒+扶正器+导向线+有线控制盒+有线控制软件+人工磁场组成。

3.2 有线控向技术原理

通过导向线传递信号至钻头内的探棒，在钻头旋转切割磁力线，通过地球磁力方向，通过软件产生信号，再通过导向线载波信号至有线控制盒，控制盒进行分析传输到电脑设置好的有线控制系统，显示出目前的方位角、倾斜角及工具面从而计算出钻进有效的轨迹。钻进一定距离，由于地球一直在旋转，地磁偏角也在不同的变化，所以在一定距离中再布置人工磁场来进行距离、角度等各种参数的修正，来有效控制钻进轨迹。

3.3 有线控向技术的作用

采用有线控向技术，可以有效保证钻机钻进按照设计的要求来保证导向孔的钻机轨迹。保证钻进设计轨迹，是整个定向穿越的核心，导向孔的准确性对扩孔、管道回拖具有决定性的影响。这几项中起决策性作用的一孔，有线控向技术在整个定向钻中起着至关重要的地位。

3.4 有线控向技术的应用

在定向钻钻杆的上部顶端安设整个电缆线盘，然后在连接钻杆的上端钻一个小孔接到钻杆内，用铁丝连接拉到钻杆的另一端和钻头处的从软件接出的线连接，先用截取线皮机将电缆线去皮两公分，然后套在软管中，将两个接头连接上，用热烤机热软按匀，再用用冷水降温观察一下即可进行安装。

在沁河倒虹吸工程中，使用的是雪威有线控向技术，开钻前在钻头处安装探棒，将扶正器安装在无磁钻铤中，用固定架固定好，然后连接导向线至钻杆内，通过钻杆一根一根的连接，将导向线连接至有线控向软件。通过控向装置转换为机器语言，连接至笔记本电脑，来显示出各种数据，如距离，方位角，磁偏角等，来确准钻进轨迹是否符合设计要求。

本次工程通过有线控向软件，满足钻进设计轨迹要求，出入点误差控制在30 cm。

3.5 地磁布线圈的应用

本次工程布置线圈，按照钻进长度和钻进轨迹上的地面建筑物、附着物等情况，来布置线圈，调整线圈的大小和分布的密度，来确准线圈的精确度。

布置线圈，用50电缆线八个人牵拉布置而成，牵拉线圈的形状必须是方形，并且顺着轴线方向≥15m，这次布的线圈为46×46、45×45、30×30、15×15等。见图1。

图1 地磁布线圈工程沿线图

在本次工程中沿着穿越轴线在地面上共布局了13个线圈，这13个线圈的公里桩号：（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

本工程中采用有线控向导向系统，计算传递数据，分析各种技术指标，在导向测量中不停的调整方向，来有效保证钻进轨迹。为了保证钻进轨迹的精确性，消除各种误差，不间断地沿着轴线方向，在原始地貌上布置13个线圈，采集相关信息数据，进行计算分析，和有线控向软件中的数据进行对比分析，然后再调整数据，修正数据，重新计算后，开始导向孔的继续钻进。穿沁倒虹吸工程穿越管线共两根管道穿越，两根管线轨迹满足设计要求，并在出土点精确出洞。

5 结论

水平定向钻穿越施工技术在深、长输管道施工中得到广泛应用，在导向孔钻进中控向是施工成败的关键环节。本工程深、长距离的有线控向导向技术应用实例，成功确保了导向孔精确出洞，出土点偏差控制在0.50m范围内。

有线控向技术是在钻头处安设控向源，通过有线连接进行地面控制，确保导向轨迹按照设计线路钻进的一种控制技术。通过对穿越深长距离有线控向导向的实例应用分析，掌握导向控向工作原理和地面布磁控向相结合等各种操作步骤，为有线控向系统控制精度高提供了必要依据，在穿越大江大河施工中具有很好的推广前景。