科技改变生活 · 科技引领未来
科技改变生活 · 科技引领未来
我们经常会发现在居住的城市里马路经常被挖开，不管是新修的还是使用一段时间的马路，总觉得居住地周边的马路就没有完整过，天天都在开挖维修，让出行一点都不方便，还会造成环境的污染，这种将完整的马路挖掉一部分的现象还被人们称为“拉链路”。造成这种拉
我们经常会发现在居住的城市里马路经常被挖开，不管是新修的还是使用一段时间的马路，总觉得居住地周边的马路就没有完整过，天天都在开挖维修，让出行一点都不方便，还会造成环境的污染，这种将完整的马路挖掉一部分的现象还被人们称为“拉链路”。
造成这种拉链路的主要原因除了马路破损外，还有就是修建马路时没有规划好，而随着城市的快速发展，已有的地下管线跟不上城市的需求，另外就是一些新的管线也需要经过马路。
图片来源：pixabay
前几天就看到一个新闻，某地就规定新修的城市马路交付使用后5年内禁挖，这将有效杜绝城市马路经常被挖的现象，还能避免反复出现“拉链路”造成的经济损失。
但同时也对城市马路地下管网建设提出了更高的要求，不能对马路“开膛破肚”就需要更先进的地下管网铺设机械设备来完成。
你是否经常在城市的绿化带，或者人行道上看到一种机械在作业，它将旋转的铁管插入到地下打孔，而在不远处正在往机器打好的孔内塞入电缆和管道，这种机械就是水平定向钻机。
水平定向钻机就是在不需要开挖地面的情况下，铺设地下管线的机械设备，它能在地下一定半径内成功避开障碍物，能在地下为粘土，沙土等地层中作业，广泛使用于电力，通讯，石油以及天然气等领域的柔性管线铺设。
水平定向钻施工的特点
与对整条马路进行封路大挖大修不同，就像我们经常看到的那样，水平定向钻机只需要在马路边上就可以完成施工，并不会影响交通和人们的正常出行。
通过先进的设备计算和定位，能让整个钻头的穿越过程绕开障碍物到达预定的位置，保证施工精度。
与传统的施工方法比较，水平定向钻这种新型施工方法还有着施工效率高，成本低，不影响环境等诸多的优点。
但同时水平定向钻施工，在地下所开的孔在铺设好管线后，并不能像在地面直接开挖那样回填夯实，会留下一定的间隙，所以有时地面也会造成部分区域的塌陷。
水平定向钻机发展
水平定向钻这种技术，是将普通的管线铺设技术，与石油开采过程中使用到的钻井技术结合在一起的新型施工方法。
在还没有发明水平定向钻机的时候，要铺设管线穿过河道或者障碍物时，就需要采用挖坑，沉管等方式来完成，不但效率低而且成本还很高。
水平定向钻最早出现在美国，在20世纪60年代美国一位工程师将油田所使用的定向钻井技术用于管道铺设中。
后来又发明了再扩孔技术，这也让大直径的管道铺设成为可能，从此也形成了一种新的水平定向钻技术。
中国在上世纪80年代首次引进了这项水平定向钻技术，近几十年来随着原油管道和城市管线的快速建设，水平定向钻在我国得到了快速的发展，不管是穿越长度还是管线直径都创造了很多纪录。
水平定向钻机是怎么工作的
水平定向钻机在施工前首先就是要根据施工图纸，确认好水平定向钻机开钻的位置以及出钻口的位置，通常这两个点都是在一条直线上，并记录好相关的坐标数据。
还要将泥土，水以及添加剂等原料制成泥浆，通过机械中的泥浆泵送入到钻头喷嘴中，泥浆的功能主要是冷却钻头和降低钻头的摩擦力，避免钻头卡阻现象的发生，泥浆是可以通过回收过滤后重复使用的。
将水平定向钻机固定在钻口位置后，选择合适的钻头，按照预定的位置和角度，让发动机为钻机提供动力，并驱动旋转的钻杆带动钻头前进，钻头工作时泥浆马达也会持续喷射泥浆，钻头穿过地面障碍物，最终穿出地面形成导向孔。
其实水平定向钻也需要在地下按一定的弧度转弯，所以水平定向钻的钻杆实际上是弯曲的，这样的设计不仅是让钻头能在地下轻松活动，更主要的就是为了让钻头在地下好控制转弯。
之所以水平定向钻能在地下按设计要求精准的开孔，首先在钻头上安装了导向系统，其次在每节钻杆末端也安装有转向检测系统，这些导向和检测系统，能够实时将数据传递给地面操作人员，如果发现数据异常就需要操作人员控制钻头及时修正方向。
当钻头带着的钻杆穿出地面后，就会卸掉钻头，将扩孔工具与钻杆安装固定，扩孔工具直径要根据所铺设的管线尺寸决定，开始回拖扩孔作业，在回拖的过程中钻杆反方向旋转，钻机带动钻杆和扩孔头后退，进行回拖扩孔，最终扩大地下管道的直径尺寸。
在扩孔回拖的同时，还要将需要铺设的管线固定在扩孔工具后面，钻机拖动钻杆，就会带着扩孔工具和管线同时进行回拖，最后就将管线绕开地面障碍物拖出地面，完成整个管线的铺设施工。
扩孔过程中还要根据不同的土层选用扩孔工具，松软土层只需要选用挤扩式扩孔器，如软岩或者硬土层就需要带牙轮或者滚刀的扩孔器，如有岩石层就需要使用具有切削和排屑功能的扩孔器。
横向钻机技术
我们都知道开采石油需要很高的技术，这是因为它们都埋藏在看不见的地下，想要得到它就需要我们进行高难度的开采。
在开采的时候首先需要进行非常重要的打井工作，还要根据不同的地质而采用不同的方法来打井，这样才能获得石油资源。
传统的打井方法一般都是垂直打井，但是很多时候还需要采用在地下横向打井寻找石油，这种技术是在钻头上安装了先进的声波和伽马射线功能，在开采的时候通过钻头采集地层中的各项数据传递给地面操作人员，就可以实时采取更理想的钻井方案，能控制钻头在地下随意弯曲前进，这就相当于给地下钻头安装了千里眼，最终找到石油。
这种横向进行的定向钻机技术自从出现后，让人类的钻井技术又提高了一个台阶，提高了开采效率还降低了工程风险。
随着人们对节能环保的要求越来越高，水平定向钻机这种非开挖的管线铺设设备，将会得到越来越广泛的应用。
更多机械，制造，原理 干货类文章，请关注我们的微信公众号 制造原理
马夕