大家注意看，一臺(tái)水平定向鉆機(jī)正在熱火朝天的工作，它的鉆頭正在按照預(yù)設(shè)的軌跡行走，讓人疑惑的是，剛性如此強(qiáng)大的鉆頭是如何巧妙轉(zhuǎn)彎避開(kāi)各種障礙物的呢？
在非開(kāi)挖水平定向鉆機(jī)出現(xiàn)以前，安裝地下管道并不是一件容易的事情。因?yàn)樵谶@之前通常的做法是要挖一條溝渠，然后放置線路，回填土壤。這其中可能要穿過(guò)城市的中心地帶、河流等，開(kāi)挖對(duì)這些建筑是毀滅性的破壞。直到水平定向轉(zhuǎn)出現(xiàn)以后，這種情況得到了極大的改善。
水平定向鉆不需要開(kāi)挖一個(gè)大的區(qū)域，鉆頭可以直接鉆入地球表面。水平定向鉆機(jī)工作的第一步是要先鉆一個(gè)小直徑的導(dǎo)向孔，通過(guò)導(dǎo)向孔來(lái)完成其他的工作。我們通常看到的是地面上的鉆機(jī)，在鉆機(jī)上有所需要的工具和控件，盡管大小不同，但基本原理和步驟是相同的。在鉆機(jī)上面有一個(gè)強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用來(lái)旋轉(zhuǎn)鉆桿和動(dòng)力頭，在地下鉆出一條鉆孔。
通常在一些大的鉆孔現(xiàn)場(chǎng)，我們還會(huì)看到一個(gè)大坑內(nèi)存放著類(lèi)似泥水一樣的液體。這是我們通常所說(shuō)的鉆井液。鉆井液也稱(chēng)泥漿，它可以給鉆頭潤(rùn)滑和冷卻，減少設(shè)備的磨損。同時(shí)還有助于帶走鉆頭鉆下來(lái)的土壤和巖屑。重要的是它還可以防止管道坍塌。大多數(shù)情況下，鉆井液會(huì)穿過(guò)鉆柱并從鉆孔中返回，將巖屑帶出來(lái)。
為了鉆出我們想要的路線，我們必須要能夠操縱鉆頭。鉆頭總上方進(jìn)入地下，然后需要在道路或者河流下方行進(jìn)足夠遠(yuǎn)的距離，這其中還要避開(kāi)地下的設(shè)施或者其他的障礙物，直到從另一端出來(lái)。那么水平定向轉(zhuǎn)是如何精準(zhǔn)定位并轉(zhuǎn)彎的呢？
這其中需要分兩個(gè)部分來(lái)控制鉆頭。首先我們要先知道它的位置在哪里？這其中會(huì)用到步行定位裝置，它可以讀取鉆頭的位置和深度。在鉆頭后方的一節(jié)鉆柱內(nèi)是帶有發(fā)射器的，它可以發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，地面上的接收器拾取信號(hào)后就可以定位到鉆頭的位置。一旦知道了位置，就可以想辦法引導(dǎo)鉆頭行進(jìn)的方向。
在了解轉(zhuǎn)桿如何轉(zhuǎn)彎前，有兩個(gè)問(wèn)題我們有必要了解下。第一，鉆桿看起來(lái)剛性很強(qiáng)，但是當(dāng)他足夠長(zhǎng)時(shí)，也是有一定的柔性可以彎曲。比如我們要折彎一節(jié)很短的電線時(shí)可能比較困難，但是如果這段電線很長(zhǎng)，那么折彎它就很容易了。第二，鉆桿不一定是必須在旋轉(zhuǎn)的情況下才能前進(jìn)，必要時(shí)，只需要推動(dòng)它就可以穿過(guò)土壤。鉆頭真正轉(zhuǎn)彎的技巧其實(shí)是它的不對(duì)稱(chēng)鉆頭，這是一個(gè)很巧妙的設(shè)計(jì)。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，鉆頭不再旋轉(zhuǎn)，而是被直接往前推進(jìn)，因?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)鉆頭的存在，會(huì)使鉆頭受到一個(gè)偏向的力，從而控制鉆頭轉(zhuǎn)彎。這正是很多水平定向鉆機(jī)的工作原理。除此之外，還有可以噴射鉆井液的鉆頭，如果噴嘴是偏離中心的，那么它也可以像不對(duì)稱(chēng)鉆頭一樣幫助鉆頭轉(zhuǎn)向。
鉆頭后方的一節(jié)鉆柱內(nèi)發(fā)射器是帶有陀螺儀的，陀螺儀可以發(fā)射信號(hào)告知地面上的接收器鉆頭現(xiàn)在朝向哪個(gè)方向。鉆柱可任意旋轉(zhuǎn)角度 ，然后前進(jìn)以改變鉆孔的方向。
然而并不是所有的土壤條件都允許將鉆柱簡(jiǎn)單的推入地下。比如在巖石地面使用鉆機(jī)時(shí)就要使用井下液壓馬達(dá)了。它可以將鉆井液中的液壓能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過(guò)管柱泵送，使鉆頭旋轉(zhuǎn)，打破土壤和巖石，無(wú)需旋轉(zhuǎn)整個(gè)鉆柱。泥漿馬達(dá)的外殼彎曲以提供轉(zhuǎn)向偏壓，定時(shí)改變鉆孔方向。
一旦導(dǎo)向孔被打通，接下來(lái)就是進(jìn)行擴(kuò)孔以容納更大的管道。擴(kuò)孔器從出口孔連接到鉆柱上 ，并將導(dǎo)向器拉向鉆機(jī)以擴(kuò)大孔洞，同時(shí)擴(kuò)孔器與管道相結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行回拉，將管道安裝在鉆孔中。
水平定向鉆機(jī)的出現(xiàn)使得我們可以實(shí)現(xiàn)更高效、更安全的施工。它可以穿越各種地質(zhì)環(huán)境，無(wú)論是巖石、土壤還是城市建筑物的底部，都可以輕松應(yīng)對(duì)。并且，由于不需要開(kāi)挖地表，大大減少了對(duì)環(huán)境的破壞和影響，為城市的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。
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