? ? ? ? 非(fei)(fei)開(kai)(kai)挖工程鋪管的(de)(de)關鍵(jian)技術在(zai)于導(dao)(dao)向鉆(zhan)(zhan)(zhan)孔(kong)軌(gui)(gui)(gui)跡的(de)(de)精確(que)控(kong)(kong)制，確(que)保避開(kai)(kai)原有地下管線(xian)及障礙物，按設計路線(xian)準確(que)、順利地鋪管。它的(de)(de)基本步驟是(shi)(shi)：采用先進(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)導(dao)(dao)向探測(ce)(ce)(ce)儀對(dui)地 下鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭的(de)(de)前后傾角(jiao)、深度(du)(du)、導(dao)(dao)向板面向角(jiao)等進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)測(ce)(ce)(ce)量(liang)，根據測(ce)(ce)(ce)量(liang)結果人為(wei)預定其導(dao)(dao)進(jin)(jin)(jin)(jin)方(fang)(fang)向，并不斷地調整鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭面角(jiao)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)推進(jin)(jin)(jin)(jin)或繼續(xu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)進(jin)(jin)(jin)(jin)。其中，“人為(wei)預定”是(shi)(shi) 憑(ping)操(cao)作(zuo)(zuo)經驗來(lai)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)的(de)(de)，依靠(kao)操(cao)作(zuo)(zuo)者判斷和調整前進(jin)(jin)(jin)(jin)方(fang)(fang)向，這(zhe)就使導(dao)(dao)向精度(du)(du)和速度(du)(du)降低。一旦(dan)發(fa)現當(dang)前鉆(zhan)(zhan)(zhan)出(chu)的(de)(de)孔(kong)段(duan)軌(gui)(gui)(gui)跡與理想軌(gui)(gui)(gui)跡有差(cha)異時(shi)，退回(hui)重新校(xiao)，由于在(zai)先期(qi) 的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)進(jin)(jin)(jin)(jin)過程中，舊孔(kong)軌(gui)(gui)(gui)跡周圍環境(jing)在(zai)高(gao)壓泥漿液的(de)(de)強力沖刷下已變得松散，再(zai)想靠(kao)導(dao)(dao)向板的(de)(de)推進(jin)(jin)(jin)(jin)來(lai)改(gai)變方(fang)(fang)向校(xiao)正(zheng)出(chu)新軌(gui)(gui)(gui)跡孔(kong)就較為(wei)困難了，往(wang)往(wang)要退回(hui)很(hen)大(da)的(de)(de)量(liang)才能 校(xiao)正(zheng)過來(lai)，并且回(hui)程量(liang)也只有靠(kao)經驗來(lai)控(kong)(kong)制。因此，在(zai)導(dao)(dao)向鉆(zhan)(zhan)(zhan)進(jin)(jin)(jin)(jin)時(shi)總是(shi)(shi)希望(wang)能夠預先知(zhi)道按操(cao)作(zuo)(zuo)控(kong)(kong)制所能得到(dao)的(de)(de)地下軌(gui)(gui)(gui)跡，最好(hao)是(shi)(shi)在(zai)設計好(hao)鉆(zhan)(zhan)(zhan)進(jin)(jin)(jin)(jin)軌(gui)(gui)(gui)跡時(shi)就有一套操(cao)作(zuo)(zuo) 控(kong)(kong)制程序(xu)。對(dui)此，進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)非(fei)(fei)開(kai)(kai)挖導(dao)(dao)向鉆(zhan)(zhan)(zhan)進(jin)(jin)(jin)(jin)軌(gui)(gui)(gui)跡的(de)(de)研(yan)究(jiu)是(shi)(shi)非(fei)(fei)常必要的(de)(de)。

一、幾何關系的建立(li)

在導向(xiang)(xiang)(xiang)鉆進(jin)過(guo)程(cheng)中(zhong)，鉆頭以(yi)回(hui)轉鉆進(jin)和只推(tui)進(jin)兩種方(fang)式(shi)(shi)運動。回(hui)轉鉆進(jin)時(shi)，其方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)發生變化，軌(gui)(gui)跡(ji)線(xian)為(wei)(wei)直線(xian)；推(tui)進(jin)時(shi)，其方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)會按一定的規律變化，軌(gui)(gui)跡(ji)力(li)地下空 間(jian)曲線(xian)。這樣(yang)整個鉆孔軌(gui)(gui)跡(ji)由若干段直線(xian)和弧(hu)線(xian)組成。因此(ci)，導向(xiang)(xiang)(xiang)鉆進(jin)軌(gui)(gui)跡(ji)的基礎是空間(jian)解(jie)析幾何(he)，必須(xu)按照(zhao)有關線(xian)、面、角的數(shu)學定義來表達(da)鉆孔軌(gui)(gui)跡(ji)控制的幾個 基本(ben)參數(shu)而建立數(shu)學表達(da)式(shi)(shi)。這里不(bu)妨(fang)取(qu)垂直于地平面的方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)(wei)Z軸(zhou)；南(nan)北方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)(wei)Y軸(zhou)；東西方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)(wei)X軸(zhou)。按空間(jian)解(jie)析幾何(he)，可以(yi)建立或推(tui)導出以(yi)下關系方(fang)程(cheng)式(shi)(shi)。
1、鉆頭(tou)當(dang)前(qian)軸線——鉆進時鉆頭(tou)當(dang)前(qian)方向線
設m、n、p為(wei)軸的方向余弦(xian)，a、b、c為(wei)鉆(zhan)頭當前(qian)的地(di)下空間(jian)位置定標，則有(you)鉆(zhan)當前(qian)軸線方程為(wei)
==①
2、鉆進方向面——垂直于地平面且通(tong)過(guo)鉆頭當前軸(zhou)線的平面垂直于XY平面的方程可設為：
AX+BY+D=0 ②
且鉆(zhan)進方(fang)(fang)向面(mian)與鉆(zhan)頭當前(qian)軸線重合，則滿足鉆(zhan)進方(fang)(fang)向面(mian)定義的平面(mian)方(fang)(fang)程是式①和式②的聯立(li)解(jie)(jie)。解(jie)(jie)法(fa)向矢量，得(de)走向面(mian)方(fang)(fang)程為：
-X+Y+Z=0 役(yi)
3、軌跡面(mian)(mian)(mian)(mian)——鉆(zhan)頭軸線(xian)與導向(xiang)鉆(zhan)頭導向(xiang)板面(mian)(mian)(mian)(mian)法線(xian)所構成(cheng)的平面(mian)(mian)(mian)(mian)也就是以鉆(zhan)進方向(xiang)面(mian)(mian)(mian)(mian)為起始，繞鉆(zhan)頭軸線(xian)轉(zhuan)一定角度(du)θ所形成(cheng)的平面(mian)(mian)(mian)(mian)。因該面(mian)(mian)(mian)(mian)通過點（a，b，c），所以可設其方程為：
A1（x—a）+B1（y—b）+C1（z—c）=0 ④
4.鉆頭面向(xiang)角——鉆進方向(xiang)面與軌跡面之(zhi)間夾角θ
由鉆(zhan)進方向面(mian)(mian)方程(cheng)③和軌(gui)跡面(mian)(mian)方程(cheng)④可得這兩(liang)個平面(mian)(mian)的夾角，即(ji)鉆(zhan)頭面(mian)(mian)向角方程(cheng)為：
ｃｏｓθ＝⑤
因軌跡面通過鉆(zhan)頭(tou)軸線，
則有：
Ａ１ｍ＋Ｂ１ｎ＋Ｃ１ｐ＝０⑥
Ａ１ａ＋Ｂ１ｂ＋ｃ１ｃ＝０⑦
因(yin)此，若(ruo)已知鉆頭面向角θ，則(ze)聯(lian)立⑤、⑥、⑦三(san)式可(ke)解得軌(gui)跡面方程中的參(can)數Ａ１、Ｂｌ、Ｃ１。
導(dao)向鉆(zhan)(zhan)進的(de)幾何學實質(zhi)是：在(zai)鉆(zhan)(zhan)頭當前軸(zhou)線所(suo)確定的(de)鉆(zhan)(zhan)進方向面(mian)基礎上，調整鉆(zhan)(zhan)頭面(mian)向角后，得(de)到新的(de)鉆(zhan)(zhan)進軌(gui)(gui)跡面(mian)，在(zai)新軌(gui)(gui)跡面(mian)上鉆(zhan)(zhan)頭以一定的(de)造(zao)斜強(qiang)度(du)給出新的(de)弧形軌(gui)(gui)跡線。用每單位長度(du)鉆(zhan)(zhan)進量后鉆(zhan)(zhan)頭軸(zhou)線在(zai)軌(gui)(gui)跡面(mian)上的(de)角度(du)變化值(zhi)表(biao)示造(zao)斜強(qiang)度(du)。
上述關(guan)系的(de)(de)建立(li)，使我們在(zai)原(yuan)理上能夠計算導向鉆(zhan)進在(zai)任(ren)意鉆(zhan)進量時鉆(zhan)頭在(zai)地(di)下的(de)(de)空間位置、傾斜(xie)角度(du)和(he)前進方向。同時注意到計算的(de)(de)復雜性和(he)工作的(de)(de)龐大，因此可以編制軟件借用計算機工具解(jie)決(jue)運算問題。

二、鉆孔軌跡的控制(zhi)設(she)計(ji)

非開挖工程導向鉆進的(de)軌跡設計一般要(yao)考(kao)慮三方面的(de)要(yao)求。
１、鋪設(she)管線的深度(du)和水平距離；
２、避開的(de)地下管線和石塊等障礙物；
３、鉆進(jin)角(jiao)度或出鉆角(jiao)度的弧度變化控(kong)制。
例如說(shuo)，在橫穿(chuan)馬路(lu)(lu)鉆(zhan)(zhan)進施工(gong)(gong)中常見到這樣的(de)情況：鉆(zhan)(zhan)機置于(yu) 馬路(lu)(lu)邊(bian)緣一定距離外(wai)，鉆(zhan)(zhan)機以一定的(de)鉆(zhan)(zhan)進角(jiao)度(du)開孔，向(xiang)(xiang)下偏導(dao)向(xiang)(xiang)鉆(zhan)(zhan)進，希(xi)望(wang)經(jing)過一定長(chang)度(du)的(de)弧(hu)形軌(gui)跡(ji)，達到鋪管設計深度(du)時鉆(zhan)(zhan)頭(tou)的(de)方向(xiang)(xiang)恰好(hao)調(diao)整到水平(ping)方向(xiang)(xiang)，再保持 水平(ping)方向(xiang)(xiang)旋轉鉆(zhan)(zhan)進，保正鉆(zhan)(zhan)孔準確地從地下原有(you)兩根(gen)管道之間(jian)的(de)間(jian)隙中穿(chuan)越(yue)。如果不進行鉆(zhan)(zhan)孔軌(gui)跡(ji)模擬預測，沒有(you)精(jing)確的(de)控制(zhi)方向(xiang)(xiang)參數，單靠人工(gong)(gong)的(de)施工(gong)(gong)經(jing)驗操作(zuo)就 很(hen)難(nan)保證施工(gong)(gong)成功，甚至造成重大事故。
為(wei)了得到(dao)一套最佳(jia)的(de)(de)控(kong)向(xiang)(xiang)鉆進操作(zuo)(zuo)(zuo)方(fang)案(an)，在(zai)實際(ji)施工前，我們 可(ke)(ke)在(zai)計算機上用導向(xiang)(xiang)軌(gui)跡(ji)(ji)模擬(ni)對全孔導向(xiang)(xiang)鉆進進行模擬(ni)演示。根(gen)(gen)據輸入的(de)(de)鉆進操作(zuo)(zuo)(zuo)參(can)(can)(can)數(shu)和勘(kan)察到(dao)的(de)(de)地質(zhi)勘(kan)探報(bao)告參(can)(can)(can)數(shu)，經過對土質(zhi)的(de)(de)力學分(fen)析，再進行按(an)某一套方(fang)案(an) 模擬(ni)演示后，其(qi)偏(pian)差情況一目了然。如果(guo)覺得這套方(fang)案(an)不理想(xiang)，可(ke)(ke)以分(fen)析修(xiu)改原輸入參(can)(can)(can)數(shu)，再進行模擬(ni)，經過若干次模擬(ni)使鉆進軌(gui)跡(ji)(ji)達到(dao)滿意，最終得到(dao)一套最佳(jia)的(de)(de) 鉆進操作(zuo)(zuo)(zuo)方(fang)案(an)。根(gen)(gen)據模擬(ni)演示確(que)(que)定一套鉆進操作(zuo)(zuo)(zuo)參(can)(can)(can)數(shu)，在(zai)理論上計算出(chu)導向(xiang)(xiang)軌(gui)跡(ji)(ji)曲線(xian)，再根(gen)(gen)據導向(xiang)(xiang)軌(gui)跡(ji)(ji)曲線(xian)確(que)(que)定具體(ti)的(de)(de)操作(zuo)(zuo)(zuo)方(fang)案(an)，這樣循環若干次的(de)(de)反復(fu)互相校正操 作(zuo)(zuo)(zuo)方(fang)案(an)和設計導向(xiang)(xiang)軌(gui)跡(ji)(ji)曲線(xian)。