在非开挖工程领域,定向钻的精准导向定位是保障施工质量与安全的核心环节。其定位效果直接决定了管线铺设轨迹的准确性,而干扰因素的存在可能导致定位偏差,引发施工事故。本文将从导向定位基本原理出发,系统梳理干扰类型,并针对性提出预防措施,为工程实践提供技术参考。
一、非开挖定向钻导向定位基本原理
非开挖定向钻导向定位主要依赖两种核心技术,分别为无线定位与地磁定位系统,二者通过不同的技术路径实现对导向钻头的精准追踪。
(一)无线定位
无线定位系统由信号发射器与信号接收器两大核心组件构成,其工作逻辑如下:在导向钻头内部预先装入信号发射器,施工过程中,发射器持续向外部发送特定频率的电磁信号;地面操作人员通过手持或固定的信号接收器捕捉该信号,结合信号的强弱、传播方向等参数,实时判断导向钻头的当前位置,进而对钻进轨迹进行动态调整。这种定位方式操作便捷,适用于无复杂电磁干扰的常规施工场景,但信号易受外部环境影响。
(二)地磁定位系统
地磁定位系统的核心优势在于利用地球磁场的稳定性实现定位,其工作原理具有鲜明技术特点:信号发射器内置磁场感应模块,能够实时测量钻头钻进方向与地球磁场磁力线在水平面上投影的夹角。在面积小于 20 平方千米的小范围施工区域内,可认为地球磁场磁力线在水平面上的投影呈直线且方向固定。基于这一前提,以施工入钻点为原点,通过配套的专业计算软件,可精准计算出导向钻头的关键位置参数,包括水平距离、钻进深度,以及相对于预设钻进基准线的左右偏差,为轨迹校正提供精确数据支撑。
二、导向定位干扰分类
根据非开挖定向钻导向定位的技术原理,所有可能影响电磁信号传播、感应或接收的物体,均可能成为干扰源。依据干扰源的工作特性,可将其划分为有源干扰(主动干扰)与无源干扰(被动干扰)两大类。
(一)有源干扰(主动干扰)
有源干扰源的核心特征是自身会主动产生电磁信号,这些信号与导向系统的定位信号在空间中叠加,导致接收器捕捉的定位信号失真,进而影响定位精度。常见的有源干扰源包括:
输电电缆:高压输电过程中会产生稳定的工频电磁信号,对定位信号形成持续干扰;
信号电缆:通信类信号电缆传输的数据信号,可能与定位信号在频率上产生重叠或干扰;
信号发射塔:广播、通信等信号发射塔发出的强功率电磁信号,覆盖范围广,干扰强度大;
变电站:变电站内的变压器、配电柜等设备运行时,会产生复杂的电磁辐射,形成区域性干扰;
发动机:施工所用设备(如发电机、挖掘机)的发动机运转时,点火系统与电机部件会产生脉冲式电磁干扰;
其他主动电磁信号源:如周边工厂的高频设备、无线通信基站等,均可能成为潜在干扰源。
(二)无源干扰(被动干扰)
无源干扰源自身不主动产生电磁信号,但其通过两种方式影响导向定位:一是接触定位信号时感应产生二次电磁信号,与原定位信号相互作用;二是直接吸收或扭曲定位信号,导致信号强度衰减,影响接收器的信号捕捉效果。常见的无源干扰源包括:
各类导电物体:如地下金属管道、钢筋混凝土结构、金属构件等,会感应定位信号并产生干扰;
盐水及高含盐地层:地层中的盐水具有良好导电性,会吸收定位信号能量,导致信号强度大幅下降;
高金属矿物地层:含铁矿、铜矿等金属矿物的地层,会对电磁信号产生反射与散射,扭曲信号传播路径;
其他信号吸收 / 扭曲物体:如石墨层、大型非金属导电材料等,均可能对定位信号造成消极影响。
三、导向定位信号干扰预防措施
为降低干扰对导向定位的影响,需遵循 “预防为主、分类施策” 的原则,从系统选择、施工规划及技术调整三方面制定措施,确保定位精度满足施工要求。
(一)总则:基础预防原则
优先选择抗干扰系统:在预算与施工条件允许的情况下,优先选用抗干扰能力更强的导向系统,其抗干扰性能排序为:地磁导向系统>普通有线导向系统>无线导向系统;
远离已知干扰源:通过前期勘察,明确施工区域及周边干扰源的位置与强度,合理规划钻进轨迹,尽可能避开干扰源密集区域;
提前排查干扰源:施工前组织专业团队对场地进行全面电磁环境勘察,记录干扰源类型、位置及影响范围,据此制定针对性的导向系统选择与施工方案。
(二)分类型干扰预防建议
针对不同类型的干扰源,需结合其特性采取差异化的技术调整措施,具体如下:
1. 有源干扰(主动干扰)预防
输电电缆干扰:一是错开电网用电高峰期施工,减少输电电缆的电磁信号强度;二是更换与输电电缆信号频率不同的定位信号发射器,避免频率重叠;三是选用大功率信号发射器,增强定位信号穿透力;四是改用有线导向系统(含地磁导向系统),摆脱无线信号受干扰的问题。
信号电缆 / 信号发射塔 / 变电站干扰:核心措施为调整定位信号频率(选用与干扰信号频率不同的发射器)、提升信号强度(使用大功率发射器),或直接采用有线导向系统(含地磁导向系统),从根本上规避无线信号干扰。
发动机干扰:一是协调施工设备使用时间,避免多台发动机同时运转产生叠加干扰;二是改用有线导向系统(含地磁导向系统),不受发动机电磁信号影响。
2. 无源干扰(被动干扰)预防
针对无源干扰源的信号感应、吸收与扭曲特性,统一采取以下预防措施:
更换定位信号频率,选择不易被干扰源感应或吸收的频率波段;
使用大功率信号发射器,增强定位信号的抗衰减能力,确保接收器能稳定捕捉信号;
改用有线导向系统(含地磁导向系统),通过物理线路传输定位数据,彻底规避无源干扰对无线信号的影响。
无论是有源干扰还是无源干扰,有线导向系统(尤其是地磁导向系统)均展现出更强的抗干扰优势,在复杂干扰环境下,应优先考虑采用此类系统,保障导向定位的精准性与稳定性。
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