科技日报记者 李诏宇 陈汝健 罗云鹏
7月的风拂过大湾之滨，国际航空枢纽——香港国际机场，挺立在碧海青山之间。
这座建成于1998年的机场，人群川流不息，飞机往来不停，国际客运量在全球排名中居于前列。2022年，随着第三跑道投入使用，该机场的运输能力得到了显著提升。
在第三跑道背后，不仅隐藏着一条宛如大动脉般默默工作的输油管道，还承载着一段鲜为人知的钻探故事——
一家民营企业，带着非开挖定向钻全套设备与技术方案，在海底百余米深处精准前进5200米，完成了“世界第一穿”的壮举！
非开挖定向钻好比“微创手术”
时间回到2015年，一张“英雄榜”，让国内外无数个管道穿越公司“炸了锅”。
那时的香港国际机场，正在计划填海建设第三跑道。填海后，原有的输油管道会被泥土覆盖无法使用。全新的海底输油管道项目建设迫在眉睫。
高达10余亿港元的预算，吸引了多家管道穿越领域的公司参与竞标，来自河北的华元科工股份有限公司（以下简称“华元公司”）也是其中之一。
“这是个不折不扣的‘硬骨头’。”盯着项目工程图，华元公司董事长史占华陷入了沉思——管道水平穿越长度5200米，且需要在海底百余米深处穿越200多米长的抛石填海层、淤泥黏土层，以及硬度极高的花岗岩和软硬交替的岩石断裂带。
此外，管道一端在机场内，距跑道不到300米；另一端紧挨着野生鹭鸟等国家保护动物栖居的沙洲岛。安全和环保都是大事。
前所未有的施工难度，让许多竞标方一筹莫展，不少业内人士甚至称之为“世界第一穿”。有的公司提出变通方案——在穿越路线中间，人工填海造岛，然后把两头连接起来。
方案被否。因为填海造岛不仅成本更高，而且对海洋环境扰动较大。
面对挑战，华元公司的技术团队却信心满满：“一定要拿下这个项目！”
日前接受采访时，史占华告诉科技日报记者：“我们的自信，来自公司数十年的积累。”
这要从电缆、管道的铺设讲起。传统的开挖方式，是直接挖开地表或在海底挖掘隧道，再铺设管线。“传统开挖方式就像切开-缝合式手术，创口大、恢复慢。”史占华给记者打了个比方，“非开挖定向钻则好比微创手术，不仅创口小，而且恢复快。”
非开挖定向钻技术，是指在地表极小部分开挖的情况下，通过导向、定向钻进等方式，敷设、更换和修复各种地下管线的施工技术。该技术起源于国外，我国1985年才开始涉足。
“那时的非开挖定向钻工程几乎完全是外商的‘一言堂’。”史占华回忆，“我们连插话的资格都没有，只能站在远处看，还要接受极高的报价和各种不合理要求。”
1996年，作为国内首家自主研发该技术与设备的团队，华元公司试制出国内第一台大吨位非开挖水平定向钻机，并成功应用于工程实践，改变了过去受制于人的局面。
导向孔对穿犹如“两人握手”
香港国际机场项目非同寻常，无论技术和设备要求，都超越了以往的极限。“必须寻找一条新思路！”史占华斩钉截铁地说。
几次闭门讨论后，一个大胆的思路逐渐清晰——采取导向孔对穿的钻进方式。
如果采用常规的单向钻探方法，在单端钻头长距离钻进后，钻机推力会呈指数级减小，因为穿越距离越长，推力越难传递到钻头上。
双向推进则不同。“这就犹如两人握手。”华元公司团队成员荣海龙对记者说，“在一侧正常钻进的同时，另一侧也在钻进。双向奔赴，精准对接，就可以大大增加穿越长度。”
史占华带领团队在10米×10米的规划施工用地中，反复试验，巧妙地设计出直接穿越5200米，且不泄漏泥浆的方案。
这套方案得到了项目方的肯定。“世界第一穿”，花落华元！
思路和方案解决了，施工中的挑战也随之而来。
在数千米钻进过程中，两个钻头精准对接的难度极大。史占华将其比喻为“在100多平方米的房子中，将两根缝衣针对接”。
要保证准确对接，实现精准定位至关重要。经过反复实验，综合利用卫星定位、海面船体定位和钻头地磁传感系统，技术团队成功构建了空、海、陆三位一体的数据采集体系。
基于采集到的数据，技术团队开创性地研发出钻机导向定位系统。该系统可让钻头按预定轨迹钻进，实现海面百余米下的“穿针引线”。
2018年，一个晴朗的午后，海面风平浪静。史占华一行人目不转睛地盯着液晶屏幕上的钻头位置，豆大的汗珠从他们头上流下。
随着一声清脆的“滴”声，欢呼声爆发开来，对接成功！
在“双向握手”思路的推动下，该项目于当年保质保量地完成。
地磁导向系统堪称“电子眼”
有了“双向握手”思路加持，华元公司的施工之路势如破竹。在日前完成的妈湾电厂升级改造项目天然气管道接入工程中，他们又一次大显身手。
深圳的7月，晴空如洗。繁忙的深圳西部码头堤岸和美丽的大铲岛海岸上，在仅有篮球场大小的施工区域，水平定向钻机从陆地斜切入海。钻杆旋转间，泥浆静静流淌，为数不多的工人们默契配合，操作有条不紊。
深圳妈湾电力有限公司燃气管线建设项目主管魏传峰介绍，妈湾项目管道穿越距离较长、地质结构复杂，且施工区域受限，需从大铲岛和妈湾电厂区域同时钻进。
“为此，我们立足‘双向握手’思路，果断采用堪称‘电子眼’的最新自主研发的HYMGS地磁导向系统，使得钻头按预定轨迹钻进，仅用不到120天时间就完成了两钻头在海底‘对接’。”魏传峰说。
该项目管道已于今年4月成功回拖，这是世界上最长的陆海定向钻穿越管道。该工程创造了3项世界纪录——直径600毫米以上大管径定向钻穿越长度世界第一，陆对海定向钻穿越长度世界第一，天然气管道定向钻穿越长度世界第一。
“这3项纪录意味着，我们对‘双向握手’思路的运用及其配套装备的研发，已日臻成熟。”史占华说。
在最近召开的全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上，习近平总书记强调，要充分发挥科技领军企业龙头作用，鼓励中小企业和民营企业科技创新，支持企业牵头或参与国家重大科技项目。
史占华向记者表示：“下一步，我们还将针对超长距离、海上及山体等复杂地质环境，在非开挖定向钻穿越技术和装备的研制、电动钻机产业化及标准化方面进行深入研究，让‘中国钻’大放异彩！”
责任编辑： 陈丹本文链接：http://www.gihot.com/news-2-10223-0.html创新故事丨挑战极限——看华元非开挖定向钻技术如何打通“世界第一穿”
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