| □蘇鴻祺／山慶營造 主任技師 □林道宏／巨祥塑膠 負責人 □傅佩傑／巨祥塑膠 技術顧問 |
因此在世界各國HDD導鑽工法常被使用，尤其美國瓦斯協會（AGA）、電力公司、水公司、電信公司、石油公司使用HDD導鑽工法之頻率相當高，台灣最先引進導鑽工法係中國石油公司埋設油管，目前台灣最常使用尤屬台電公司輸配電工程，另外瓦斯公司、石油公司、台塑、農委會及水資源局、寬頻等單位也使用HDD導鑽工法。 |
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一、前言 HDD導鑽工法（Horizontal Directional Drilling）也有人翻譯成HDD潛鑽工法，它是橫向水平施工法，用來埋設管路的方法中的ㄧ種方法，當管線埋設時遭逢到一座橋梁，ㄧ條溪流或河流、ㄧ個大水塘、ㄧ條高速公路、或者如台中港需穿越海堤及海底或農委會由海岸邊穿入海底取水等工程，需配合HDD導鑽工法。導鑽工法利用鑽機配合穩定液，先行導鑽鑽孔後繼續多次擴孔，再修孔，達到足以容納設計所要求，比埋設管線數量大些空間之孔徑後，再利用鑽機順利又安全地將管線從到達坑之管端拖曳拉回（Drag Pulling back）到推進坑，此ㄧ過程就叫HDD導鑽工法，如此才能發揮出HDD導鑽工法之功能，將管線順利並安全地埋入土中，以供配電纜或供輸油、輸氣、輸水、抽水之效用。(一) 導鑽HDD施工步驟 1. 施工配置 施工前先定位出導鑽路徑，推進坑，到達坑鑽掘角度，其施工配置型式如下：圖1.1 HDD導鑽工法施工配置  G為工作井導坑 F為推進坑 A為到達坑 AF之距離系端看埋設管路之深度而計算出後做調整 AG為導鑽路徑 鑽掘角度：13°~17° 1. HDD導鑽工法可歸納出四大施工步驟 (1) 導鑽（Pilot Hole Directional Drilling）  (2) 擴孔（Reamimg）  (3) 修孔（Barrel Reamimg）  (4) 回拉管（Pulling Back）  資料來源：INSTALLATION OF PIPELINES BY HORIZONTAL DIRECTIONAL DRILLING J.D.Hair & Associates,Inc 2. 施工流程  1. 導鑽引導系統軟體 (1) 美國Prime Horizontal Ltd.公司Para Tracker II系統 (2) 美國 Tensor DDS Tru Tracker系統 (3) T.T.steer系統 (4) Russell系統 (5) Winsteer系統 本工程導引系統採用Prime Horizontal Ltd.公司Para Tracker II 系統之軟體輸入主控室電腦內會顯現導鑽所需電腦螢幕（Surface Monitoring）包括（一）測量總表survey summany（二）無壓力工具操作盤Np local display（三）工具設定值steering tool orientation（四）工具位置tool position（五）其他數據other tool data（六）磁場強度數據magnetic data（七）鑽掘總表shot summary  (1) 鑽頭片：老式的鑽頭前處為三角型、菱形、飯匙形它與鑽桿有1.5角度的傾角肘 A.鑽頭片平面向下推，鑽頭逐漸往上升。 B.鑽頭片平面向左推，鑽頭逐漸向右走。 C.鑽頭片平面向右推，鑽頭逐漸向左走。 D.鑽頭片平面向上推，鑽頭逐漸向下降。 (2) 鑽頭前導組件B.H.A.（Bottom Hole Assembly） 鑽頭前導組件由一支無磁性環鑽桿（Non-Magnetic collar）內裝有高精度高靈敏度的銅棒它稱為測量探測發射儀（survey probe）它具有3D三度空間X、Y、Z軸可掌控左右、上下，它接受地心引力大地磁場的影響，可以探測並測量出鑽頭之傾斜角、大地方向、工具面、磁場強度、DIP，利用鑽頭前導組件內之傾角調整桿（Angular offset）及角度肘（Bent Sub），來調整鑽頭之角度、大地方向、工具面。 A.當鑽頭向上時，採用0°。 B.當鑽頭向右時，採用90°。 C.當鑽頭向下時，採用180°。 D.當鑽頭向左時，採用270°。 1. 導鑽引導系統原理 導鑽在地下鑽孔時，鑽頭就像蛇或波浪一般左右擺晃，上下波動，要掌控它，要知道它真正確實的位置，深度在何方，又如何循軌跡進行，靠的就是引導系統原理，係利用磁性導引系統（Magnetic Guidance System）監控鑽頭在地面下孔洞中活動的正確位置，透過先進的精確測量探測發射儀（survey probe）發出的訊息再利用地球磁場強度（Magnetic B.total）也稱大地磁場及地心引力，配合工區所造的人工磁場交互放電相對應，將地下感應傳遞訊息回來，回到地面上之主控室內所設置的訊號數位接收器接收，藉由兩種磁場訊息並由交換器輸入電腦螢幕（Surface Monitoring）顯示出鑽頭確實大地方向、角度偏移量、傾斜角偏移量等資料，由電腦計算出鑽頭現在位置其深度、水平距離、偏移量RL、曲度、誤差值DL以供主控室導鑽手掌控路徑，來指揮操作手，判定下一支鑽桿是否要調整角度之依據，才能準確地鑽掘出近似設計要求以及規劃出的導鑽路徑圖來完成使命。 螢幕系統接收從鑽孔洞中無磁性鑽桿內測量探測發射儀（survey probe）發射回來的訊息從地表上或grid區，此系統係由地表下線圈（coil）的已知點，引導大地磁場由測量探測儀表明它的位置與大地磁場的關係。  在導鑽HDD工法施工前，依測量放樣出推進坑與到達坑鑽掘路徑之中心線做為基線（Baseline）以此基線為人造磁場的ㄧ個主邊，它不但可供鑽掘時洞中測量之基線，而且Auto CAD路徑圖之基線，可供導鑽各路徑之基準參考，由這個主邊以2.5倍長度圍成四方形、正方形、長方型或梯型或多角形之線圈（Surface Coil）構成人造磁場；其四角所圍成的已知轉角座標（Known Corner Location）若有障礙物時須避開它，則轉彎成多邊形，則有多個已知座標點，人造磁場利用鑽機的接地線感應器，不管使用何種導鑽引導系統的軟體Para Tracker II或Tru Tracker；T.T.steer；Russell，也不管它使用直流電流或交流電流，當放二次電正流一次，逆流一次（換極）利用雙向電流發出訊號，沿地底下洞中鑽頭後的測量探測發射儀產生感應大地磁場，接收到已知座標點磁場強度，主控室電腦中讀出並判定另一點的位置磁場強度及DIP，就可知鑽頭的實際之深度，大地方向，以比對數據偏移量RL，誤差值DL經由電腦精準的計算出其鑽頭真正的確實位置深度、水平距離、曲度、偏移量、傾斜角度與預定規劃的路徑之偏差值，如此即可準確地控制並指揮操作手是否需要調整角度及大地方向或保持原角度及大地方向繼續進行以達到預定的路徑。 (2) 大地磁場 大地磁場以北極射出為基準，以北極為0度，由於台灣很小，DIP值及磁場強度皆相同，台灣都是同一大地磁場DIP=36.25°磁場強度為45,000NT，當地底下洞中鑽頭後之測量探測發射儀，連線連接經由鑽桿中心，再連接至鑽機，最後連接到主控室內訊號數位接收器上。 利用人造磁場配合鑽機接地線感應器發射出安培數，從已知座標點估計回流磁場強度的安培數訊息，來判定深度、傾斜角、偏斜值RL、誤差值DL。 2. 穩定液原理 (1) 穩定液遇水解時會形成單層片狀的表面積而膨脹的泥漿，比重在1.05~1.15並大於水比重1.0，隨著水或土壤空隙滲入土壤內，孔壁形成一層薄的保護膜，阻隔地下水滲入穩定土壤，保護孔壁於鑽掘時擴孔時及回拉HDPE時保持其穩定不坍塌，來完成本工程。 (2) 水刀原理：鑽頭及擴孔器上有二~三組噴嘴（jet nozzle）利用穩定液噴射的水壓力（hydraulic）像水刀一樣切削破壞土壤結構使之形成孔洞。 (3) 穩定液又具有潤滑性，控制孔壁鑽屑使之保持懸浮，快速發展強有力的膠結結構，使HDPE回拉時增加潤滑度，減少阻力，並將鑽屑隨著穩定液排出孔外。 (4) 土壤力學原理：回拉力計算係依據土壤力學原理對摩擦力之關係所演釋出來，其考量因素有三，1.管材對土壤所產生拖曳應力，2.管材對皂土所產生拖曳應力，3.管材自重所產生之側壓力。 (三) 施工前準備 1. 會勘及試挖 施工前先發函通知並邀集各個管線單位辦理會勘，於現場實際勘查，各管線之位置及深度取得其圖說，作成記錄，必要時須試挖以確定管位及數量作成果表。 2. 現地調查 (1) 地質鑽探 於現場橋樑附近實施地質鑽探，比對設計單位所提供之鑽探報告是否與現場符合，判斷對鑽掘路徑是否會影響。 (2) 橋樑基礎探測 使用超音波檢測橋樑基礎的深度、寬度以供鑽掘時參考。 (3) 地上物：建物、土堤、高速公路、海堤、擋水牆、擋土牆等。 (4) 地下物：橋樑、高架、油管、水管、電力管、瓦斯管、人孔、涵洞、直井、光纖電信纜線。 (5) 交通狀況及環境，勘查交通流量，工作環境，影響交通及改道狀況。 (6) 水文資料、汛洪期、潮汐期 3. 路證申請及地權許可申請 (1) 路證 向路權管轄機關—公路局，或當地政府機關提送路證申請，須準備施工計畫書及交通維持計畫，核准後始得施工。 (2) 河川地地權許可 向水利署申請經過溪流、河川之河圳地地權穿越許可。 4. 導鑽路徑規劃 (1) 依設計之需求、特性、圖說中所要求之路徑、長度、深度、角度規劃出HDD導鑽工法之預定路徑。 (2) 依設計之水平距離、深度及入鑽角度、鑽出角度、鑽掘曲度、橋梁長度等因素，將導鑽預定路徑依現場狀況重新規劃，依鑽入角度配合入鑽直線段FE（下降直線段）、曲線段ED（下降曲線段），穿越橋梁或溪底、河底、塘底、海底為水平穿越段DC，然後上昇曲線段CB，再轉換成上昇直線段BA穿出地面：如圖ㄧ所示  (1) 導線測量 從推進坑到到達坑之中心線（基線：Baseline）導線測量使用經緯儀或全方位測站儀，定位出導鑽路徑之起迄點，以做為鑽掘時導鑽系統之依據，隨時監測鑽掘之路徑，為人造磁場的ㄧ個邊為基線，可防止鑽掘時的蛇行、偏離之功能。 (2) 高程測量 由於施工導鑽HDD工法係地下工法，會產生沉陷或坍陷等現象，施工前、施工中、施工後須每天全面監測鑽掘所經過之路徑之地面高程及橋樑面高程，以瞭解是否造成沉陷量，防止坍方現象。 (3) 導鑽系統洞中測量 洞中測量，鑽掘時利用磁性導引系統監控地下鑽掘路徑之情形，由前導組件B.H.A.內裝置高感度且高精密的測量探測發射儀（Survey Probe）傳輸訊息到地面主控室，利用大地磁場及人造磁場輔助定位比對感應鑽頭之大地方向，磁場強度DIP再經由電腦核算出路徑每支鑽桿的位置圖、傾角、深度、水平距離、大地方向。再利用Auto CAD將實際的位置繪入實際路徑圖中。 6. 工區規劃配置 (1) 放樣 A.推進坑、到達坑放樣定位 B.推進坑附近空間及圍籬 (A) 推進坑尺寸 (B) 鑽機所佔空間及回拉退後距離所需長度及空間 (C) 皂土堆置區、儲水槽、泥水泵浦、發電機、拌合機所需空間 (D) 鑽桿所佔空間 (E) 吊車所佔空間  (A) 到達坑尺寸 (B) 管材堆置管區 (C) 接管區 (D) 皂土回收機及儲水槽、發電機所需空間 (E) 吊車所佔空間  《未完待續》 |
