不用挖沟开槽就能让管道从河流底下穿过，水平定向钻的工作原理是什么？
首先我们设想一下这样一个场景，假设你面前有一条宽阔的河流，需要埋设一条排污管道穿过河流到达对岸。如果采用传统的施工方法，在地面上挖沟或者挖隧道，不仅工程量大、耗时长，还会对周围环境造成严重的破坏。特别是在拥挤的城市中，这样的施工方式还会引发交通拥堵，给市民的生活带来诸多不便。
那么，有没有一种既能完成管道铺设，又能避免这些问题的施工方法呢？答案就是水平定向钻。
水平定向钻又叫顶管机，是一种集机械、液压、电气和自动控制等多种技术于一体的现代化施工设备。它的工作原理简单又巧妙，通过在地表以下一定深度处钻一个与管道大小相同的孔，然后将管道拉入孔中，从而实现管道的铺设。
施工人员会选择一个合适的起钻点，这个点通常位于需要铺设管道的起点附近。在起钻点旁会设置一个泥浆池，用来存放钻孔过程中回流出来的泥浆。泥浆在钻孔过程中起着至关重要的作用，它不仅能够冷却钻头和螺杆，还能携带钻削下来的泥土和岩石碎片回到地面。
水平定向钻的主体部分是一台轮式或履带式的机器，它可以根据施工现场的具体情况选择合适的驱动方式。有电线杆就接电，没有只能上发电机。
水平定向钻的机器内部装有液压系统，能够产生强大的拖拽力，用于拉动钻杆和管道。在钻杆的前端安装有一个特制的钻头，这个钻头会根据地质条件的不同而选择不同的类型和材质。
钻杆是水平定向钻的重要组件，它由一节一节的螺杆连接而成，每节螺杆的两端都开有螺纹，方便彼此相互连接。在钻孔过程中，钻杆会一节一节地往地下送，直到达到预定的深度。
你可能已经注意到了，这里有个让人百思不得其解的地方，钻杆是直的，但钻孔的线路却可能是弯曲的。那么，它是如何实现弯曲钻孔的呢？
其实，这个问题的关键在于钻头的形状和导向定位装置。钻头的前端部分并不是完全直的，而是有一点微小的弯曲。当需要转弯时，操作人员会停止钻头的旋转，然后通过调整导向定位装置来改变钻头的方向。
导向定位装置能够实时获取钻头的方位和土壤信息，并通过信号发射出去，地面人员手持接收器跟进接收到的信号，就能对地下情况了如指掌。然后，操作人员根据接收到的信息，通过调整导向定位装置来校正钻头的方向，使其沿着预定的路径前进。
在钻孔过程中，高压水流会不断冲刷泥土和岩石，形成孔道，同时，泥浆在压力下顺着孔隙流回入口，由吸泵将泥浆泵送到上面的沉淀池。在沉淀池中，泥浆经过沉淀和分离后，清水会被重新泵回到螺杆中，形成高压水循环系统。这个系统不仅保证了钻孔过程的顺利进行，还能有效减少对环境的影响。
当钻头按照预定的路径钻出地面后，接下来的工作就是将管道拉入孔中。在此之前要做的是扩孔，因为螺杆太细了，钻出的孔塞不进去管道。
这时，操作人员会将带钻头的螺杆拆下，换上口径与管道差不多大的扩孔器。扩孔器的尾端连接着管道，而螺杆则继续被机器拖拽着往回拉。在拉拽的过程中，扩孔器会不断扩大孔道的直径，使管道能够顺利地通过。
然而，随着管道的增长和重量的增加，单靠机器的拖拽力可能已经无法将其拉入孔中。这时，操作人员会在管道的另一端附加一个液压推进器，这个推进器利用橡胶环形夹住管道，能够产生高达750吨的推力。在推进器和拖拽力的共同作用下，管道最终被顺利地拉入孔中，完成了铺设工作。
发明水平定向钻的鬼才叫马丁·彻林顿，他在20世纪70年代从油田定向钻井那里获得了灵感，将它应用到管道地下穿孔上。这位发明家采用水平定向钻进的施工方法穿越了河流，用它来铺设电缆、光缆、地下各种管道，还可以用于高速公路、铁路等基础设施的建设中。它的出现不仅解决了传统施工方法带来的诸多问题，还大大提高了施工效率和质量。
