非开挖牵引铺设技术在电力工程中的应用
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摘要：该市地质条件为冲洪积含砾(卵石)粘土。为减少电缆敷设施工对城市道路交通的影响，改善市容、市貌，积极推行非开挖牵引铺设施工技术即顶管施工方法。以某城市电网66 kV和20 kV电缆工程为例，介绍了非开挖牵引铺设施工技术应用于城市电缆线路工程中的实践经验。
关键词：硕管技术；电缆；敷设；施工工艺；电力工程；
设计对于66 kV电缆基本采用挖沟直埋、20 kV电缆线路采用直埋穿C―PVC管的方案。在实际施工时，由于部分城市道路狭窄，没有预留电缆线路通道，另有部分道路路面刚刚铺设完成，加上施工中没有考虑后期其它市政建设管道的需求，当地政府市政管理部门对部分路段限制开挖路面，致使电缆线路施工受阻。在这种特定情况下，经认真研究现场的地质勘察报告，结合国内市政管线施工的一些经验，并与设计单位和施工分包单位共同商量和研究后，决定在无电缆线路敷设通道以及不开挖路面的地段，采用非开挖牵引铺设技术即顶管施工技术方案。
1．工程地质状况
整体看工程区地形坡度较小，其地质构造均为冲洪积含砾(卵石)粘土，可塑状为主，砾(卵石)含量15％ ～30％ ，直径一般为5～20 cm，部分地段含大块石，直径一般为30―40 cm，个别达70 cm，厚度一般为1。5～2。5 m。冲洪积层下全为残坡积层，整体地形平缓，地质条件比较简单，其地下水位较高，各土层含水量丰富。
2 方案拟定
工程大部分地段电缆施工可直接开沟埋设，但某些地区当地政府要求不破坏路面结构，为此考察了现场地质状况和地下水位，以及对待敷电缆规格尺寸、已有地下管道的情况和现场周边环境因素等进行了分析，最后决定采用施工简单国内常用的顶管施工方案。在考察国内同类施工项目的基础上，购置了4台GPS一25T回拖力铺管钻机等设备。
3 施工操作方法及步骤
非开挖牵引铺管施工即顶管施工流程为：现场勘察、导向孔轨迹设计、施工前准备、导向孔施工、反拉扩孔及铺管施工等几个步骤。
3．1 现场勘察
工作内容包括地表测量和地下勘察两部分。地表测量主要对管线工程周围地形、建筑物、设施、道路情况等进行测量；地下勘察包括：区域以内的地下管线及设施的探测和地层地质勘查，该项工作是非开挖牵引管道成败及安全施工的关键。
3．2 导向孔轨迹设计
根据现场勘察结果、检查井位置、土质、管径尺寸等情况，合理确定铺管埋深，进行非开挖牵引管一次牵引的长度设计，并预先做好现场围护。在每个非开挖牵引管施工段，预先进行钻孔曲线设计，设计导向孔要综合考虑工程要求、地层条件、钻杆的最小曲率半径、施工场地的条件、铺设深度及地下埋设物等多方面的因素，最后优化设计出最佳的钻孔曲线，计算出每根钻杆的钻进角度。非开挖牵引铺管的起点、终点、铺管深度由设计计算而定。弧形孔曲率半径则受钻杆直径及工作管直径的限制，一般取曲率半径不小于1 200 D(D为钻杆外径或工作管直径)。由于钻杆在弧形孑L钻进中受到循环交变应力的影响，因此在条件允许的情况下，曲率半径尽量取较大值。曲率半径过小，有可能在工作中发生钻杆断裂。曲率半径的大小还影响着拉管时的阻力大小。曲率半径大，则摩擦阻力小；反之，则拉管时的阻力大。曲率半径大，将使导向孔的长度增加，因此在实际设计中要综合考虑各种因素，确定合理的曲率半径。对于GBS一25型非开挖铺管钻机使用的是060钻杆，其最小曲率半径为60 m，对应的单根钻杆改变的倾角不得大于2．4。单根杆机改变倾角过大，将显著增加钻机回转扭矩和给进与回拖力，并使钻杆承受很大的交变载荷，特别是在给进或回拖速度很慢时会引起钻杆断裂。
导向孔弧形段示意见图1.
导向孔弧形段按以下方法计算。
(1)入孔。
式中α0为钻进时的初始倾角；h1为铺管深度；R为弧形孔段曲率半径。上述3个参数均为施工依据。
式中X3为人口尺寸，根据工程实际情况计算确定；X0、h1为人孔直线段尺寸。
(2)水平距离X1和入口深度h入
(3)出孔尺寸X2和出口深度h出。
3．3 施工准备
施工准备包括人员、钻机钻具和施工现场的准备。
(1)参加施工的人员由司钻员(1人)、导向员(1人)、机械维修员(1人)、上下钻杆操作员(2人)、其它人员(2人)等组成。施工时，明确各自责任，各司其职，相互配合。
(2)对钻机的完好性做一次全面的检查，消除钻机在施工中的隐患。
(3)施工现场准备包括下管槽、接收坑的开挖和机械进场及安装，以及设备安装完毕后试车检查、泵水试验钻具密封检查、导向钻头通水检查等工作。
3．4 施工工艺流程
导向孔及反拉扩孔施工工艺流程见图2。由图2可看出，在非开挖导向钻进铺管施工中，应采用泥浆作为钻进液，这样可减小回转扭矩和回拉铺管时的磨擦阻力以及施工故障概率，从而提高钻机和钻具的使用寿命。配制泥浆主要材料为澎润土。
3．5 反拉扩孔及铺管施工
扩孔的目的主要是减小反扩拉管时的扩孔工作量。对于直径较小的管道可不进行专门的扩孔钻进，可在扩孔的同时将管道拉入；对于直径较大的管道，可进行多级扩孔钻进，钻孔直径逐级增大，扩孔钻进时，同步拉入钻杆，使全孔段始终有钻杆存在。
图2 施工工艺流程
回扩过程中始终保持工作坑内泥浆的液面高度高于钻孔标高。回扩过程中使用好泥浆，扩孔时控制好泥浆各性能参数，不定期进行检测，按照施工要求及时调整泥浆性能指标。根据地层特点，合理控制回扩钻进速度，以利排渣。分次回扩、最后一次回扩合理采用相应挤扩式钻头，如回拖力和回扩扭矩较大，则需多回扩一次，以利孔壁成型和稳定。对于大口径牵引管，为防止洞壁塌方，以便更好成孔，需通过泥浆混配系统加入稀释粉，该粉具有固化洞壁、钻杆、塑管等作用以及防止管材变形等功能。
孔洞形成后，将拉管头与待铺管道连接起来，随着扩孔钻头边回转边回拉，使管道进入孔内。当MPP管不够长时，在牵拉前采用热熔方式接长。
4 施工方法优缺点分析
4．1 优势
(1)采用顶管及牵引保护管的方法施工在电缆线路施工中是一种可行的方案，适宜现场土质为Ⅱ、Ⅲ类土，以及在施工现场确无开挖作业面的情况。
(2)选用适当的设备，工人具有一定的操作技巧，连接管道时把握好熔接温度，减少了施工难度，提高了效率。
(3)该施工方法可减少大量路面开挖及恢复路面的工时和费用，同时大大减少了挖、填工作量，可满足城市环保及文明施工的要求。
(4)受外界干扰相对较少，不需要沿线设置防护措施。
4．2 弊端
(1)MPP管材料价位较高(在国内的采购价为133 m)，增大了投资成本。
(2)若组织措施不得力时，可能会对施工进度造成影响。
(3)管线牵引时，因进管是旋转牵引的，多管同进，管与管之间连接紧密，绞连在一起，形成麻花状，对管材可能会有一些损伤。
(4)由于管线在地下是麻花状，牵引电缆时阻力较大，电缆受力不均，有可能对电缆性能产生一些影响。
(5)不利于后期维护。
4．3 注意事项
(1)在选购非开挖设备时，其性能须满足施工方案的要求；对设备的易损件及配件要准备充分。
(2)现场操作人员需熟练掌握设备操作要领及设备维修保养方法，有处理不同施工情况的技能。
5 结语
近几年来，随着经济发展的加快，基础设施建设投入较大，对城市形象和容貌的要求比较高，如电力建设工程，要求输配电线路都要埋地敷设，基本上排斥了架空线路。但由于城市建设规划还不规范，市政施工中不确定因素很多，因而，在市政管线施工时，采用顶管及牵引的施工方法，将是今后的发展方向，所以应及时总结这方面的经验，不断改善施工工艺，提高施工设备性能和效率，只有这样，才能在电力工程电缆施工中立于不败之地。
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