非開挖水平定向鉆應(yīng)用于高壓電力電纜線路的適用性分析

黃寅茂

（中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州510000）

0 引言

目前非開挖水平定向鉆技術(shù)由于具有對交通干擾小、對原狀地貌及構(gòu)筑物影響少等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于我國城市高壓電力電纜線路建設(shè)中。然而，由于對非開挖水平定向鉆技術(shù)的適用性理解不夠透徹，時常導(dǎo)致其在高壓電力電纜線路設(shè)計及建設(shè)過程中沒有被恰當(dāng)使用，從而給高壓電力電纜線路的建設(shè)過程及后期運維帶來較多困擾。因此，有必要在設(shè)計和施工過程中對其適用性進行認真探討。

1 非開挖水平定向鉆技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

非開挖技術(shù)起源于美國，英語稱之為“TrenchlessTechnology”（即無開挖技術(shù)），是指利用各種巖土鉆掘設(shè)備和技術(shù)手段，在地表不開挖溝槽的條件下，鋪設(shè)、更換或修復(fù)地下管道設(shè)施[1]。水平定向鉆是指采用水平定向鉆機成孔并敷設(shè)管道的方法，簡稱HDD（Horizontal Directional Drilling），其主要施工工藝要點包括鉆導(dǎo)向孔、擴孔、鋪管、構(gòu)筑工井等環(huán)節(jié)。

早在20世紀(jì)80年代，非開挖定向鉆技術(shù)已經(jīng)開始在美國、日本等發(fā)達國家的市政管線施工中廣泛應(yīng)用并形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)[2]；20世紀(jì)末，該技術(shù)得以引入我國，并首先在上海等發(fā)達城市的市政管線施工中使用，經(jīng)過近20年的發(fā)展，其已成為我國市政管線施工中最常用的鋪管施工方式之一。

2 采用非開挖水平定向鉆鋪設(shè)高壓電力電纜的特點

與供水、燃氣、通信等其他市政管線相比，采用非開挖水平定向鉆鋪設(shè)高壓電力管線時具有一些其獨有的特點：

（1）110 kV及以上電壓等級的高壓交流電纜線路往往采用單芯電力電纜，每一回路包含三相電纜，當(dāng)采用非開挖鋪管時至少需配置三根保護管，一般運行部門還要求備用一根保護管，因此具備一回（一孔）多管的特點；

（2）由于需要一回（一孔）多管，使得其單孔孔徑較大，例如常見的110 kV單回電纜采用孔徑達600 mm（4根φ200電纜保護管+1根φ100光纜保護管），當(dāng)應(yīng)用在220 kV電力電纜線路或采用雙回單孔時其單孔孔徑可達900 mm或更大；

（3）高壓電力電纜轉(zhuǎn)彎半徑要求較高（一般為2～3 m），使得選用非開挖水平定向鉆時其兩頭的配套構(gòu)筑物尺寸較大；

（4）由于高壓電力電纜鋪設(shè)施工時阻力較大、牽引拉力受限，單段非開挖水平定向鉆的長度一般為100 m左右。

3 采用非開挖水平定向鉆鋪設(shè)高壓電力電纜的優(yōu)點

由于其“非開挖”的最主要特點，非開挖水平定向鉆技術(shù)應(yīng)用在高壓電力電纜建設(shè)中的優(yōu)點是顯而易見的，主要有如下幾點：

（1）對周邊交通干擾較??；

（2）對周邊原有構(gòu)筑物損壞少；

（3）施工占地少，對周圍經(jīng)營活動影響小；

（4）施工效率高；

（5）路徑協(xié)議獲取難度低；

（6）施工不易受周邊居民阻撓。

正是由于這些優(yōu)點，非開挖水平定向鉆在城市電力電纜線路建設(shè)過程中被廣泛采用。

4 采用非開挖水平定向鉆鋪設(shè)高壓電力電纜的缺點

在其眾多優(yōu)點基礎(chǔ)上，還需清醒地看到采用非開挖水平定向鉆鋪設(shè)高壓電力電纜也存在一些缺點，而這些缺點往往是限制其在高壓電力電纜線路建設(shè)中應(yīng)用的重要因素。

4.1 限制了高壓電力電纜線路的載流量

非開挖水平定向鉆單孔中的電纜保護管排列緊密，敷設(shè)電纜后各相電纜距離較近，同時由于定向鉆路徑上沒有經(jīng)過開挖換土等處理其土壤熱阻率較高，這些條件對鋪設(shè)其中的電力電纜散熱是十分不利的。在工程同等條件下，常規(guī)敷設(shè)方式中（電纜溝、槽盒、直埋排管、非開挖鋪管）采用非開挖定向鉆鋪管敷設(shè)電纜的載流量的計算結(jié)果最低已成為行業(yè)共識，往往是一條高壓電力電纜線路載流量中瓶頸限制部位，其輸送容量同等條件下一般為電纜溝（回填沙）的70%～80%。往往僅局部區(qū)段采用了非開挖鋪管，導(dǎo)致整條線路的最大載流量下降，從而限制了線路的輸送能力；或者當(dāng)必須采用非開挖定向鉆鋪管敷設(shè)方式時，為滿足輸送容量而不得不加大電纜導(dǎo)體截面，從而使整條電纜線路的整體造價大幅增加。

輸送容量是電纜線路的最核心性能，當(dāng)其受限制時對電纜線路的功能發(fā)揮和長期穩(wěn)定運行都是十分不利的。

4.2 易造成路徑沿線地質(zhì)塌陷

如前文所述，高壓電力電纜中所采用的非開挖定向鉆孔徑一般較大，往往在600～1 200 mm，如果鉆孔區(qū)土質(zhì)的穩(wěn)定性較差，施工擴孔過程中護壁所采用的膨潤土泥漿護壁不足以對已擴孔的孔壁起到完整的支護作用，同時由于鉆孔作業(yè)中的振動、撞擊作用，孔壁土體容易失穩(wěn)而塌落，從而造成類似于“采空區(qū)”的塌陷效應(yīng)。嚴重時，擴孔過程中鉆桿或擴孔鉆頭會卡在地下無法拖出而造成廢孔，拖管過程中會卡住，從而造成重大損失。

同時還由于一孔多管的特點，擴孔并拖管完畢后，其擴孔內(nèi)部間隙充滿了膨潤土泥漿，隨著時間推移膨潤土中的水分流失而體積縮小，會造成整個非開挖鋪管鉆孔中出現(xiàn)空隙。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不好時會造成沿線塌孔和地面沉降，有可能引起路面塌陷影響行人及交通，甚至有可能影響到交叉管線的運行安全。并且此類塌陷往往會在工程投產(chǎn)后相當(dāng)一段時間內(nèi)才逐漸顯露，其修復(fù)工作將給電纜線路運行部門造成很大困擾。

4.3 施工過程中存在破壞交叉管線的風(fēng)險

盡管目前水平定向鉆鉆孔路徑可控精確度較高，但仍然沒有達到隨意轉(zhuǎn)向、變換深度的程度，同時部分雨污水等重力流管線由于埋深較深、材質(zhì)為砼或塑料從而導(dǎo)致根本無法精確測量，部分中低壓燃氣管線往往為塑料材質(zhì)而無法測定埋深，在這些路段進行非開挖水平定向鉆施工，其破壞管線的風(fēng)險大大增加。

4.4 不利于電力電纜敷設(shè)安裝作業(yè)及運行維護

由于電纜保護管的排列不規(guī)則和彎曲等原因，在非開挖鋪管中敷設(shè)電纜時其牽引阻力較大。同時由于高壓電力電纜的轉(zhuǎn)彎半徑較大，非開挖鋪管兩端往往需要設(shè)置較大尺寸的工作井，這在電纜敷設(shè)安裝作業(yè)中均是不利因素。

同時由于單段非開挖鋪管長度較長且埋深較深，對運行過程中可能出現(xiàn)電纜破損故障的排查和修復(fù)十分不利。

5 選用非開挖水平定向鉆敷設(shè)方式的參考要點

（1）當(dāng)電纜線路載流量要求較高時，應(yīng)盡量避免選用非開挖水平定向鉆敷設(shè)方式。在電纜線路建設(shè)過程中不應(yīng)當(dāng)在開挖施工受阻時即轉(zhuǎn)而使用非開挖水平定向鉆，從而造成電纜線路整體輸送容量降低，或造成需要增大電纜導(dǎo)體截面而使工程整體造價大幅提高。

（2）當(dāng)局部區(qū)段確實不具備開挖條件而必須選用非開挖水平定向鉆方式時，應(yīng)盡量采取措施改善非開挖鋪管中電纜的散熱條件，縮小與線路中采用其他敷設(shè)方式的載流量差距。例如雙回路線路采用雙孔非開挖水平定向鉆，減少單孔中緊密排布電纜的數(shù)量從而改善電纜散熱條件[3]。再例如可在敷設(shè)電纜后的非開挖鋪管電纜保護管內(nèi)填充低熱阻填充劑，提高電纜通過電纜保護管向周邊土壤散熱的能力。

（3）設(shè)計施工過程中應(yīng)對電纜路徑上的地質(zhì)條件進行詳細的勘測和評估，避免地質(zhì)不穩(wěn)定區(qū)域選用非開挖鋪管方式時發(fā)生塌孔和沉降。

（4）采用非開挖鋪管時應(yīng)考慮增加備用管，以便單相電纜破損停電時能及時替換修復(fù)。

（5）設(shè)計確定采用非開挖水平定向鉆方式時，應(yīng)核算全盤電纜施放過程中牽引電纜的張力，避免單段非開挖鋪管過長或全盤電纜使用非開挖鋪管的比例過高。

（6）電纜線路建成投產(chǎn)后，應(yīng)對采用非開挖水平定向鉆的區(qū)段加強標(biāo)識和保護，例如沿線地下安裝電子信息標(biāo)識器、地面安裝路徑標(biāo)識牌和標(biāo)志樁等。

6 結(jié)語

非開挖水平定向鉆技術(shù)在高壓電力電纜線路敷設(shè)中已被廣泛采用，但其不應(yīng)當(dāng)作為電纜敷設(shè)的優(yōu)選方式，在選用過程中應(yīng)綜合考慮電纜線路載流量的要求，必要時采取提高載流量的措施，并對地質(zhì)條件的適用性進行分析，加強建成后維護管理工作，才能使其在高壓電力電纜線路建設(shè)中發(fā)揮最大效用。