單回高壓電力電纜非開挖定向鉆進(jìn)穿越道路方案優(yōu)化分析

摘 要：采用非開挖水平定向鉆進(jìn)工藝敷設(shè)電力電纜保護(hù)管被廣泛引用于電纜下穿道路、河流等地面不具備開挖的區(qū)段中，但不同于市政管網(wǎng)工程，電纜工程一次性要回拖的管道數(shù)量較多，在具體工程中需要對不同橫斷面布置方案進(jìn)行優(yōu)化分析。論文從福建省某單回220kV高壓電力電纜下穿市政道路的工程背景出發(fā)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會效益等角度對比分析了6管分4孔分別回拖和6管單孔一次回拖的技術(shù)方案，最終推薦了采用一字敷設(shè)、6管分4孔回拖的方案，供相關(guān)工程參考。

關(guān)鍵詞：水平定向鉆進(jìn)；電力電纜；單回路；橫斷面布置；優(yōu)化分析

中圖分類號：TU 443文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作為城市供電網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，高壓電力電纜多需要下穿越城區(qū)內(nèi)已建或在建的道路工程。根據(jù)現(xiàn)有的電力技術(shù)水平，能夠用于電力電纜下穿道路的技術(shù)包括了水平定向鉆進(jìn)敷設(shè)、非開挖頂管敷設(shè)和隔斷道路明挖（蓋挖）敷設(shè)等方案，在大型的電纜隧道工程中，還可采用盾構(gòu)法隧道敷設(shè)，[1]但對于過路段敷設(shè)的僅為單回路高壓電力電纜而言，無論時從經(jīng)濟(jì)性、安全性還是社會效益層面而言，非開挖定向鉆進(jìn)敷設(shè)首選的施工工法。[2]

為了規(guī)范對電力電纜保護(hù)管的非開挖定向鉆進(jìn)工程的設(shè)計(jì)與施工，國家電網(wǎng)公司發(fā)布了與電纜定向鉆進(jìn)設(shè)計(jì)及施工相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，[3-4]但這兩本規(guī)程的規(guī)定主要是針對操作流程，未能考慮具體工程在特定規(guī)模條件下鉆進(jìn)布置方式的優(yōu)化分析。

論文從福建省某220kV高壓電力電纜下穿市政道路工程的背景出發(fā)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會效益等角度對比分析了6管分4孔分別回拖和6管單孔一次回拖的技術(shù)方案，最終推薦了采用一字敷設(shè)、6管分4孔回拖的方案，供相關(guān)工程參考。

1 工程概況

1.1 穿越概況

定向鉆進(jìn)敷設(shè)電力電纜保護(hù)管，平面軌跡需要考慮兩方面的內(nèi)容：（1）工作坑及接收坑的位置及施工場地要求；（2）管線交叉穿越范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物的位置及穿越施工與其之間的安全距離。[5-6]

該工程在道路的南側(cè)，沿著電纜線路方向的場地較為開闊，可作為水平定向鉆進(jìn)的工作坑；北側(cè)雖然臨近已有變電站的圍墻，但是還是具備擺放電纜保護(hù)管的場地，可作為接收坑。

通過對電纜定向鉆進(jìn)軌跡范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物進(jìn)行調(diào)查，在鉆進(jìn)敷設(shè)影響范圍內(nèi)的不存在對變形敏感或較為重要的管線或構(gòu)筑物。該工程在平面線型上采用直線鉆進(jìn)的方案。

根據(jù)工程實(shí)際需求，電力電纜選用DN250的MPP電纜保護(hù)管，3孔敷設(shè)220kV電纜，1孔備用管，合計(jì)4孔，同時還包括2根DN100的通信管道，合計(jì)6孔MPP管。

定向鉆進(jìn)平面上的路徑長約60～80m，鉆進(jìn)施工需下穿1根給水管、1根雨水管、1根生活水管和1根高等級工業(yè)水管，方案設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮定向鉆進(jìn)施工對管道的影響。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及附近工程鉆探資料，場地覆蓋層很厚，一般大于40m，地層分布主要為粉細(xì)砂、中砂、黏土，向下逐漸過渡至花崗巖各風(fēng)化層。

地層條件由上而下的描述相見表1：

殘積砂質(zhì)粘性土：褐紅、灰黃色、灰白色等，原巖結(jié)構(gòu)特征清晰，母巖為花崗巖，成分由長石風(fēng)化的粘土礦物、石英砂礫粒、少量云母片組成。

2 定向鉆進(jìn)軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

水平定向鉆進(jìn)敷設(shè)電纜保護(hù)管的主要目的是為了滿足電纜的敷設(shè)需求，做標(biāo)準(zhǔn)橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，首先要明確電纜保護(hù)管的孔數(shù)、規(guī)格及材質(zhì)。

由于該工程為220kV電纜，根據(jù)載流量的計(jì)算結(jié)果，電纜外徑為 220mm，根據(jù)相關(guān)規(guī)程的要求，[7]應(yīng)選用DN250的MPP電纜保護(hù)管，管的壁厚為 20mm，即每根保護(hù)管道外徑為 290mm。通訊管選材為 DN100的MPP電纜保護(hù)管，管的壁厚為 10mm，即每根保護(hù)管道的外徑為 120mm。

2.1 6管分4孔分別回拖方案

因該工程僅敷設(shè)單回路電纜，對于電纜本體需采用 3根保護(hù)管，加上備用的1根，共4根220kV電纜保護(hù)管，同時還必須敷設(shè)2根專用通信保護(hù)管，所需敷設(shè)的管道合計(jì) 6根管?？紤]到以往工程中存在同時回拖施工使得多根保護(hù)管絞在一起的情況，為了保證電纜相間距，可采用成4個孔，2個孔內(nèi)布置1根DN 250的電纜保護(hù)管，另外2個孔內(nèi)布置1根DN250的電纜保護(hù)管和1根DN100的通訊保護(hù)管，定向鉆進(jìn)回拖擴(kuò)孔終孔的大小分別為400mm和500mm，4個孔分別鉆進(jìn)、分別回拖。

4孔鉆進(jìn)分別回拖的又可以分為4孔一字平行排列和4孔矩形排列兩個方案。圖2為4孔平行一字排開的方案。該方案的技術(shù)參數(shù)如下：

（1）定向鉆進(jìn)施工回拖擴(kuò)孔的終孔直徑分別為400mm、500mm；

（2）不同孔之間的中心距離為1200mm；

（3）覆土深度由鉆進(jìn)軌跡斷面設(shè)計(jì)確定，但不小于2.0m。

對于4孔單獨(dú)回拖，但采用矩形布置的方案，其技術(shù)參數(shù)為：

（1）回拖擴(kuò)孔的終孔直徑分別為400mm、500mm；

（2）不同孔之間的中心距離為1200mm；

（3）覆土深度由鉆進(jìn)軌跡斷面設(shè)計(jì)確定，但頂部2孔的覆土不小于2.0m。

2.2 6管單孔同時回拖方案

四管同時回拖的敷設(shè)管道數(shù)量與四管單獨(dú)回拖的一致，即2根DN100和4根DN250的MPP電纜保護(hù)管。

根據(jù)規(guī)程及國家電網(wǎng)公司電纜通用設(shè)計(jì)的要求，定向鉆進(jìn)回?cái)U(kuò)終孔必須較所有電纜保護(hù)管外徑外接圓的直徑的1.2倍以上，結(jié)合現(xiàn)有定向鉆進(jìn)機(jī)械的能力，回?cái)U(kuò)終孔的直徑可選為 Φ1000mm，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的典型橫斷面見圖4。

雖然理論上的回?cái)U(kuò)終孔孔徑為 1000mm可滿足電纜敷設(shè)要求，但實(shí)際上由于泥漿護(hù)壁或其他因素導(dǎo)致孔壁坍塌等因素，會使得有效孔徑小于 1000mm，故而從電纜保護(hù)管的質(zhì)量保證和風(fēng)險(xiǎn)控制角度而言，在比本工程更差的地層中，可考慮采用比所回拖電纜保護(hù)管外壁更大的終孔孔徑。

2.3 方案比較及推薦

前述兩個技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2，從表2的對比中可以看出：

（1）無論采取何種鉆進(jìn)回拖的形式，其擴(kuò)孔面積、保護(hù)管的工程量、置換泥漿的工程量是一致的。

（2）采用6管同時擴(kuò)孔回拖的方案對地下空間的占用率小，符合城市地下空間規(guī)劃和利用的原則，但存在著回拖管道時不同相電纜保護(hù)管相互纏繞的現(xiàn)象，給檢修和故障后的搶修帶來較大困擾，并可能存在一定的次數(shù)災(zāi)害，故而雖然該方案的施工工期相對較短，但在其他方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益方面不占明顯優(yōu)勢，故不作為推薦方案。

（3）在6管分4孔分別擴(kuò)孔回拖方案比較時，兩個方案的工程量和工期都是一致的，但相比于4孔矩形布置，采用4孔一形布置可避免下方2孔管道施工時對上覆已施工或圍施工的2孔電纜管道的影響，故二者相比而言，一字敷設(shè)的方案更為合理了；同時采用一字敷設(shè)方案，占用地下空間的高度較小，是該工程的推薦方案。

（4）根據(jù)不同布置方式對電纜載流量影響的計(jì)算分析，以2000mm2截面的電纜為基準(zhǔn)，計(jì)算得到的載流量分別為：①6管同時擴(kuò)孔回拖為427MVa、②6管分4孔分別擴(kuò)孔回拖、矩形敷設(shè)為632MVa、③6管分4孔分別擴(kuò)孔回拖、一字敷設(shè)為638MVa，故從對載流量的影響來看，也以一字敷設(shè)最優(yōu)。

根據(jù)對比可知，就兩個方案相比較而言，采用6管分4孔分別回拖，且采用一字敷設(shè)能有效保障管道之間的相對位置，進(jìn)而保證電纜之間的相間距，提高電纜載流量，同時還可以有效解決定向鉆進(jìn)后兩側(cè)工井電纜之間的對應(yīng)問題，避免在事故搶修時無法第一時間確認(rèn)電纜的具體位置而發(fā)生次生災(zāi)害，故而是本工程的推薦方案。

3 結(jié)語

基于具體工程的地質(zhì)條件和下穿越道路所具備的施工條件，在對單回路220kV電力電纜非開挖定向鉆進(jìn)敷設(shè)MPP電纜保護(hù)管的橫斷面布置方案進(jìn)行對比、優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上，提出了適用于特定工程條件的定向鉆進(jìn)技術(shù)方案，即采用6管分4孔分別擴(kuò)孔回拖、一字敷設(shè)的橫斷面布置，該布置方式不僅技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最好，而且對電纜載流量也最為有利，布置方案可作為類似工程的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DL/T 5221-2016 城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：2016.

[2]馬保松.非開挖工程學(xué)[M].人民交通出版社，2008.

[3]國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).Q/GDW 1797.1-2013 定向鉆進(jìn)敷設(shè)電力電纜管道工程標(biāo)準(zhǔn) 第1部分：設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S].北京：2013.

[4]國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).Q/GDW 1797.2-2013 定向鉆進(jìn).敷設(shè)電力電纜管道工程標(biāo)準(zhǔn) 第2部分：施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：2013.

[5]中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn).CECS 382：2014 水平定向鉆法管道穿越工程技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2014.

[6]魏志強(qiáng).定向鉆進(jìn)敷設(shè)電纜保護(hù)管軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].探礦工程（巖土鉆掘與防護(hù)技術(shù)），2016 43（12）：85-89.

[7]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DLT 802.7-2010 電力電纜用導(dǎo)管技術(shù)條件 第7部分：非開挖用改性聚丙烯 塑料電纜導(dǎo)管[S].北京：2011.

作者簡介：羅景生（1974-），男，1996年畢業(yè)于西安理工大學(xué)給水排水工程專業(yè)，高級工程師，長期從事輸電線路及地下管廊的設(shè)計(jì)和研究工作。