電纜大跨越拖拉管施工淺析

深圳新能電力開發(fā)設(shè)計(jì)院有限公司 彭 飛

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生產(chǎn)、生活用電需求增加對(duì)城市電網(wǎng)建設(shè)提出更高的需求。一線城市中更加離不開安全穩(wěn)定、供電質(zhì)量高的電力系統(tǒng)作為支撐。然而城市規(guī)劃要早于電力規(guī)劃，滯后的供電網(wǎng)絡(luò)也成了城市現(xiàn)代化進(jìn)程的制約。所以做好城市中電力規(guī)劃勢(shì)在必行，隨著然而在電力規(guī)劃落地實(shí)施進(jìn)程中，往往受制于城市已經(jīng)建成的公共設(shè)施，比如與高速公路、鐵路、城市軌道交通、河道等發(fā)生交叉跨越，在設(shè)計(jì)中一方面要保證電力通道的貫通，又要避免對(duì)上述公共設(shè)施產(chǎn)生太大影響，設(shè)計(jì)方案要兼顧經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)施性。電力通道建設(shè)普遍有兩種施工方式：明挖開槽埋管、砌筑電纜溝和非開挖拖拉管施工。

本文通過對(duì)某電力通道建設(shè)工程施工過程中，利用拖拉管施工工藝成功長(zhǎng)距離跨越既有河道進(jìn)行分析，從其設(shè)計(jì)方案到建設(shè)投產(chǎn)為例，為以后類似項(xiàng)目提供解決思路。

1 項(xiàng)目背景及大跨度、大高差的拖拉管優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)深圳市城市規(guī)劃，在同觀路南側(cè)片區(qū)規(guī)劃了科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園。目前，該區(qū)域僅由5回20kV線路供電，隨著科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園設(shè)立，將有更多高新企業(yè)入駐，用電負(fù)荷將大量增加。產(chǎn)業(yè)園北側(cè)有一座220kV塘尾變電站，擬從該變電站新敷設(shè)15～20回20kV電纜線路，用于滿足產(chǎn)業(yè)園負(fù)荷增長(zhǎng)需求；同時(shí)與該區(qū)域既有線路進(jìn)行組網(wǎng)，將會(huì)為產(chǎn)業(yè)園客戶提供更安全、更可靠的用電環(huán)境。

塘尾變電站到產(chǎn)業(yè)園路徑需要橫跨茅洲河，現(xiàn)狀跨河道位置是同觀橋，橋梁既有電纜通道已經(jīng)滿容，已無法敷設(shè)新電纜。同時(shí)，橋梁上的人行道也不具備擴(kuò)建電纜通道的條件。所以如何將電力從變電站輸送至產(chǎn)業(yè)園是個(gè)亟待解決的問題。茅洲河水系是深圳的主干河道，同觀橋處河床與橋面高差8m，河道藍(lán)線寬195m，沿河兩側(cè)均布置有截流箱涵，右岸也設(shè)置了河道檢修通道，用于箱涵的日常維護(hù)。

為解決電力通道貫通問題，同時(shí)不會(huì)對(duì)現(xiàn)狀橋梁及河道產(chǎn)生影響，本項(xiàng)目確認(rèn)新建電力通道采用拖拉管施工工藝，從河道底部跨越河道。受限于河道的寬度、深度，該位置擬采用拖拉管施工工法，施工跨度至少需要250m，深度約20m左右，對(duì)于這種大跨度、大高差的拖拉管施工，從設(shè)計(jì)方案編制到施工可實(shí)施性都是巨大的考驗(yàn)，但是拖拉管施工工藝仍然是最優(yōu)的選擇。

大跨度、大高差的拖拉管優(yōu)點(diǎn)：拖拉管施工與明挖施工方式相比：在橫穿鐵路、公路施工時(shí)，可不阻斷交通；橫穿河流施工時(shí)，可保證河流通暢、不阻斷通航，有利于排洪。同時(shí)，施工作業(yè)面小，施工時(shí)的地下作業(yè)工作量少，施工進(jìn)度快，不但縮短了施工工期，還避免了開挖施工給居民生活、交通帶來的干擾以及對(duì)建筑基礎(chǔ)的破壞。相對(duì)而言，施工性價(jià)比更高，所以該施工方式已經(jīng)廣泛應(yīng)用到項(xiàng)目建設(shè)中[1]。

大跨度、大高差的拖拉管缺點(diǎn)：城市內(nèi)部地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，分布著電力、通訊、信號(hào)、燃?xì)?、給排水等諸多專業(yè)地下管線，在前期勘查階段，很難勘查清楚，所以在拖拉管施工時(shí)，容易“誤傷”各專業(yè)的地下管線；由于在拖拉管施工前，較少對(duì)地質(zhì)進(jìn)行勘探，去確認(rèn)某處地質(zhì)是否適合進(jìn)行拖拉管施工。所以在施工時(shí)，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致地面形變，影響地面設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全。

2 拖拉管前期準(zhǔn)備及方案相關(guān)

本項(xiàng)目收集了河道、橋梁和箱涵的相關(guān)參數(shù)，并對(duì)施工范圍內(nèi)的地下管線進(jìn)行了勘測(cè)，對(duì)周邊地質(zhì)情況進(jìn)行了鉆孔取樣。茅洲河左岸有一根DN600截污管，右岸有一根DN800截污管；沿河段右岸有一根DN800截污管，截污管在巡河道內(nèi)側(cè)。新建電力管道與上述管線高差約為7～9m，不會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，并且工程開工前會(huì)對(duì)現(xiàn)狀管線進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證現(xiàn)狀管線的安全。

施工區(qū)域土質(zhì)路徑自上而下基本構(gòu)成為：場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下分別為第四系人工填土層（Q4s）、第四系沖洪積層（Q4 al+pl）、海陸交互層（Q4 al+ml）和殘積層（Q4 el+dl）；基巖為三疊系上統(tǒng)小坪組砂巖（Tx）和奧陶系南香山單元花崗巖（O1N）的風(fēng)化巖。結(jié)合地質(zhì)情況，為保證河道及管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本次拖拉管施工的管頂標(biāo)高采用距離河床高差為9～10m。

2.1 設(shè)計(jì)方案概述

下穿河道的管道的施工方式為拖拉管定向鉆施工，與河道交角為70.25°。拖拉管施工工藝先用擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔，然后將24孔電力管道從孔洞中牽引至對(duì)側(cè)。牽引過程中要同步在管道入口處采用特制的鉆進(jìn)液灌注，以保證管道拖拉期間順滑及保證管道之間的縫隙填充。電力管道管頂與河道底部高差約10m。在河道管理范圍線外，采用放坡開挖方式設(shè)置工作井，工作井尺寸為3m×2.5m，深度為2.5m。工作井前期作為拖拉管施工的入鉆口和出鉆口，后期改造成電力工井，作為電纜檢修井使用。

下穿河道的斷面由兩個(gè)圓形截面（由拖拉管擴(kuò)充的直徑為0.98m的截面）組成，每個(gè)圓形截面內(nèi)包含12孔φ200PE管。新建電力通道總共孔數(shù)為24孔，單孔管道尺寸為φ200PE管。

2.2 方案對(duì)河道影響分析

壅水與行洪能力分析：本次建設(shè)內(nèi)容不涉及河道行洪斷面，沒有在河道行洪斷面中布置建筑物，因此本工程建設(shè)沒有改變河道過流面積、水流流態(tài)，不會(huì)引起新增壅水影響，也不影響河道行洪能力。

沖刷淤積計(jì)算與河勢(shì)影響分析：河床的沖刷與淤積變化取決于水流含沙量、水流挾沙力和泥沙的起動(dòng)流速。在水流挾沙力小于河道含沙量的條件下，水流挾沙力增大將引起河道減小淤積，水流挾沙力減小將引起河道淤積加強(qiáng)。根據(jù)相關(guān)沖刷深度計(jì)算成果可知，本工程所涉河段最大沖刷深度為1.56m，本工程為下穿河道，距離河底間距最小有9m，因此本工程建設(shè)不會(huì)對(duì)河道堤防造成沖刷破壞，河道沖刷也不會(huì)對(duì)本工程造成影響。

堤防及岸坡滲流穩(wěn)定分析：本次工程電纜定向鉆施工管道埋深較大，但施工過程中難免會(huì)對(duì)河道堤防工程基礎(chǔ)土層產(chǎn)生擾動(dòng)，影響原土層的密實(shí)度，甚至可能會(huì)沿管道周邊形成一條滲流通道，影響堤防穩(wěn)定。因此，對(duì)堤防及岸坡滲流穩(wěn)定采用有限元法進(jìn)行分析計(jì)算。本次計(jì)算現(xiàn)狀河道最大滲透比降為0.3，位于素填土層，允許滲透比降為0.45，滿足規(guī)范要求；計(jì)算最不利工況下最大滲透比降為0.35，滿足規(guī)范要求。

施工工作井在河道藍(lán)線外側(cè)，采用人工放坡開挖方式，跨河通道采用拖拉管定向鉆方式施工。車輛及重型機(jī)械均在市政道路行走，不侵入河道區(qū)域，同時(shí)禁止在開挖溝槽附近及上方堆土和施工材料。工作井開挖深度約1m，對(duì)地表土體擾動(dòng)較小，施工區(qū)域與河道堤岸線最小凈離約8m，在河道巡河道外側(cè)，距離河道岸坡較遠(yuǎn)，施工期不會(huì)對(duì)河道岸坡產(chǎn)生不利影響。開挖前，摸清電纜敷設(shè)走向，根據(jù)工作井布設(shè)位置，將施工區(qū)域內(nèi)的地上、地下障礙物清除和處理完畢。場(chǎng)地表面要清理平整，做好排水坡度，在施工區(qū)域內(nèi)，要挖臨時(shí)性排水溝。拖拉管施工并不會(huì)產(chǎn)生大量土方，采用探測(cè)儀導(dǎo)向，控制鉆桿鉆頭方向，達(dá)到設(shè)計(jì)軸線的要求，經(jīng)多次擴(kuò)張，拖拉管道回拉就位，完成管道敷設(shè)[2]。

電力管道施工結(jié)束后，工作井作為電纜檢修井供日后使用，工作井距離河道巡河道最小距離有4.5m，不會(huì)影響河道的日常巡查，也不會(huì)對(duì)河道岸坡產(chǎn)生不利影響。

3 施工組織

3.1 施工方案

河道管理范圍線內(nèi)的電力通道施工方式均采用拖拉管定向鉆施工工藝。定向鉆施工是在不開挖土壤的條件下，采用探測(cè)儀導(dǎo)向，控制鉆桿鉆頭方向，達(dá)到設(shè)計(jì)軸線的要求，經(jīng)多次擴(kuò)張，拖拉管道回拉就位，完成管道敷設(shè)。

3.2 導(dǎo)向孔施工

導(dǎo)向孔施工應(yīng)按事先設(shè)計(jì)好的鉆孔軌跡進(jìn)行導(dǎo)向施工，并做好導(dǎo)向孔施工的記錄。導(dǎo)向孔施工時(shí)，通過地面上的手持式導(dǎo)向儀，隨時(shí)測(cè)量出孔底鉆頭深度和角度等參數(shù)，掌握孔內(nèi)情況，隨時(shí)進(jìn)行控制和調(diào)整。每鉆完一根鉆桿要測(cè)量一次鉆頭的實(shí)際位置，以保證導(dǎo)向孔符合設(shè)計(jì)要求[3]。

圖1 施工工藝流程

管材焊接：熱熔對(duì)接是將待連接的管材（件）兩端面刨平，用加熱板加熱，使塑管端面熔化，在一定的壓力作用下，使熔化端面接觸，熔融體互融，從而完成管道連接；一般情況下，對(duì)接熔的整個(gè)過程分為五個(gè)階段：預(yù)熱階段（即卷邊階段）、吸熱階段、轉(zhuǎn)換階段（即加熱板抽出階段）、熔接階段、冷卻階段。本項(xiàng)目采用的是高密度聚乙烯管（HDPE），該管道的加熱熔接溫度為220℃，各階段所用時(shí)間T和壓力P取決于所使用的管材標(biāo)準(zhǔn)，施工中，主要采用SHD-250塑料管道熱熔對(duì)接機(jī)。

擴(kuò)孔、清孔施工：在導(dǎo)向孔施工完成后，進(jìn)行擴(kuò)孔施工。擴(kuò)孔的直徑一般為所要敷設(shè)管道的外包絡(luò)直徑的1.2～1.5倍。當(dāng)擴(kuò)孔的直徑較大時(shí)，需要用不同直徑的擴(kuò)孔鉆頭從小到大逐級(jí)將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至設(shè)計(jì)終孔直徑。擴(kuò)孔時(shí)，不停地在擴(kuò)孔鉆頭后方接上鉆桿，使整個(gè)鉆孔內(nèi)始終都有鉆桿。當(dāng)某一級(jí)擴(kuò)孔鉆頭回?cái)U(kuò)到入鉆溝后，將擴(kuò)孔鉆頭拆卸后，在出鉆溝一端再接上下一級(jí)擴(kuò)孔鉆頭，進(jìn)行回?cái)U(kuò)，依此反復(fù)直到設(shè)計(jì)孔徑；在擴(kuò)孔的同時(shí)要不斷向孔內(nèi)注入化學(xué)泥漿，以便排出擴(kuò)孔時(shí)所切削下來的泥土、鉆屑、防止孔壁坍塌以及減小回拖阻力。

回拉放管：將鉆桿、擴(kuò)孔鉆頭和被安裝管線依次連接好，回拖入孔內(nèi)。由于孔內(nèi)充滿泥漿，所以管線是處于懸浮狀態(tài)的，管與孔壁之間由于泥漿潤(rùn)滑作用，減少了回拖阻力，當(dāng)管道全部被拖入孔內(nèi)后，拖管完成。施工時(shí)，通過鉆桿向孔底不停地泵入化學(xué)泥漿[4]。

3.3 施工監(jiān)測(cè)

施工期間監(jiān)測(cè)。以現(xiàn)場(chǎng)地下水位變化、茅洲河的位移及沉降、同觀路橋及茅洲河沿河箱涵沉降，觀測(cè)為主，同時(shí)加強(qiáng)人工巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)茅洲河的變形情況，以及是否有裂縫等變形跡象出現(xiàn)等，如果有異常情況發(fā)生，應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)單位，并做好安全防范措施。在施工范圍內(nèi)與茅洲河平行段每隔20m左右布置一組沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，交叉段每隔10m左右布置一組沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在同觀路橋兩端各布置一組沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在拖拉管與箱涵交叉段，拖拉管南北兩側(cè)10m各布置一組沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，施工期間需要每天監(jiān)測(cè)一次，在遇到暴雨等異常情況時(shí)，應(yīng)立即開展觀測(cè)，并增加監(jiān)測(cè)頻率。

工程竣工后監(jiān)測(cè)。項(xiàng)目完成后，需要對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，前半年每1個(gè)月觀測(cè)1次，以后每2個(gè)月觀測(cè)1次，遇到暴雨或其他異常情況時(shí)，立即進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并加密監(jiān)測(cè)頻率。監(jiān)測(cè)時(shí)間從施工完成后計(jì)，共一年[5]。

預(yù)警值。坡位移允許值為坡高的0.3%，預(yù)警值為允許值的70%或連續(xù)3天變形速率大于3mm/d；坡頂建筑物水平位移和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)控制值為30mm，報(bào)警值為控制值的70%，即21mm。

3.4 應(yīng)急預(yù)案

為盡量減少本項(xiàng)目建設(shè)期間對(duì)河道及周邊管道的影響，提出如下防治與補(bǔ)救措施：涉水段工程開挖清基盡量避開雨天施工；施工人員的臨時(shí)生活設(shè)施不應(yīng)建在河道藍(lán)線范圍內(nèi)，高度重視施工期生產(chǎn)和臨時(shí)生活設(shè)施產(chǎn)生污染物的處理；施工區(qū)要設(shè)置施工圍欄，嚴(yán)禁非施工作業(yè)人員進(jìn)入施工場(chǎng)地；交叉段施工應(yīng)充分考慮相關(guān)管道安全，避免重型施工機(jī)械在上方運(yùn)行，并做好對(duì)閥井的保護(hù)；與河道管理部門加強(qiáng)溝通，接受監(jiān)督管理，避免發(fā)生重大事故；應(yīng)編制在施工期、運(yùn)行期對(duì)河流及管道的監(jiān)測(cè)方案和發(fā)生管道極端破壞情況下的應(yīng)急預(yù)案。

綜上所述，本項(xiàng)目提出方案具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性、施工周期短等優(yōu)勢(shì)，對(duì)配網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)提出一套新的思路和方案。同時(shí)本研究成果具有典型性和適用性，并能在工程實(shí)施上推廣，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。