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電纜保護管定向鑽進施工軌迹設計要點淺析

2020-05-07 09:07:55??? ??? 0

當共溝敷設的電纜少于18根時,一般都采用排管或者電纜溝敷設,而當電纜需要下穿道路、河流、古迹及建築保護區等不具備地面開挖的區域時,多采用非開挖定向鑽進敷設電力電纜保護管。



爲規範電纜保護管的非開挖定向鑽進的施工,國家電網公司發布了與其設計及施工相關的企業標准,但這2本規程的規定主要是針對操作流程,對于軌迹優化設計最主要的參數,仍然以市政管網工程的規定爲主。



國內也已有工程技術人員開展了關于非開挖定向鑽進軌迹優化設計方面的研究:


史某在實際非開挖工程施工中,應用計算機模擬技術指導鑽孔軌迹設計,實現工程最優化施工;


张某采用Visual Basic语言和Auto CAD绘图工具实现了采用空间轨迹实施绘制钻孔轨迹的目的;


但前述研究都集中于對工藝本身軌迹的控制和誤差分析上,對定向鑽進施工引起周邊環境影響的研究偏少,也不涉及電纜保護管的定向軌迹優化。


在電力電纜定向鑽進方面,魏某基于廈門市某110kV電力電纜工程特點,對電力電纜保護管定向鑽進敷設安全距離取值的影響因素進行分析,優化工程定向鑽進敷設方案,指導工程建設。


但該研究主要是針對具體工程案例,不具有通用性。



文章在分析電力電纜保護管與市政管道異同點的基礎上,基于特定工程特性的要求,研究定向鑽機軌迹優化的設計要點,提出了入土角、出土角、交叉穿越間距、工後沈降控制等方面的基本原則與具體參數值,供相關工程設計參考。



1. 电力电缆保护管非开挖施工特点


(1)采用MPP非開挖專用管道。


市政管網非開挖施工時多采用鋼管或PVC或CPVC等材質的塑料管1,而受電纜對保護管道的要求,電力工程則多采用MPP管固。


(2)穿越間距較短。


在保護管敷設完成後,需要在管道內再次敷設電力電纜,受電纜與管道間摩擦力的影響,通常條件下的電纜一次性敷設長度不超過100m,若要進行長距離敷設,則應特殊生産電纜,此時電纜本體投資增加,經濟性差,故相較于其他行業非開挖工程而言,電纜管道非開挖施工的穿越間距多較短。


(3)回拖終孔孔徑較大。


電力電纜保護管的數量受所需要共溝敷設的電纜根數決定,一般情況下,多根保護管都采用一次回拖的方式進行敷設,同時回拖的管道數量多超過4根。圖1爲國家電網公司輸變電工程通用設計中關于12孔電纜保護管回拖布置的方案圖。



图1 典型电缆穿越敷设横断面图


根據現有規程,當采用非開挖定向鑽進敷設管道時,定向鑽進擴孔的終孔尺寸不宜小于所敷設管道外徑的1.2倍,故電纜工程非開挖回拖擴孔的終孔孔徑多爲600mm、800mm、1000mm。


(4)交叉穿越情況複雜。


電纜非開挖施工工程多位于周邊環境要求較高的城市主城區,一般情況下地下管線或地下構築物密布,在鑽進軌迹優化設計時,與現有地下管線及地下構築物之間的安全距離是首要考慮的因素,故電纜定向鑽進施工軌迹優化設計除了考慮本身施工的需求之外,施工對周邊環境的影響也是必須考慮的主要因素之一。


(5)工後沈降要求嚴格。


由于電力電纜工程非開挖穿越的環境條件較爲複雜,多爲對變形敏感的地下管線、高等級的路面結構層和河道駁岸等,在定向鑽進敷設管道完成時應考慮施工變形的影響,當在施工完成後,還應考慮如何合理減小工後沈降,將施工對周邊環境的影響值控制在允許範圍內。



2. 定向钻进相關的规范规定


(1)軌迹設計方法。


對于定向鑽進管線的軌迹設計方法,主要采用的是作圖法或計算法,對可供電力電纜定向鑽進軌迹設計的7個規程規範的設計方法進行歸類比較,詳見表1。



表1 不同规保的轨设计方法对比



目前能夠直接用于指導電力電纜軌迹優化設計的國家電網公司的企業標准並未規定相應的設計方法,故應參考國家標准或其它行業標准。從對比表1中可以看,可以采用的就是作圖法、公式法和計算法,其中公式法和計算法是同一種做法。由于電力電纜軌迹設計到時候,除了考慮軌迹本身的可行性和優化以外,主要還必須考慮鑽進施工與地下管線和地下構築物之間的安全距離要求,爲了更爲直觀地反映這些數據,采用作圖法進行軌迹優化設計是合適的。


(2)主要的軌迹控制參數。


對于定向鑽進,其軌迹控制參數主要包括了曲率半徑、入土角度、出土角度等關鍵參數,而這些參數的取值與管道的材質息息相關,通過對前述7個規程的對比,詳見表2。



表2不同規程的軌迹設計參數對比



注:Dd爲鑽杆外徑;D爲管道外徑。


由對比表2可以看出,不同規程對于不同材質的管道的最小曲率半徑、入土角、出土角都有所不同。


目前電力電纜的保護管多以MPP管(高密度聚丙烯)居多,應選用塑料材質管道的軌迹控制參數;對于曲率半徑,不小于鑽杆外徑的1200倍和廠家規定的管道外徑即可。對于入土角度,幾個規範類似,以經驗值8~20°爲宜。而出土角度的規定差異較大,在軌迹滿足要求的情況下,以遵循國網企業標准爲宜;當無法滿足要求時,可結合管道的力學性質及機械能力後,參考其他的規程規定。


(3)鑽進交又穿越安全距離取值。


對于水平定向鑽進交叉穿越安全距離的取值,目前各行業標准的取值也有不小的差異。


電力電纜定向鑽進距離地表最小覆土厚度可根據國家電網公司的企業標准Q/GDW1797.1-2013《定向鑽進敷設電力電纜管道工程標准》第5.2.8條規定執行,具體數值詳見表3。



表3 最小覆土厚度



對于定向鑽進交叉穿越管線或地下構築物之間的關系應執行該規程第5.2.9條的規定,即:


(1)在建築物基礎側方敷設時,與建築物基礎的側面水平淨距不得小于1.5m,且應在持力層擴散角範圍以外;


(2)在建築物基礎下方敷設時,應經有關部門批准和設計驗算後確定敷設深度;


(3)與既有地下管線平行敷設時,淨距應爲最終回擴直徑的2倍以上,並不得小于0.6m;


(4)從既有地下管線上部交叉敷設時,垂直淨距應大于1.5m;


(5)當從既有地下管線下部交叉敷設時,垂直淨距應符合下列要求:


①粘性土地層應大于最終回擴直徑的1.0倍;


②粉土地層應大于最終回擴直徑的1.5倍;


③砂土地層應大于最終回擴直徑的2.0倍;


④垂直淨距不得小于0.5m;


⑤達不到上述要求時,應采取有效的安全防護措施;


⑥遇可燃性管道和特殊管線應適當加大水平和垂直淨距。



3. 电缆定向钻进轨迹优化设计要点


電力電纜定向鑽進軌迹優化設計的主要環節包括了管道材質選型、穿越路徑方案優化、敷設標准橫斷面設計、縱向軌迹設計等內容,對不同設計要點的設計進行淺析。


(1)保護管選材。


现行可以用于电缆保护用的管道有玻璃纤维增强塑料电缆导管、玻璃纤维导管、CPVC管、PVC-U管、MPP管甚至是镀锌钢管等不同材质的管道。但在非开挖施工时,主要还是采用非开挖施工专用的MPP管,管道的物理力学性能执行电力行业标准DL/T 802.7-2010。


(2)穿越路徑方案優化。


非開挖定向鑽進在電力電纜工程中應用,一般是與排管敷設電纜保護管結合使用,即在普通段沿著道路敷設采用排管,在橫穿道路段采用非開挖定向鑽進施工。穿越路徑方案優化應在確定交叉穿越位置的之後,調查清楚所穿越段的地質條件、地下管線的類型、管線規格、埋深等屬性之後,制定交叉穿越的軌迹方案。


(3)標准橫斷面優化設計要點。


標准橫斷面的優化,主要是要制定同時鑽進或回拖幾孔非開挖終孔,同一個孔洞內同時布至幾根電力電纜保護管等內容。根據現有的施工技術水平,定向鑽進的終孔孔徑一般以不超過1.2m爲宜。


(4)縱向軌迹優化設計要點。


縱向軌迹優化的主要內容包括了入土點、出土點的位置、深度選擇,同時還包括了鑽進軌迹主要是參數的選擇與優化,其中控制性參數見表2。


(5)工後沈降控制。


一般情況下,非開挖擠擴的終孔孔徑會大于所敷設電力電纜保護管的外接圓,故在電力電纜保護管與擠孔的終孔之間會存在護壁泥漿。爲了控制管道敷設完成後的地面沈降,應在管道回拖後注入硬化劑置換護壁泥漿,硬化劑可以選用水泥漿等。



4. 结语


電力電纜保護管的定向鑽進施工軌迹的優化設計,應考慮電力電纜的實際敷設需求,也需考慮管道材質對軌迹的需求。軌迹優化設計宜采用作圖法,同時其軌迹的控制性參數需要結合工程實際條件進行制定。


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