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电缆保护管定向钻进施工轨迹设计要点浅析

2020-05-07 09:07:55        0

当共沟敷设的电缆少于18根时,一般都采用排管或者电缆沟敷设,而当电缆需要下穿道路、河流、古迹及建筑保护区等不具备地面开挖的区域时,多采用非开挖定向钻进敷设电力电缆保护管。



为规范电缆保护管的非开挖定向钻进的施工,国家电网公司发布了与其设计及施工相关的企业标准,但这2本规程的规定主要是针对操作流程,对于轨迹优化设计最主要的参数,仍然以市政管网工程的规定为主。



国内也已有工程技术人员开展了关于非开挖定向钻进轨迹优化设计方面的研究:


史某在实际非开挖工程施工中,应用计算机模拟技术指导钻孔轨迹设计,实现工程最优化施工;


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对工艺本身轨迹的控制和误差分析上,对定向钻进施工引起周边环境影响的研究偏少,也不涉及电缆保护管的定向轨迹优化。


在电力电缆定向钻进方面,魏某基于厦门市某110kV电力电缆工程特点,对电力电缆保护管定向钻进敷设安全距离取值的影响因素进行分析,优化工程定向钻进敷设方案,指导工程建设。


但该研究主要是针对具体工程案例,不具有通用性。



文章在分析电力电缆保护管与市政管道异同点的基础上,基于特定工程特性的要求,研究定向钻机轨迹优化的设计要点,提出了入土角、出土角、交叉穿越间距、工后沉降控制等方面的基本原则与具体参数值,供相关工程设计参考。



1。 电力电缆保护管非开挖施工特点


(1)采用MPP非开挖专用管道。


市政管网非开挖施工时多采用钢管或PVC或CPVC等材质的塑料管1,而受电缆对保护管道的要求,电力工程则多采用MPP管固。


(2)穿越间距较短。


在保护管敷设完成后,需要在管道内再次敷设电力电缆,受电缆与管道间摩擦力的影响,通常条件下的电缆一次性敷设长度不超过100m,若要进行长距离敷设,则应特殊生产电缆,此时电缆本体投资增加,经济性差,故相较于其他行业非开挖工程而言,电缆管道非开挖施工的穿越间距多较短。


(3)回拖终孔孔径较大。


电力电缆保护管的数量受所需要共沟敷设的电缆根数决定,一般情况下,多根保护管都采用一次回拖的方式进行敷设,同时回拖的管道数量多超过4根。图1为国家电网公司输变电工程通用设计中关于12孔电缆保护管回拖布置的方案图。



图1 典型电缆穿越敷设横断面图


根据现有规程,当采用非开挖定向钻进敷设管道时,定向钻进扩孔的终孔尺寸不宜小于所敷设管道外径的1。2倍,故电缆工程非开挖回拖扩孔的终孔孔径多为600mm、800mm、1000mm。


(4)交叉穿越情况复杂。


电缆非开挖施工工程多位于周边环境要求较高的城市主城区,一般情况下地下管线或地下构筑物密布,在钻进轨迹优化设计时,与现有地下管线及地下构筑物之间的安全距离是首要考虑的因素,故电缆定向钻进施工轨迹优化设计除了考虑本身施工的需求之外,施工对周边环境的影响也是必须考虑的主要因素之一。


(5)工后沉降要求严格。


由于电力电缆工程非开挖穿越的环境条件较为复杂,多为对变形敏感的地下管线、高等级的路面结构层和河道驳岸等,在定向钻进敷设管道完成时应考虑施工变形的影响,当在施工完成后,还应考虑如何合理减小工后沉降,将施工对周边环境的影响值控制在允许范围内。



2. 定向钻进相关的规范规定


(1)轨迹设计方法。


对于定向钻进管线的轨迹设计方法,主要采用的是作图法或计算法,对可供电力电缆定向钻进轨迹设计的7个规程规范的设计方法进行归类比较,详见表1。



表1 不同规保的轨设计方法对比



目前能够直接用于指导电力电缆轨迹优化设计的国家电网公司的企业标准并未规定相应的设计方法,故应参考国家标准或其它行业标准。从对比表1中可以看,可以采用的就是作图法、公式法和计算法,其中公式法和计算法是同一种做法。由于电力电缆轨迹设计到时候,除了考虑轨迹本身的可行性和优化以外,主要还必须考虑钻进施工与地下管线和地下构筑物之间的安全距离要求,为了更为直观地反映这些数据,采用作图法进行轨迹优化设计是合适的。


(2)主要的轨迹控制参数。


对于定向钻进,其轨迹控制参数主要包括了曲率半径、入土角度、出土角度等关键参数,而这些参数的取值与管道的材质息息相关,通过对前述7个规程的对比,详见表2。



表2不同规程的轨迹设计参数对比



注:Dd为钻杆外径;D为管道外径。


由对比表2可以看出,不同规程对于不同材质的管道的最小曲率半径、入土角、出土角都有所不同。


目前电力电缆的保护管多以MPP管(高密度聚丙烯)居多,应选用塑料材质管道的轨迹控制参数;对于曲率半径,不小于钻杆外径的1200倍和厂家规定的管道外径即可。对于入土角度,几个规范类似,以经验值8~20°为宜。而出土角度的规定差异较大,在轨迹满足要求的情况下,以遵循国网企业标准为宜;当无法满足要求时,可结合管道的力学性质及机械能力后,参考其他的规程规定。


(3)钻进交又穿越安全距离取值。


对于水平定向钻进交叉穿越安全距离的取值,目前各行业标准的取值也有不小的差异。


电力电缆定向钻进距离地表最小覆土厚度可根据国家电网公司的企业标准Q/GDW1797.1-2013《定向钻进敷设电力电缆管道工程标准》第5.2.8条规定执行,具体数值详见表3。



表3 最小覆土厚度



对于定向钻进交叉穿越管线或地下构筑物之间的关系应执行该规程第5.2.9条的规定,即:


(1)在建筑物基础侧方敷设时,与建筑物基础的侧面水平净距不得小于1.5m,且应在持力层扩散角范围以外;


(2)在建筑物基础下方敷设时,应经有关部门批准和设计验算后确定敷设深度;


(3)与既有地下管线平行敷设时,净距应为最终回扩直径的2倍以上,并不得小于0。6m;


(4)从既有地下管线上部交叉敷设时,垂直净距应大于1。5m;


(5)当从既有地下管线下部交叉敷设时,垂直净距应符合下列要求:


①粘性土地层应大于最终回扩直径的1.0倍;


②粉土地层应大于最终回扩直径的1.5倍;


③砂土地层应大于最终回扩直径的2.0倍;


④垂直净距不得小于0。5m;


⑤达不到上述要求时,应采取有效的安全防护措施;


⑥遇可燃性管道和特殊管线应适当加大水平和垂直净距。



3. 电缆定向钻进轨迹优化设计要点


电力电缆定向钻进轨迹优化设计的主要环节包括了管道材质选型、穿越路径方案优化、敷设标准横断面设计、纵向轨迹设计等内容,对不同设计要点的设计进行浅析。


(1)保护管选材。


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)穿越路径方案优化。


非开挖定向钻进在电力电缆工程中应用,一般是与排管敷设电缆保护管结合使用,即在普通段沿着道路敷设采用排管,在横穿道路段采用非开挖定向钻进施工。穿越路径方案优化应在确定交叉穿越位置的之后,调查清楚所穿越段的地质条件、地下管线的类型、管线规格、埋深等属性之后,制定交叉穿越的轨迹方案。


(3)标准横断面优化设计要点。


标准横断面的优化,主要是要制定同时钻进或回拖几孔非开挖终孔,同一个孔洞内同时布至几根电力电缆保护管等内容。根据现有的施工技术水平,定向钻进的终孔孔径一般以不超过1.2m为宜。


(4)纵向轨迹优化设计要点。


纵向轨迹优化的主要内容包括了入土点、出土点的位置、深度选择,同时还包括了钻进轨迹主要是参数的选择与优化,其中控制性参数见表2。


(5)工后沉降控制。


一般情况下,非开挖挤扩的终孔孔径会大于所敷设电力电缆保护管的外接圆,故在电力电缆保护管与挤孔的终孔之间会存在护壁泥浆。为了控制管道敷设完成后的地面沉降,应在管道回拖后注入硬化剂置换护壁泥浆,硬化剂可以选用水泥浆等。



4. 结语


电力电缆保护管的定向钻进施工轨迹的优化设计,应考虑电力电缆的实际敷设需求,也需考虑管道材质对轨迹的需求。轨迹优化设计宜采用作图法,同时其轨迹的控制性参数需要结合工程实际条件进行制定。


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