水平定向鉆在城市電力管線纜化非開(kāi)挖技術(shù)工程中的應(yīng)用

　　【摘要】隨著城市電力管線纜化的推進(jìn),非開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用提到議事日程，筆者總結(jié)了在電力工程中應(yīng)用水平定向鉆的質(zhì)量控制及對(duì)策的膚淺經(jīng)驗(yàn),與同行商策。

　　【關(guān)鍵詞】水平定向鉆；城市電力管線纜化；質(zhì)量控制；對(duì)策　

　　1．問(wèn)題的提出　　

　　隨著城市化的發(fā)展，城市電力管線纜化成了必然的趨勢(shì)，限制傳統(tǒng)的“開(kāi)膛破肚”的施工方法，非開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用已提到議事日程，逐漸獲得了社會(huì)的認(rèn)可，應(yīng)用非開(kāi)挖施工技術(shù)的國(guó)家、行業(yè)或地方標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也陸續(xù)頒布實(shí)施。

　　非開(kāi)挖技術(shù)主要有盾構(gòu)、頂管、暗挖、定向鉆等，其中定向鉆施工技術(shù)主要用于有壓管、電力、通信管線等小管徑施工，而在電力領(lǐng)域中相對(duì)滯后。

　　定向非開(kāi)挖施工技術(shù)自1994年進(jìn)入我國(guó)以來(lái)，以其獨(dú)特的優(yōu)越功能正迅速推廣，與其他非開(kāi)挖技術(shù)相比水平定向鉆具有施工速度快，占地少，成本低的優(yōu)點(diǎn)，隨著定向設(shè)備的改進(jìn)及施工技術(shù)水平的提高，該技術(shù)在電力管線纜化施工中占的份額將會(huì)增大。以下結(jié)合洛江區(qū)萬(wàn)虹路拓改市政電力管線的施工，淺談水平定向鉆的應(yīng)用及質(zhì)量控制。　

　　2．水平定向鉆施工的應(yīng)用　

　　2．1水平定向鉆施工技術(shù)的原理

　　水平定向鉆進(jìn)非開(kāi)挖技術(shù)是鉆探技術(shù)在地下管線工程中的拓展和延伸，它利用巖土鉆掘、定向測(cè)控等技術(shù)手段，在不開(kāi)挖地表的條件下進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)，更換或修復(fù)的一項(xiàng)新技術(shù)。

　　2．2水平定向鉆的施工工藝

　　水平定向鉆進(jìn)非開(kāi)挖施工技術(shù)主要包括導(dǎo)向孔鉆進(jìn)和擴(kuò)孔拉管兩部份，先利用導(dǎo)向鉆機(jī)，隨鉆測(cè)量?jī)x以及有關(guān)鉆具沿鋪設(shè)管線的設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)一個(gè)導(dǎo)向孔；然后擴(kuò)孔，將孔徑擴(kuò)大到鋪管所需求的口徑，并將管線同步或分步再拉入孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不開(kāi)挖鋪設(shè)管線。水平定向鉆進(jìn)非開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線技術(shù)施工工藝流程為：現(xiàn)場(chǎng)勘察→導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)→測(cè)量放線→開(kāi)挖工作坑→鉆機(jī)就位→導(dǎo)向孔鉆進(jìn)→擴(kuò)孔→拉管→回填。

　　施工要點(diǎn)：

　�。�1）根據(jù)設(shè)計(jì)單位交付的設(shè)計(jì)資料做好施工準(zhǔn)備；

　�。�2）用導(dǎo)向頭鉆孔，在地下形成一直徑為100mm的圓孔通道；

　�。�3）擴(kuò)孔至所需鋪設(shè)的尺寸；

　　（4）將管材連接成需要長(zhǎng)度，一次性施入已形成的孔洞中；

　　（5）牽引管施工完畢，砌筑工作井。

　　2．3工程質(zhì)量的控制

　　對(duì)于水平定向法穿越段管線的施工工藝，工程質(zhì)量控制包括兩部分：鉆孔軌跡的質(zhì)量與穿越段管線回拖質(zhì)量控制。在地質(zhì)條件和鉆進(jìn)工藝參數(shù)一定的前提下，鉆孔質(zhì)量直接影響到穿越工程的成敗，后者則關(guān)系到管道的安全運(yùn)行。

　　2．3．1鉆導(dǎo)向孔的質(zhì)量控制

　　鉆導(dǎo)向孔的質(zhì)量主要是指鉆孔曲線的實(shí)際軌跡是否與鉆孔的設(shè)計(jì)軌跡相符合。一般而言，實(shí)際鉆孔軌跡越接近設(shè)計(jì)軌跡，則表明鉆孔質(zhì)量越好。

　�。�1）導(dǎo)向強(qiáng)度計(jì)算公式

　　定向頂進(jìn)的造斜程度為“導(dǎo)向強(qiáng)度”。運(yùn)用材料力學(xué)桿件受力變形解析方法（見(jiàn)圖1），以斜掌面積、斜焊角、鉆桿剛度和地層硬度為自變量、建立導(dǎo)向強(qiáng)度量化計(jì)算公式如下：

　　式中：B－導(dǎo)向強(qiáng)度，°/m；E－鉆桿彈性模量Mpa；D－鉆桿外徑，mm；

　　d－鉆桿內(nèi)徑，mm；A－斜掌面積，CM2,θ－鉆焊角，°；

　　σ－土的壓入硬度，Mpa；F－摩擦系數(shù)�！�

　　作為試算例子，當(dāng)改變不同的參數(shù)值時(shí)，計(jì)算所得導(dǎo)向強(qiáng)度的變化情況如圖2-—4中曲線所示。計(jì)算所反映的規(guī)律均與工程實(shí)際吻合。從圖2中可以看出導(dǎo)向鉆頭斜掌面的斜焊角設(shè)計(jì)在250左右可以獲得最有效的導(dǎo)向強(qiáng)度�！�

　　圖1鉆具在孔內(nèi)的受力圖

　　圖2斜焊角和鉆桿直徑對(duì)導(dǎo)向強(qiáng)度的影響

　　圖3斜掌面積和土的硬度對(duì)導(dǎo)向強(qiáng)度的影響

　　圖4彈性模量和鉆桿直徑對(duì)導(dǎo)向強(qiáng)度的影響　

　�。�2）鉆孔彎曲的曲徑半徑

　　鉆孔軌跡的曲率半徑要由挖向系統(tǒng)操作人員預(yù)先根據(jù)設(shè)計(jì)提供的資料計(jì)算出結(jié)果，鉆進(jìn)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)每根鉆桿的角度而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔曲率半徑的控制。對(duì)于給定了直徑的定向鉆孔穿越管道，鉆孔的曲率半徑R由R=1200D求得，其中D—穿越軌道外徑，mm。

　　2．3．2管線回拖質(zhì)量的控制

　　穿越管道的回拖完成即標(biāo)志著管道鋪設(shè)的完畢，其質(zhì)量包括管道的熔接強(qiáng)度、外保護(hù)層的完整及管道的彎曲應(yīng)力符合要求。

　�。�1）鋪管前的熔接

　　對(duì)于常用的MPP改性聚丙烯電力電纜護(hù)套管的熱熔連接可進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的壓力、沖擊等道試驗(yàn)，以驗(yàn)證拖管時(shí)管道是否受損，能否投入使用。

　�。�2）管道彎曲應(yīng)力核算

　　管道彎曲應(yīng)力可對(duì)照鉆導(dǎo)向孔記錄與設(shè)計(jì)的鉆孔曲率半徑進(jìn)行核算，確定孔內(nèi)鋪設(shè)的管道彎曲度不超過(guò)允許應(yīng)力，否則，需修改設(shè)計(jì)方案或改造管道材料。

　　2.4在電力工程導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪設(shè)施工中常見(jiàn)存在問(wèn)題的分析及預(yù)防

　　2.4.1損傷地下設(shè)施

　　（1）表現(xiàn)形式

　　在打?qū)�向�?回拉擴(kuò)孔或拖管時(shí)將地下已有設(shè)施損傷,被損傷的多為光纜、電纜、供水管道和排水管道。

　�。�2）原因分析

　�、賹�(duì)施工區(qū)域內(nèi)地下已有設(shè)施調(diào)查不夠清楚；

　�、趯�(dǎo)向儀等儀器存在誤差；

　�、郯踩�距離不足，擴(kuò)孔時(shí)鉆頭避不開(kāi)地下設(shè)施。

　�。�3）預(yù)防措施

　�、俚叵鹿芫�調(diào)查時(shí)，既要查看現(xiàn)有管線資料，又要必要的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

　　②做導(dǎo)向孔前，導(dǎo)向儀應(yīng)核準(zhǔn)，誤差在允許范圍內(nèi)方可使用。

　　③導(dǎo)向孔同已有地下設(shè)施的距離應(yīng)大于1M。

　　2．4．2拉管中途阻滯

　　（1）表現(xiàn)形式

　　管道前行至某一位置后因阻力增大而停滯下來(lái)，可能拉斷，造成管材廢棄或管材和鉆具同時(shí)棄入孔內(nèi)。

　�。�2）原因分析

　�、俟艿涝诳變�(nèi)前行時(shí)，管道排擠的孔內(nèi)泥漿不能夠流出孔外，形成“液壓鎖”而阻止管道前行。

　�、谝蛟O(shè)備故障、缺少泥漿、接管等原因造成托管中途長(zhǎng)時(shí)間停待形成抱管、增大前行阻力。

　�、圻厰U(kuò)孔邊施拉管時(shí)，因吸水壓頭堵塞或因泥漿泵流量小而使泵入孔內(nèi)的鉆進(jìn)液量少或無(wú)鉆進(jìn)液入孔。

　�。�3）預(yù)防措施

　　①拉管時(shí)鉆孔兩端均要敞開(kāi)，泥漿能自由流出，必要時(shí)，做一定的開(kāi)挖或排漿。

　　②定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修保養(yǎng)，拉管前備足泥漿材料，拉管時(shí)，盡可能不接管或縮短接管時(shí)間。

　�、劾�管時(shí)隨時(shí)觀察泥漿箱的液面高度，若液面不下降或下降慢，需查看泥漿泵的泵速是否降低或吸水壓頭是否堵塞。

　　2．4．3管道標(biāo)高偏差

　　（1）表現(xiàn)形式

　　管道鋪設(shè)到位后，埋設(shè)的標(biāo)高偏差大于設(shè)計(jì)要求，造成管道覆土達(dá)不到安全距離或管道進(jìn)入工作井位置偏低。

　�。�2）原因分析

　�、巽@孔前導(dǎo)向儀未校準(zhǔn)，深度值誤差大。

　　②地面標(biāo)高不準(zhǔn)確。

　�、墼谧鰧�(dǎo)向孔的設(shè)計(jì)深度計(jì)算時(shí)，擴(kuò)孔鉆頭外徑的取值不精確。

　　（3）預(yù)防措施

　�、賹�(dǎo)向儀使用前應(yīng)校準(zhǔn)，誤差小于1﹪。

　�、诘孛鏄�(biāo)高應(yīng)復(fù)測(cè)，必要時(shí)與設(shè)計(jì)人員聯(lián)系。

　�、塾凶鰧�(dǎo)向孔的設(shè)計(jì)深度計(jì)算時(shí)，要采用正確的計(jì)算公式，同時(shí)要量取精確的擴(kuò)孔鉆頭外徑值。

　　3．結(jié)語(yǔ)　　

　　通過(guò)筆者成功的施工經(jīng)驗(yàn)體會(huì)到，采用水平定向鉆進(jìn)施工電力管線纜化技術(shù)是可行的，且有施工速度快，成本低，占地少等優(yōu)點(diǎn)，可以最大限度的降低施工對(duì)交通環(huán)境的影響與破壞。在每一次施工前要做好充分的準(zhǔn)備工作，校準(zhǔn)導(dǎo)向儀，檢修施工機(jī)械，檢查鉆具，備足泥漿材料，按合理的規(guī)程進(jìn)行施工并實(shí)施預(yù)防措施，就能最大限度地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的最大化。