單回高壓電力電纜非開挖定向鉆進穿越道路方案優化分析

摘 要：采用非開挖水平定向鉆進工藝敷設電力電纜保護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段中，但不同于市政管網工程，電纜工程一次性要回拖的管道數量較多，在具體工程中需要對不同橫斷面布置方案進行優化分析。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，從技術、經濟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方案，最終推薦了采用一字敷設、6管分4孔回拖的方案，供相關工程參考。

關鍵詞：水平定向鉆進；電力電纜；單回路；橫斷面布置；優化分析

中圖分類號：TU 443文獻標識碼：A

作為城市供電網絡的重要組成部分，高壓電力電纜多需要下穿越城區內已建或在建的道路工程。根據現有的電力技術水平，能夠用于電力電纜下穿道路的技術包括了水平定向鉆進敷設、非開挖頂管敷設和隔斷道路明挖（蓋挖）敷設等方案，在大型的電纜隧道工程中，還可采用盾構法隧道敷設，[1]但對于過路段敷設的僅為單回路高壓電力電纜而言，無論時從經濟性、安全性還是社會效益層面而言，非開挖定向鉆進敷設首選的施工工法。[2]

為了規范對電力電纜保護管的非開挖定向鉆進工程的設計與施工，國家電網公司發布了與電纜定向鉆進設計及施工相關的企業標準，[3-4]但這兩本規程的規定主要是針對操作流程，未能考慮具體工程在特定規模條件下鉆進布置方式的優化分析。

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，從技術、經濟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方案，最終推薦了采用一字敷設、6管分4孔回拖的方案，供相關工程參考。

1 工程概況

1.1 穿越概況

定向鉆進敷設電力電纜保護管，平面軌跡需要考慮兩方面的內容：（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的地下構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，沿著電纜線路方向的場地較為開闊，可作為水平定向鉆進的工作坑；北側雖然臨近已有變電站的圍墻，但是還是具備擺放電纜保護管的場地，可作為接收坑。

通過對電纜定向鉆進軌跡范圍內的地下構筑物進行調查，在鉆進敷設影響范圍內的不存在對變形敏感或較為重要的管線或構筑物。該工程在平面線型上采用直線鉆進的方案。

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

定向鉆進平面上的路徑長約60～80m，鉆進施工需下穿1根給水管、1根雨水管、1根生活水管和1根高等級工業水管，方案設計時應考慮定向鉆進施工對管道的影響。

1.2 工程地質條件

根據現場調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砂、中砂、黏土，向下逐漸過渡至花崗巖各風化層。

地層條件由上而下的描述相見表1：

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

2 定向鉆進軌跡優化設計

水平定向鉆進敷設電纜保護管的主要目的是為了滿足電纜的敷設需求，做標準橫斷面優化設計之前，首先要明確電纜保護管的孔數、規格及材質。

由于該工程為220kV電纜，根據載流量的計算結果，電纜外徑為 220mm，根據相關規程的要求，[7]應選用DN250的MPP電纜保護管，管的壁厚為 20mm，即每根保護管道外徑為 290mm。通訊管選材為 DN100的MPP電纜保護管，管的壁厚為 10mm，即每根保護管道的外徑為 120mm。

2.1 6管分4孔分別回拖方案

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

4孔鉆進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。該方案的技術參數如下：

（1）定向鉆進施工回拖擴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）覆土深度由鉆進軌跡斷面設計確定，但不小于2.0m。

對于4孔單獨回拖，但采用矩形布置的方案，其技術參數為：

（1）回拖擴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）覆土深度由鉆進軌跡斷面設計確定，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管道數量與四管單獨回拖的一致，即2根DN100和4根DN250的MPP電纜保護管。

根據規程及國家電網公司電纜通用設計的要求，定向鉆進回擴終孔必須較所有電纜保護管外徑外接圓的直徑的1.2倍以上，結合現有定向鉆進機械的能力，回擴終孔的直徑可選為 Φ1000mm，優化設計后的典型橫斷面見圖4。

雖然理論上的回擴終孔孔徑為 1000mm可滿足電纜敷設要求，但實際上由于泥漿護壁或其他因素導致孔壁坍塌等因素，會使得有效孔徑小于 1000mm，故而從電纜保護管的質量保證和風險控制角度而言，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

前述兩個技術方案的優缺點比較見表2，從表2的對比中可以看出：

（1）無論采取何種鉆進回拖的形式，其擴孔面積、保護管的工程量、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劃和利用的原則，但存在著回拖管道時不同相電纜保護管相互纏繞的現象，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災害，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經濟效益方面不占明顯優勢，故不作為推薦方案。

（3）在6管分4孔分別擴孔回拖方案比較時，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，一字敷設的方案更為合理了；同時采用一字敷設方案，占用地下空間的高度較小，是該工程的推薦方案。

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

根據對比可知，就兩個方案相比較而言，采用6管分4孔分別回拖，且采用一字敷設能有效保障管道之間的相對位置，進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后兩側工井電纜之間的對應問題，避免在事故搶修時無法第一時間確認電纜的具體位置而發生次生災害，故而是本工程的推薦方案。

3 結語

基于具體工程的地質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敷設MPP電纜保護管的橫斷面布置方案進行對比、優化分析的基礎上，提出了適用于特定工程條件的定向鉆進技術方案，即采用6管分4孔分別擴孔回拖、一字敷設的橫斷面布置，該布置方式不僅技術經濟指標最好，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：

[1]中華人民共和國電力行業標準.DL/T 5221-2016 城市電力電纜線路設計技術規定[S].北京：2016.

[2]馬保松.非開挖工程學[M].人民交通出版社，2008.

[3]國家電網公司企業標準.Q/GDW 1797.1-2013 定向鉆進敷設電力電纜管道工程標準 第1部分：設計技術規范[S].北京：2013.

[4]國家電網公司企業標準.Q/GDW 1797.2-2013 定向鉆進.敷設電力電纜管道工程標準 第2部分：施工及驗收規范[S].北京：2013.

[5]中國工程建設協會標準.CECS 382：2014 水平定向鉆法管道穿越工程技術規程[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[6]魏志強.定向鉆進敷設電纜保護管軌跡優化設計研究[J].探礦工程（巖土鉆掘與防護技術），2016 43（12）：85-89.

[7]中華人民共和國電力行業標準.DLT 802.7-2010 電力電纜用導管技術條件 第7部分：非開挖用改性聚丙烯 塑料電纜導管[S].北京：2011.

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