電力電纜保護管定向鉆進敷設回拖力計算及機械選型研究

國網杭州市臨安區供電公司 呂 華 尤 敏 陳禮朝 國網杭州供電公司 夏 衍

電力電纜保護管在城市供電網絡中起著重要的作用。根據現有的電力技術水平能用于電力電纜下穿道路的技術包括了水平、定向鉆進敷設等方案，但在大型工程中這些應用都不是特別廣泛，定向鉆進敷設是最科學的一種辦法是首選的施工方法。

1 電力電纜保護管定向鉆進

1.1 特點

市政管網定向專區施工時一般會采用鋼管或PVP或CPVC這樣的塑料，一般電力工程多采用MPP管進行加固，都是因受電纜的影響而對保護管道的要求。而電力電纜保護管定向鉆進還有一個特點是穿越間距較短，在保護管鋪設完成后一般會進行一次敷設電力電纜，而又受各種天氣原因、敷設電力電纜的長度一般不會超過100米、最多不會超過150米，如要進行長距離電力電纜敷設則面臨大成本并需特殊生產電纜。因此電力電纜保護管定向鉆井技術穿越間距大多都較短，這樣成本不會太高。

其次的特點是回拖終孔孔徑較大。電力電纜保護管的數量一般都需有電纜數來決定，多根電力電纜保護管都會采用一次回拖的方式進行敷設，一般回拖管道的數量都在五根以上。據現有國家相關規定，一般采用定向鉆進敷設管道。定向鉆進的鉆孔尺寸一般在鋪設管道外徑的1.2倍左右，所以電纜工程的回托終孔孔徑多為600毫米、800毫米和1000毫米。電力電纜保護管定向鉆進工程一般都會位于城市主城區，而這些城市主城區一般對周邊環境的要求都較高，所以他們的地下結構也會比較復雜，而且地下管線或地下構建物都分布密集在鉆進軌跡周圍，優化設計的同時還要與地下管線及構建物間的距離進行考慮，如因距離太近而造成事故是很危險的，所以施工的另外一大特點就是交叉穿越情況較為復雜。

由于交叉穿越情況較為復雜，所以工程之后的沉降要求也更為嚴格。電力電纜工程保護管定向鉆進工程多對地下管線的路面河道泊岸等。所以，一般在施工完成后還會考慮施工對周圍地形的影響，當施工導致周圍地形變形時，還應考慮如何合理檢修施工后的成果，并將施工對周邊環境的影響降到最低且控制在允許的范圍內。綜上所述，電力電纜保護管工程共有五大特點，分別為采用特定材料、穿越間距較短、回拖終孔孔較大、交叉穿越情況復雜、工程作業以后沉降要求嚴格。

1.2 規定

電纜保護管定向鉆進軌道的設計方法主要有作圖法和計算法，可對供電力電纜定向鉆進軌跡進行進一步設計，其中有幾個規程規范的設計方法進行歸類比較，公式法和計算法的做法是同一種做法。電力電纜軌跡設計時，除考慮軌跡本身的可行性和優化外，考慮鉆井施工與地下管線構建間安全距離的要求，一般距離會較大，為更直觀的留下這些數據并反映這些數據采用作圖法是更為合適的。

電力電纜保護管的名稱有很多種，如又叫電纜管或水泥保護電纜管，目前已有很多公司開始研究并制作研發電力電纜保護管且擁有自己的知識產權，目前已有很多公司申請了多項專利來保護自己的知識產權，但仍有很多公司采用電擴孔等先進工藝，通過一系列打磨工藝從而制造出新的增強版電纜保護管。在國家規定中，這些電纜保護管必須涂上一層石墨乳滑模，這樣才能產生一個光滑面，從而達到減少摩擦的作用，這樣可使能源消耗降低到最小。根據國家相關規定，A類電纜保護管適用于城鄉電力電纜建設，B類適用于人行道和綠化帶，C類則更廣泛應用于高速公路、省道及國家一級公路等。

1.3 要點

一般水平定向鉆井分為三個方面，分別為鉆井施工、擴孔加工、清孔施工。鉆井施工時須進行試用轉，軌跡偏差不能大于終孔直徑，避免因誤差而造成退回，第一根鉆桿鉆進時應慢轉，入土段和出土段為直線鉆進，長度應控制在20米左右。而在擴孔時，更應根據中控的孔徑圖層條件等進行一次或多次進行施工；分次擴孔誤差范圍一般應控制在100至150毫米之間，而終孔孔頸應控制，在回拖管徑外徑1.2至1.5倍。擴孔應嚴格控制回泥量，轉速，泥漿流量等各種重要參數。進行一次，或者多次清空。總而言之定向鉆井施工的要點就是首先要進行試用轉，然后在勻速慢慢鉆進，小角度偏差，必須要及時糾正偏差，也不能大于出口直徑，超出誤差的范圍應退回進行糾偏，第一根鉆桿鉆進時應輕壓慢轉，入土出土的地段都應該直線鉆進，長度最好控制在20米左右。

2 回拖力計算

在回脫離計算中一般有幾個常量：穿越管段的長度、摩擦系數、管子直徑、泥漿密度，管子壁厚和粘滯系數，計算公式FT=πL2f[0.25D2γn-7.85δ1(D-δ1)]+kπDL2。例，遼 河 穿 越 中 穿越管段長度為1109米、摩擦系數0.2、主管規格Φ1020×16、泥漿密度1.05t每平方米、粘滯系數0.02，帶入公式計算得回拉力為191.53噸。計算回拖力時一般需注意管道的受力，需對管道進行受力分析，從而進一步比較和分析計算結果。從計算公式及計算結果可看出，計算電力電纜保護管回拖力一般有四種方法。

摩擦力法。是通過實踐摸索和工程的總結而得出的經驗公式。回拖力主要來源于管外壁作為主力和擴孔鉆頭迎面阻力，而這個方法的不足之處在于整個管壁完全與管孔接觸，從而造成能源損耗；凈浮力計算法。現在應用較為廣泛，其測量數據簡單且計算步驟不太復雜。不足之處是需考慮的力有很多，如泥漿壓力及外壁對軌道的壓力等。這種計算的優點是采集數據較少、缺點是計算量過大；土壓力計算法。曹蘇軍最先提出，他對土壓力計算法進行了簡化，并發表《多管組合穿越回脫離計算方法分析》，更廣泛地應用于孔洞處有隧道塌方或積水嚴重的情況下來計算；ATSM計算法。這種方法是參考美國ASTM標準，在美國得到了進一步優化，但管道回拖過程中須克服管道與孔壁的摩擦力和彎曲程度，而在管道回拖后則需進行作業安排，還有一個最重要的步驟是三樁埋設。最后更要關注地形地貌的回復，以確保交通暢通，這樣才能取得地貌恢復證。如果政府相關部門驗收沒通過，則必須要指出問題及時進行整改。

3 進行機械選型

3.1 分析

設計機械首先要依據工藝要求來進一步擬定物件的形式，功率范圍來進一步選出比較合適的機構類型、動力方式以及功率等，從而進行一些新機械或新機器的設計。同時還可分析其運動的精確性、實用性及安全性和可靠性等。進行機械選型一般要遵循以下步驟：

選擇時應從多方面進行考慮，要在形式結構等方面進行多項指數的參考，形式結構又包括連體結構、連桿結構等多種構造結構。機構的運動規律有位移速度及加速度的變化特點，一個構件間的相對尺寸有較為密切的關系，選用時要充分考慮到或必須按照要求進行詳細分析和細致的計算。從生產工藝對動件的運動特性功能等方面的具體要求選取極佳的機械構型，以實現生產中的聯系或說間歇運動。這樣才能保證選出的產品具有足夠長的壽命。

結構要簡單、尺寸要適度。在整體布局上所占空間要很小，并要達到布局緊湊的效果，這樣節省下一部分原材料選擇結構的同時，還考慮到結構的標準化和系列化，這樣才能降低成本。

第三，制造部件的加工流程必須不能太復雜。首先可滿足構建加工上的各項要求，以及滿足構建的加工細致程度和表面粗糙程度的具體要求；其次更應多思考機器在維修時必須要拆裝方便、不能太過繁瑣，這樣機器可在工作時穩定可靠。接下來還要保證一系列要求，如使用是否安全以及各構件在運轉中如出現輕微震顫會不會有較大影響，最后還要保證噪音不能太大、小噪音才更環保。局部機械機構的選型還應與動力機的運動方式、功率及特性能夠進一步匹配和協調，這樣相鄰的幾個機器結構才能銜接正常、正常運轉，他們間才能傳遞運動和力。運動的誤差要控制在允許的范圍內。絕對不能讓機器在運轉過程中發生運動的干涉，這樣后果是很嚴重的，所以一定要以安全為首要原則、環保為第二原則、實用性排在其后。還要具有較高的生產率和機械效率，以便于上市場進一步競爭。在經濟上也具有一定的競爭能力，而不至于被社會所淘汰。