水平定向钻在城市电力管线缆化非开挖技术工程中的应用

　　【摘要】随着城市电力管线缆化的推进,非开挖技术的应用提到议事日程，笔者总结了在电力工程中应用水平定向钻的质量控制及对策的肤浅经验,与同行商策。
　　【关键词】水平定向钻；城市电力管线缆化；质量控制；对策
　　
　　1．问题的提出
　　
　　随着城市化的发展，城市电力管线缆化成了必然的趋势，限制传统的“开膛破肚”的施工方法，非开挖技术的应用已提到议事日程，逐渐获得了社会的认可，应用非开挖施工技术的国家、行业或地方标准、规范也陆续颁布实施。
　　非开挖技术主要有盾构、顶管、暗挖、定向钻等，其中定向钻施工技术主要用于有压管、电力、通信管线等小管径施工，而在电力领域中相对滞后。
　　定向非开挖施工技术自1994年进入我国以来，以其独特的优越功能正迅速推广，与其他非开挖技术相比水平定向钻具有施工速度快，占地少，成本低的优点，随着定向设备的改进及施工技术水平的提高，该技术在电力管线缆化施工中占的份额将会增大。以下结合洛江区万虹路拓改市政电力管线的施工，浅谈水平定向钻的应用及质量控制。
　　
　　2．水平定向钻施工的应用
　　
　　2．1水平定向钻施工技术的原理
　　水平定向钻进非开挖技术是钻探技术在地下管线工程中的拓展和延伸，它利用岩土钻掘、定向测控等技术手段，在不开挖地表的条件下进行地下管线的铺设，更换或修复的一项新技术。
　　2．2水平定向钻的施工工艺
　　水平定向钻进非开挖施工技术主要包括导向孔钻进和扩孔拉管两部份，先利用导向钻机，随钻测量仪以及有关钻具沿铺设管线的设计轨迹钻进一个导向孔；然后扩孔，将孔径扩大到铺管所需求的口径，并将管线同步或分步再拉入孔内，实现不开挖铺设管线。水平定向钻进非开挖铺设地下管线技术施工工艺流程为：现场勘察→导向孔轨迹设计→测量放线→开挖工作坑→钻机就位→导向孔钻进→扩孔→拉管→回填。
　　施工要点：
　　（1）根据设计单位交付的设计资料做好施工准备；
　　（2）用导向头钻孔，在地下形成一直径为100mm的圆孔通道；
　　（3）扩孔至所需铺设的尺寸；
　　（4）将管材连接成需要长度，一次性施入已形成的孔洞中；
　　（5）牵引管施工完毕，砌筑工作井。
　　2．3工程质量的控制
　　对于水平定向法穿越段管线的施工工艺，工程质量控制包括两部分：钻孔轨迹的质量与穿越段管线回拖质量控制。在地质条件和钻进工艺参数一定的前提下，钻孔质量直接影响到穿越工程的成败，后者则关系到管道的安全运行。
　　2．3．1钻导向孔的质量控制
　　钻导向孔的质量主要是指钻孔曲线的实际轨迹是否与钻孔的设计轨迹相符合。一般而言，实际钻孔轨迹越接近设计轨迹，则表明钻孔质量越好。
　　（1）导向强度计算公式
　　定向顶进的造斜程度为“导向强度”。运用材料力学杆件受力变形解析方法（见图1），以斜掌面积、斜焊角、钻杆刚度和地层硬度为自变量、建立导向强度量化计算公式如下：
　　
　　
　　式中：B－导向强度，°/m；E－钻杆弹性模量Mpa；D－钻杆外径，mm；
　　d－钻杆内径，mm；A－斜掌面积，CM2,θ－钻焊角，°；
　　σ－土的压入硬度，Mpa；F－摩擦系数。
　　
　　作为试算例子，当改变不同的参数值时，计算所得导向强度的变化情况如图2-—4中曲线所示。计算所反映的规律均与工程实际吻合。从图2中可以看出导向钻头斜掌面的斜焊角设计在250左右可以获得最有效的导向强度。
　　
　　图1钻具在孔内的受力图
　　
　　
　　
　　图2斜焊角和钻杆直径对导向强度的影响
　　
　　
　　图3斜掌面积和土的硬度对导向强度的影响
　　
　　
　　
　　图4弹性模量和钻杆直径对导向强度的影响
　　
　　（2）钻孔弯曲的曲径半径
　　钻孔轨迹的曲率半径要由挖向系统操作人员预先根据设计提供的资料计算出结果，钻进时通过调节每根钻杆的角度而实现对钻孔曲率半径的控制。对于给定了直径的定向钻孔穿越管道，钻孔的曲率半径R由R=1200D求得，其中D—穿越轨道外径，mm。
　　2．3．2管线回拖质量的控制
　　穿越管道的回拖完成即标志着管道铺设的完毕，其质量包括管道的熔接强度、外保护层的完整及管道的弯曲应力符合要求。
　　（1）铺管前的熔接
　　对于常用的MPP改性聚丙烯电力电缆护套管的热熔连接可进行一些简单的压力、冲击等道试验，以验证拖管时管道是否受损，能否投入使用。
　　（2）管道弯曲应力核算
　　管道弯曲应力可对照钻导向孔记录与设计的钻孔曲率半径进行核算，确定孔内铺设的管道弯曲度不超过允许应力，否则，需修改设计方案或改造管道材料。
　　2.4在电力工程导向钻进铺设施工中常见存在问题的分析及预防
　　2.4.1损伤地下设施
　　（1）表现形式
　　在打导向孔,回拉扩孔或拖管时将地下已有设施损伤,被损伤的多为光缆、电缆、供水管道和排水管道。
　　（2）原因分析
　　①对施工区域内地下已有设施调查不够清楚；
　　②导向仪等仪器存在误差；
　　③安全距离不足，扩孔时钻头避不开地下设施。
　　（3）预防措施
　　①地下管线调查时，既要查看现有管线资料，又要必要的现场验证。
　　②做导向孔前，导向仪应核准，误差在允许范围内方可使用。
　　③导向孔同已有地下设施的距离应大于1M。
　　2．4．2拉管中途阻滞
　　（1）表现形式
　　管道前行至某一位置后因阻力增大而停滞下来，可能拉断，造成管材废弃或管材和钻具同时弃入孔内。
　　（2）原因分析
　　①管道在孔内前行时，管道排挤的孔内泥浆不能够流出孔外，形成“液压锁”而阻止管道前行。
　　②因设备故障、缺少泥浆、接管等原因造成托管中途长时间停待形成抱管、增大前行阻力。
　　③边扩孔边施拉管时，因吸水压头堵塞或因泥浆泵流量小而使泵入孔内的钻进液量少或无钻进液入孔。
　　（3）预防措施
　　①拉管时钻孔两端均要敞开，泥浆能自由流出，必要时，做一定的开挖或排浆。
　　②定期对设备进行检修保养，拉管前备足泥浆材料，拉管时，尽可能不接管或缩短接管时间。
　　③拉管时随时观察泥浆箱的液面高度，若液面不下降或下降慢，需查看泥浆泵的泵速是否降低或吸水压头是否堵塞。
　　2．4．3管道标高偏差
　　（1）表现形式
　　管道铺设到位后，埋设的标高偏差大于设计要求，造成管道覆土达不到安全距离或管道进入工作井位置偏低。
　　（2）原因分析
　　①钻孔前导向仪未校准，深度值误差大。
　　②地面标高不准确。
　　③在做导向孔的设计深度计算时，扩孔钻头外径的取值不精确。
　　（3）预防措施
　　①导向仪使用前应校准，误差小于1﹪。
　　②地面标高应复测，必要时与设计人员联系。
　　③有做导向孔的设计深度计算时，要采用正确的计算公式，同时要量取精确的扩孔钻头外径值。
　　3．结语
　　
　　通过笔者成功的施工经验体会到，采用水平定向钻进施工电力管线缆化技术是可行的，且有施工速度快，成本低，占地少等优点，可以最大限度的降低施工对交通环境的影响与破坏。在每一次施工前要做好充分的准备工作，校准导向仪，检修施工机械，检查钻具，备足泥浆材料，按合理的规程进行施工并实施预防措施，就能最大限度地实现经济和社会效益的最大化。
　　
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