长距离大口径非开挖钻进技术在电力工程中的应用探讨

刘力胜

摘要：近年来，随着我国经济建设高速发展，各行各业用电量在不断扩大，为了满足不断扩大的用电量，特别是夏季的用电高峰量，只有不断增加输变电工程的建设，才能适应经济高速发展的需要，而增加输变电工程的建设，就必须要有高压电缆的路径，施工电缆沟就是一种路径之一，电缆沟一般是顺路施工，但由于城市的快速发展，地下设施、地下管线星罗棋布，有些地方根本就没有电缆沟施工的地方，近年来随着施工工艺的不断发展，一种不需要开挖施工的方法应运而生，那就是非开挖钻进技术。非开挖钻进技术最早应用于市政燃气行业，随着施工工艺的不断提升，非开挖钻进技术开始在电力行业应用，但长距离大口径非开挖钻进技术在电力工程还是很少应用的，本文主要就长距离大口径非开挖钻进技术在电力工程中的应用与大家做一探讨，希望对同行的技术人员有所裨益。

关键词：电力工程；长距离；大口径；非开挖钻进技术

一、工程概况：

110kV腾飞至桂花双回电缆线路工程非开挖钻穿越樟坑径河河底，根据规划及设计图，需要在深圳市龙华新区观澜街道观平路富雅商务酒店门前樟坑径河底沿路并排敷设2根DN1000MM电力钢套管，每根钢管内内穿8根φ230MM和2根φ170MM的HDPE电力管。该段管线设计水平长度约380米，由于辅道及主车道管线复杂，且没有位置，拟采用非开挖钻进法施工工艺，敷设该电力管道。

二、工程特点：

本工程在深圳市龙华新区观澜街道观平路沿樟坑径河底穿越，原有地下管线复杂，施工场地高差较大，且酒店侧河涌要预留跨路暗渠施工空间，直径1000MM的钢管须在预设暗渠底部穿过，在地面上距离有限的停车场内出钻，有一定难度。另按设计要求，结合地勘报告可知，该段穿越多在砂层中进行，终孔直径大、距离长，成孔护孔不容易，为满足电力管道穿越河涌深度规范要求，以及钢管弯曲半径和非开挖钻工艺限制，该工程需严格控制弧度以及出入钻角度，再考虑到出口一侧管材不可能一次焊接成型，又要穿过砂层，拖拉管工作需做充分的准备。

三、非开挖钻进施工技术措施：

本工程穿越河涌，穿越距离较长，管径较大。

非开挖钻进法铺管施工的主要施工工序有：现场勘察、导向孔轨迹设计、施工前准备工作、导向孔施工、管道焊接、扩孔与拖管、置换注浆。详见下图：

（一）地下管线调查：

施工前，向相关单位了解施工地段地下管线的分布及埋深情况，并用地下管探测仪对地下管线进行实地认真探测，了解清楚地下管线（网）及建（构）筑物的位置、分布和埋深；测量河床深度、宽度、测量地面标高；向水利、防洪等有关单位了解两岸防洪堤的结构情况；开钻前进行工程地质钻探勘探。

（二）导向孔轨迹设计：

1、入钻点和出钻点的选取：

根据现场实际情况及探测资料，非开挖钻入钻口设置在观平路富雅商务酒店河涌另一端的工地内，出钻口设置在富雅商务酒店门前停车场上，能够摆放管材，方便拖管，且不阻碍行人通行。

2、入钻坑和出钻坑开挖

入钻坑基本尺寸为： 5.0米（宽）×5.0米（长）×2.0米（深）；

出钻坑基本尺寸为： 5.0米（宽）×15米（长）×2.0米（深）；

3、导向孔轨迹：

由于本工程为并排2根DN1000MM钢管道施工，要根据现场地下管线的埋设情况和河床的宽度、深度及地勘等情况进行钻孔轨迹的设计，同时导向孔轨迹设计时，还应根据现场地形条件、周边环境、钻机能力和每根钻杆倾斜率改变量不能超过1%等综合因素考虑。

（三）开工前准备工作

施工前准备工作包括：

1、工程地质孔钻探；

2、出入钻场地平整；

3、将施工场地用专用施工铁栏杆围蔽；

4、施工设备、机械、人员进场；

5、进行对导向孔轨迹所经过的路径的地下管线详细勘查并将其在地面上做出位置标记；

6、根据地下管线勘查结果对导向孔轨迹进行调整；

7、在地面上标出导向孔设计轨迹的路径标记并测量其标高；

8、配制泥浆；

（四）导向孔施工：

采用水射流鉆具成孔，高压水射流切割土层，同时起冷却钻头和携带钻屑作用。斜面钻头用来控制钻孔轨迹方向，若同时给进和回转钻杆，斜面失去方向性，实现直孔钻进；若只给进不回转，通过斜面的反力，使钻头改变方向，实现造斜钻进。由步行式导向仪实现钻头位置和钻孔轨迹测量。在钻进时，孔底探头发出电磁波信号，地面上的导向仪接收孔底探头发出的信号，并显示钻头深度、倾斜度、工具面向角等参数，供操作人员掌握孔内情况，并随时按设计的钻孔轨迹进行调整。

施工时，先按设计入土角调整钻架的倾斜度，第一杆钻杆钻进直孔，第二杆开始按每根钻杆的设计倾斜度进行造斜钻进，每根钻杆的倾角改变量不准超过1%。探测员用导向仪进行钻孔轨迹同步跟踪，并通过导向仪所反馈的信息指挥钻机操作员进行对钻孔轨迹的方向控制，每钻完一根钻杆由记录员记录钻孔轨迹各数据参数，并在地面上用油漆作出实际轨迹的平面位置标记。在钻孔经过河面时，租用小船或浮筒进行导向探测，操作员做好钻进参数（包括转速、扭矩、推或拉力、泥浆流量）记录。

（五）扩孔与回拖拉管：

导向孔施工完后，进行扩孔，扩孔的孔径一般为要回拖管道包络外径的1.2～1.5倍。本工程分两钻铺设2根DN1000MM钢管，因地层多砂层，不利于成孔，计划分四级扩孔，选用专用溜槽扩孔器，即先用φ550扩孔钻头扩孔，第一次扩完孔后，再分别用φ750、φ950、φ1300扩孔钻头扩孔，最后用φ1300扩孔钻头拖管。在扩孔和拖管的同时要不断向孔内泵入化学泥浆，以便排出扩孔时所切削下来的泥土、防止孔壁坍塌以及减小回拖阻力。

在拖管时，地面上的钢管要在管下放置小管作滚动装置，防止钢管与地面直接磨擦，根据场地情况调用鉤机配合，将管吊起，以利于管道入洞。待钢管铺设完成，再将焊接成型的8孔φ230MM和2孔φ170MM的HDPE电力管一次整体拉入钢管。

（六）化学泥浆及化学添加剂的使用：

泥浆及添加剂的作用主要是：①护壁；②冷却钻具；③排渣；④切削泥土；⑤润滑减阻。

施工中采用加大泥浆配比，增加泥浆粘度的方法来维护钻孔的稳定。具体为：回扩孔时泥浆的马氏粘度值必须保证在45～55秒之间，泥浆比重应大于1.03，泥浆注入土中与粘土混合后产生的泥浆比重应大于1.10（根据土质情况而定）；选用化学泥浆，增加泥浆的高造浆率，保证泥浆具有优良的悬浮能力；（泥浆的用量公式：V=理论建筑空间×500%）。为了增加钻孔的护壁效果，防止塌孔，在泥浆中按比例加入化学添加剂，使钻孔壁形成一层保护层达到良好的护壁功能。不同地层使用不同的泥浆配比，根据本工程地质情况，通过调整泥浆粘度、比重、PH值等参数，使化学泥浆达到最佳使用效果。

施工时要连续进行，保证钻孔中的泥浆粘度适中处于一种粘滞状态，使泥浆没有时间沉淀，保证孔壁稳定性。

在扩孔时扩孔速度不能太快，扩孔时间应大于30分钟/米，并均速扩孔，不得忽快忽慢，使孔内泥浆均匀分布，严禁回扩器向扩孔方向反推以减少泥浆的不均匀分布。 每次扩孔完成后要根据扩孔情况，合理确定下一级扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量及直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，避免泥屑床生成。 最后一次扩孔与回拖工序要连续进行，间隔时间不得超过3个小时。施工前必须利用物探手段结合开样槽方式对地下原有管线进行详查，对地下原有管线准确定位，并采取相应的保护措施，以确保地下原有管线的安全。

（七）防洪注浆：

拉管结束后，为保证河水汛期防洪要求，需要进行注浆加固。由于受场地条件限制，本次采用孔内注浆的加固措施。

拉管施工随电力套管同时拉入同长度的φ25MM钻孔花管，孔洞用胶纸包住，与电力管一同拉入土中并一同到达入钻点。钢管及花管从扩孔头位置分离。拖管结束后，把花管和钻机的连接取消，换成和高压注浆泵连接，注入1：1水泥、粉煤灰浆液（0.4Mpa），从而置换触变泥浆，填补钢管周围的空隙。

（八）余泥、废浆处理：

在扩孔及回拖拉管过程中，孔内将会涌出大量的泥浆，为了观察孔内土质变化及保护施工环境，工作井内的泥浆必须及时抽出运走，施工过程中两侧工作井旁必须配备一台泥浆泵和真空吸浆车，及时进行泥浆清理，以保证回拖拉管工序连续进行。施工中产生的废泥浆收集后外运至有关部门的指定排放场排放。

结束语：由于城市的高速发展，工程建设越来越频繁，城市市政道路两边地下各种管线、构（筑）物星罗棋布，针对繁华地带开挖施工越来越受到限制，有些地段根本就没有开挖的位置，非开挖钻进技术在城市市政管线施工时经常被采用，本文就长距离、大口径非开挖钻进技术做一简单阐述，提出了相应的措施，希望为相关技术人员提供借鉴。

参考文献：

[1] 毛骏. 电缆顶管的定位探测与数据管理]. 广东电力. 2009（2）

[2] 魏纲. 项管工程土与结构的性状及理论研究. 岩石力学与工程学报. 2006（4）

[3] 朱奎. 顶管施工引起邻近地下管线附加荷载的分析. 岩石力学与工程学报. 2007（2）