单回高压电力电缆非开挖定向钻进穿越道路方案优化分析

摘 要：采用非开挖水平定向钻进工艺敷设电力电缆保护管被广泛引用于电缆下穿道路、河流等地面不具备开挖的区段中，但不同于市政管网工程，电缆工程一次性要回拖的管道数量较多，在具体工程中需要对不同横断面布置方案进行优化分析。论文从福建省某单回220kV高压电力电缆下穿市政道路的工程背景出发，从技术、经济及社会效益等角度对比分析了6管分4孔分别回拖和6管单孔一次回拖的技术方案，最终推荐了采用一字敷设、6管分4孔回拖的方案，供相关工程参考。

关键词：水平定向钻进；电力电缆；单回路；横断面布置；优化分析

中图分类号：TU 443文献标识码：A

作为城市供电网络的重要组成部分，高压电力电缆多需要下穿越城区内已建或在建的道路工程。根据现有的电力技术水平，能够用于电力电缆下穿道路的技术包括了水平定向钻进敷设、非开挖顶管敷设和隔断道路明挖（盖挖）敷设等方案，在大型的电缆隧道工程中，还可采用盾构法隧道敷设，[1]但对于过路段敷设的仅为单回路高压电力电缆而言，无论时从经济性、安全性还是社会效益层面而言，非开挖定向钻进敷设首选的施工工法。[2]

为了规范对电力电缆保护管的非开挖定向钻进工程的设计与施工，国家电网公司发布了与电缆定向钻进设计及施工相关的企业标准，[3-4]但这两本规程的规定主要是针对操作流程，未能考虑具体工程在特定规模条件下钻进布置方式的优化分析。

论文从福建省某220kV高压电力电缆下穿市政道路工程的背景出发，从技术、经济及社会效益等角度对比分析了6管分4孔分别回拖和6管单孔一次回拖的技术方案，最终推荐了采用一字敷设、6管分4孔回拖的方案，供相关工程参考。

1 工程概况

1.1 穿越概况

定向钻进敷设电力电缆保护管，平面轨迹需要考虑两方面的内容：（1）工作坑及接收坑的位置及施工场地要求；（2）管线交叉穿越范围内的地下构筑物的位置及穿越施工与其之间的安全距离。[5-6]

该工程在道路的南侧，沿着电缆线路方向的场地较为开阔，可作为水平定向钻进的工作坑；北侧虽然临近已有变电站的围墙，但是还是具备摆放电缆保护管的场地，可作为接收坑。

通过对电缆定向钻进轨迹范围内的地下构筑物进行调查，在钻进敷设影响范围内的不存在对变形敏感或较为重要的管线或构筑物。该工程在平面线型上采用直线钻进的方案。

根据工程实际需求，电力电缆选用DN250的MPP电缆保护管，3孔敷设220kV电缆，1孔备用管，合计4孔，同时还包括2根DN100的通信管道，合计6孔MPP管。

定向钻进平面上的路径长约60～80m，钻进施工需下穿1根给水管、1根雨水管、1根生活水管和1根高等级工业水管，方案设计时应考虑定向钻进施工对管道的影响。

1.2 工程地质条件

根据现场调查及附近工程钻探资料，场地覆盖层很厚，一般大于40m，地层分布主要为粉细砂、中砂、黏土，向下逐渐过渡至花岗岩各风化层。

地层条件由上而下的描述相见表1：

残积砂质粘性土：褐红、灰黄色、灰白色等，原岩结构特征清晰，母岩为花岗岩，成分由长石风化的粘土矿物、石英砂礫粒、少量云母片组成。

2 定向钻进轨迹优化设计

水平定向钻进敷设电缆保护管的主要目的是为了满足电缆的敷设需求，做标准横断面优化设计之前，首先要明确电缆保护管的孔数、规格及材质。

由于该工程为220kV电缆，根据载流量的计算结果，电缆外径为 220mm，根据相关规程的要求，[7]应选用DN250的MPP电缆保护管，管的壁厚为 20mm，即每根保护管道外径为 290mm。通讯管选材为 DN100的MPP电缆保护管，管的壁厚为 10mm，即每根保护管道的外径为 120mm。

2.1 6管分4孔分别回拖方案

因该工程仅敷设单回路电缆，对于电缆本体需采用 3根保护管，加上备用的1根，共4根220kV电缆保护管，同时还必须敷设2根专用通信保护管，所需敷设的管道合计 6根管。考虑到以往工程中存在同时回拖施工使得多根保护管绞在一起的情况，为了保证电缆相间距，可采用成4个孔，2个孔内布置1根DN 250的电缆保护管，另外2个孔内布置1根DN250的电缆保护管和1根DN100的通讯保护管，定向钻进回拖扩孔终孔的大小分别为400mm和500mm，4个孔分别钻进、分别回拖。

4孔钻进分别回拖的又可以分为4孔一字平行排列和4孔矩形排列两个方案。图2为4孔平行一字排开的方案。该方案的技术参数如下：

（1）定向钻进施工回拖扩孔的终孔直径分别为400mm、500mm；

（2）不同孔之间的中心距离为1200mm；

（3）覆土深度由钻进轨迹断面设计确定，但不小于2.0m。

对于4孔单独回拖，但采用矩形布置的方案，其技术参数为：

（1）回拖扩孔的终孔直径分别为400mm、500mm；

（2）不同孔之间的中心距离为1200mm；

（3）覆土深度由钻进轨迹断面设计确定，但顶部2孔的覆土不小于2.0m。

2.2 6管单孔同时回拖方案

四管同时回拖的敷设管道数量与四管单独回拖的一致，即2根DN100和4根DN250的MPP电缆保护管。

根据规程及国家电网公司电缆通用设计的要求，定向钻进回扩终孔必须较所有电缆保护管外径外接圆的直径的1.2倍以上，结合现有定向钻进机械的能力，回扩终孔的直径可选为 Φ1000mm，优化设计后的典型横断面见图4。

虽然理论上的回扩终孔孔径为 1000mm可满足电缆敷设要求，但实际上由于泥浆护壁或其他因素导致孔壁坍塌等因素，会使得有效孔径小于 1000mm，故而从电缆保护管的质量保证和风险控制角度而言，在比本工程更差的地层中，可考虑采用比所回拖电缆保护管外壁更大的终孔孔径。

2.3 方案比较及推荐

前述两个技术方案的优缺点比较见表2，从表2的对比中可以看出：

（1）无论采取何种钻进回拖的形式，其扩孔面积、保护管的工程量、置换泥浆的工程量是一致的。

（2）采用6管同时扩孔回拖的方案对地下空间的占用率小，符合城市地下空间规划和利用的原则，但存在着回拖管道时不同相电缆保护管相互缠绕的现象，给检修和故障后的抢修带来较大困扰，并可能存在一定的次数灾害，故而虽然该方案的施工工期相对较短，但在其他方面的技术经济效益方面不占明显优势，故不作为推荐方案。

（3）在6管分4孔分别扩孔回拖方案比较时，两个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孔管道施工时对上覆已施工或围施工的2孔电缆管道的影响，故二者相比而言，一字敷设的方案更为合理了；同时采用一字敷設方案，占用地下空间的高度较小，是该工程的推荐方案。

（4）根据不同布置方式对电缆载流量影响的计算分析，以2000mm2截面的电缆为基准，计算得到的载流量分别为：①6管同时扩孔回拖为427MVa、②6管分4孔分别扩孔回拖、矩形敷设为632MVa、③6管分4孔分别扩孔回拖、一字敷设为638MVa，故从对载流量的影响来看，也以一字敷设最优。

根据对比可知，就两个方案相比较而言，采用6管分4孔分别回拖，且采用一字敷设能有效保障管道之间的相对位置，进而保证电缆之间的相间距，提高电缆载流量，同时还可以有效解决定向钻进后两侧工井电缆之间的对应问题，避免在事故抢修时无法第一时间确认电缆的具体位置而发生次生灾害，故而是本工程的推荐方案。

3 结语

基于具体工程的地质条件和下穿越道路所具备的施工条件，在对单回路220kV电力电缆非开挖定向钻进敷设MPP电缆保护管的横断面布置方案进行对比、优化分析的基础上，提出了适用于特定工程条件的定向钻进技术方案，即采用6管分4孔分别扩孔回拖、一字敷设的横断面布置，该布置方式不仅技术经济指标最好，而且对电缆载流量也最为有利，布置方案可作为类似工程的参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国电力行业标准.DL/T 5221-2016 城市电力电缆线路设计技术规定[S].北京：2016.

[2]马保松.非开挖工程学[M].人民交通出版社，2008.

[3]国家电网公司企业标准.Q/GDW 1797.1-2013 定向钻进敷设电力电缆管道工程标准 第1部分：设计技术规范[S].北京：2013.

[4]国家电网公司企业标准.Q/GDW 1797.2-2013 定向钻进.敷设电力电缆管道工程标准 第2部分：施工及验收规范[S].北京：2013.

[5]中国工程建设协会标准.CECS 382：2014 水平定向钻法管道穿越工程技术规程[S].北京：中国计划出版社，2014.

[6]魏志强.定向钻进敷设电缆保护管轨迹优化设计研究[J].探矿工程（岩土钻掘与防护技术），2016 43（12）：85-89.

[7]中华人民共和国电力行业标准.DLT 802.7-2010 电力电缆用导管技术条件 第7部分：非开挖用改性聚丙烯 塑料电缆导管[S].北京：2011.

作者简介：罗景生（1974-），男，1996年毕业于西安理工大学给水排水工程专业，高级工程师，长期从事输电线路及地下管廊的设计和研究工作。