非开挖拉管技术在缆线敷设中的应用

石 静，李明生，高 阳

（1.窑街煤电集团有限公司技术创新中心，甘肃 兰州 730084；2.窑街煤电集团有限公司机动部，甘肃 兰州 730084；3.窑街煤电集团有限公司三矿，甘肃 兰州 730084）

1 非开挖拉管技术概况

非开挖拉管技术是一项非常成熟的非开挖技术，又称为水平定向钻技术，可在不开挖地表的情况下进行管道敷设，有效避免管线施工对路面的扰动、环境的污染，且施工成本较低，周期较短，综合效益较高。

非开挖拉管技术主要是采用地下定位系统，通过导向、分级扩孔的方法，确保钻机按预定的轨迹行成导向孔，从而达到准确铺管的目的。钻机就位后开始钻进，首先是钻一个导向孔，在钻进的过程中，钻头是偏心的钻头，泥浆系统注入高压水，高压水往外喷射，在喷射的过程中调整钻进的方向。导向孔施工完成后，卸掉导向钻头，根据管径选择对应规格的扩孔器进行安装，最后拉管回拖。

导向孔按照设计的曲线钻进，每钻进一根钻杆，导向员测量一次，利用导向头内探头盒发射的电磁波读取钻孔的深度、顶角、钻具面向角等基本参数[2]。该技术主要包括导向孔的施工及扩孔拉管技术，其中最为关键的是导向孔的设计和施工，在导向孔设计和施工之前必须有现场详细的地勘资料。

非开挖拉管技术施工的钻具、仪器、设备主要有导向钻具、钻杆、反向扩孔器、钻进液等。

2 应用案例

窑街煤电集团公司三矿新建1 座膏体充填站，用电负荷约3400 kW，双回路电源均引自二平台变电所，单回供电距离约2.5 km，其中二平台变电所至绿锦环保公司院内选用绝缘导线敷设，绿锦环保公司至三矿膏体充填站选用交联聚氯乙烯电缆敷设。电缆敷设时须穿过窑街镇荣鑫大道，现有的荣鑫大道两侧均架设有10 kV 市政线路，不便于新增线路的敷设。同时为了美化市容市貌，当地政府要求新建道路优先选择缆线入地，因此，膏体充填站电源进线只能采用暗敷设。

传统的缆线暗敷设方式有直埋、排管、电缆沟、电缆隧道等，这些方法对于车流量较小的道路可以，而且最好采用分段开挖回填的方式，但遇到车流量大的道路这些施工方式就不能满足要求了。若对荣鑫大道路面进行开挖，施工期间势必导致周围交通堵塞、破坏已有的基础及道路设施、造成环境污染等一系列问题。

目前我国管线施工非开挖方式主要有顶管技术和水平定向钻技术两种。顶管技术需要在顶管的两侧各挖一个大坑，然后把机器放进坑里，边钻边顶过去，一般适用于大管径的管路敷设，这种技术工程量大、造价高、工期较长。

水平定向钻技术一般不受管路埋深的影响，该技术适用于小数量、小管径的管线施工，满足当前的环保要求，因此在本项目电源进线施工中采用非开挖水平定向钻技术施工。

经现场踏勘、调取荣鑫大道及三矿洗煤厂相关设计图纸后，缆线所经过路径未有其他管道和缆线，周围地质及施工技术条件较好。本次非开挖拉管要求管路埋深≥1.2 m（冻土层以下），穿越直线距离约40 m。

2.1 定向钻机的选用

结合现场的地形、已有地下管线、周围地质条件、设计曲线、施工方案及施工组织设计等因素，确定钻孔设备采用DDW-15T 型水平定向钻机施工，该钻机给进—回拖力为15 t。控向系统选用美国生产的F5控向仪。

2.2 拉管材质选择

根据工程特点选择MPP 电力电缆保护管[3]，MPP 管采用改性聚丙烯为主要原材料，具有抗高温、抗压、较好的电气绝缘性、质轻光滑摩擦阻力小、可热熔焊对接等特点。膏体充填站供电电源选用MYJV22-6/10 kV 3×95 mm2型交联聚氯乙烯铠装电缆2根，选用外径100 mm的Mpp管2根独立穿管敷设。

2.3 定向施工

施工场地的布置。三矿洗煤厂围墙侧为定向钻入土点、钻机的安装点和钻具的堆放点，施工工作坑的规格尺寸为：2 m（长）×3 m（宽）×3 m（深）；绿锦环保公司围墙侧为钻头的出土点；出土角、入土角均为18°[4]。

钻进液。钻进液可冷却、润滑钻头，软化地层，辅助破碎地层，调整钻进方向，携带碎屑，稳定孔壁，回扩和回拉时润滑管道。本次定向钻采用膨润土泥浆并添加少量聚合物作为钻进液，是土和水的混合物。导向孔施工完成后，泥浆可稳定孔壁，便于回扩。

定向施工。本穿越工程的主要几个工序：测量放线→工作坑开挖→定向钻进导向孔施工→反向扩孔、成孔→牵引管线→回填→清场。施工工艺流程如图1所示。

图1 非开挖拉管技术施工工艺流程

钻进时保持推力均匀，匀速前进，根据阻力大小判断是否有硬物或土层的变化，以确定注水机给水压力及给水量。当遇到坚硬物质不能正常钻进时，记录钻杆长度，确定障碍物位置，重新改移钻进路径或者更换钻头。施工时使用的导向系统，使钻机操作者可直接掌握孔内信息，可据此做出必要的轨迹调整。

施工注意事项。施工前应该仔细研究、调查清楚已有地下管线的情况；全面掌握周围地质情况；钻进速度不宜过快，应根据地层条件合理调定给进力；施工时，每次顶进尺度控制在0.5 m左右，曲线段施工时速度要慢；钻杆内不得进杂物，以免堵塞钻头喷嘴；不允许使用弯曲和有伤的钻杆；钻杆的上、下接头应对正，缓慢给进动力缓慢转上扣，不得拧得过紧；拉管时，及时封堵管口，避免管内有积水。

2.4 存在的问题

施工中常见的问题是防沉降，本工程根据周围图纸及施工经验，在拉管施工中，2 m 以下的较小管段基本上不会出现明显的下降，故本项目施工中不考虑路面沉降的问题。

定向钻井技术中，由于须避开常见的地下障碍物、河流等管道，管道铺设的埋深远远大于正常排水管的埋深，局部深度甚至大于5 m。一旦管道有这样的深度泄漏，挖掘和紧急修复就无法实施。有一种可行的方法是取消整个非开挖管道的新排水管，但会增加维修成本和难度。

管材接口制作不标准，影响工程整体施工质量。

3 效益分析

3.1 安全效益

非开挖拉管技术不开挖地面，可有效避免埋深沟槽开挖施工时的塌方问题，无需施工人员在地下管沟内施工，防止作业人员由于施工带来的安全问题，是一种安全有效的施工技术。

3.2 经济效益

非开挖拉管技术施工周期短，施工各类成本较低，本工程从设备进场到离场共计约5 h，施工效率高。由于本次直线穿越距离较短（约40 m），非开挖施工较开槽施工节省投资约1 万元，但在长距离地下缆线敷设中经济效益更突出，节省投资更明显。

3.3 社会效益

非开挖施工时产生的噪音及振动很小，不扰民，避免了开挖时尘土飞扬、泥泞不堪的现象，不影响周边环境及交通的正常通行，社会效益较明显。