钢管定向钻进技术在高压电缆穿越运行铁路中的应用

钢管定向钻进技术在高压电缆穿越运行铁路中的应用

杨盛楠孙楠

（国网天津市电力公司经济技术研究院天津300171）

摘要：随着电网建设的不断深入，电网建设中外部环境的变化遇到了一些新的问题，本文主要是针对高压电缆建设中遇有与运行铁路、公路等路径交叉情况下的钢管定向钻进技术实际应用。为了满足施工和运行的方便，在实际工程中引进钢管定向钻进防护套管技术，充分分析施工区域地质条件、地下物分布、建筑物、铁路、道路等地上物情况，对其进行了适应电缆施工、运行的优化设计，从而达到安全、可靠、方便施工和运行维护的目的。

关键词：高压电缆钢管定向钻进防护套管

引言

随着自电网建设迅猛发展，但输电线路建设的内部环境和外部空间却越来越小。其中为节约市区土地资源，市区电网多规划为电缆工程，市区地下地上空间拥挤，不可避免地与铁路、通讯、水暖及其他市政管线交叉重叠，路径选择困难，导致工程延期、缓期建设。如何应对新形势，最大限度地满足电网建设需要已成为技术部门不断研究的课题。本文从设计角度围绕便于施工、利于运行，降低造价及对邻近设施影响等方面，对电缆线路创新设计和新型施工技术的应用进行探讨。与设计、施工单位、生产厂商紧密合作制定切实可行的技术方案，并在实际工程中优化应用。

2实际应用概况及环境调查

2.1工程概况

该技术在海门-新华路220千伏电缆线路工程中得到实际应用，主要涉及穿越塘沽南站铁路7条，通车公路一条。

电力电缆2回共计6根，分2束、每束3根下穿铁路。电缆防护采用2根内径φ710钢管。为保证电缆的正常使用和施工期间铁路行车安全，采用定向钻进穿越、铺设防护套管，实现电力电缆的穿越铁路。每隔钻孔内敷设1根外景738mm钢管和两根φ50mmHDPE管并绑扎成管束穿越铁路，用于防护套管就位后注水泥浆固化管道周围土体。防滑套管内的电力电缆布置情况。此种敷设方式采用水平定向钻进技术，铺管精度较高，适用管材广，可呈弧线铺管灵活避让各类地下设施。

2.2铁路现状

定向钻进防护套管工程位于塘沽南站内，交叉角度53度44分。既有运行铁路为普通线路，50kg/m钢轨，铺设钢筋混凝土枕木，铁路附近及两侧有各种地下电缆、光缆和各种既有管线。

2.3地质情况

表层为素填土；第二层为杂填土；第三层为素填土；第四层为淤泥质黏土；第五层为粉质黏土；第六层为淤泥质黏土；地下水位随季节有所变化，水位年变幅为0.50~1.00m左右。地下潜水稳定水位埋深约为2.00~2.50m。土壤最大冻结深度：0.60m。地震基本烈度：Ⅶ度。

3主要技术方案

3.1穿越轨迹设计

根据既有铁路、道路、地下管线及其他建筑物和地质勘查资料，确定在塘沽南站东侧围墙外布置工作场地（工作坑），在塘沽南站西侧围墙外布置回钢管管道的加工作业场地（接受坑）。

工作坑及接受坑均采用原地面下挖1.5m，工作坑长10m，宽6m，采用145钢板桩防护基坑，可见做泥浆循环池。每根工字钢长4m。接受坑长5m，宽6m，两钻孔自工作坑（钻孔工作场地）斜向入土，入土、出土角度均采用15度，至适当位置采用曲率半径为100m的竖向曲线过渡至水平钻孔段，穿越既有铁路、各种管线后再采用曲率半径为100m的竖向曲线与接收坑方向钻孔相连。

最终成孔直径900mm，扩孔比为1.25，满足扩孔比大于1.2的要求。在实际应用中，单个钻孔长度为192.8m，水平长度为190.9m，两个钻孔总长度为385.6m。

3.2套管设计

（1）管材选用及布置

防护套管成品管材采用2根外景738mm钢管穿越铁路，壁厚14mm，管材为Q235B。套管布置2个钻孔，钻孔间距采用1.9m，空间净距1.0m。

（2）管材焊接

钢管焊接质量满足《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GBJ50236，确保现场焊接质量。

（3）钢管防腐处理

钢管在外防腐涂装前的除锈等级严格按照《涂覆涂料钢材表面处理表面清洁度的目视评定》（GB8923.1-2011）执行，人工除氧化皮、铁锈时，其质量标准达St3级；喷砂或化学除锈时，其质量标准应达Sa2.5级。.

3.3主要施工工艺

（1）导向孔施工

导向孔是工程的最重要阶段，它决定需要铺设的管道的最终位置，根据现场放线的管道水平位置，在要求深度范围内钻孔，采用小直径钻杆按预先设定的入土点和入土角度钻入地层。

采用无缆导向仪，配合导向钻头实现导向钻进，随钻随测；在钻进液的辅助作用下，按照设计轨迹完成导向孔施工。在导向孔施工时，导向孔要尽量保持舒缓状态，每钻进4.0米测量一次深度及水平位置，随时监视钻头倾角和左右偏差；导向钻头偏差不超过±2%，上下左右偏差控制在50mm左右。纠偏幅度不能过大，以保证管线的顺利回拖。

（2）扩孔

以本工程为例，导向孔贯通后钻孔需要四级扩孔，分别扩至D350mm、D500mm、D650mm和D900mm；配置的钻进液要确保钻孔稳定，钻屑悬浮可靠，避免塌孔。

在实际应用过程中可根据实际需求选择扩孔尺寸、根据地质条件确定是否增加扩孔次数（观察钻机扩孔时的扭矩和回拖阻力，决定是否终止扩孔实施管道回施）

（3）回拖铺管

在扩孔完成前，需做好回拖铺管（防护套管）前的准备工作。管道焊接两根均至全长195m，完成管道管头制作和管道封口）。

在清孔钻头出土后，进行防护套管管道回拖施工。防护套管回拖施工时，确保沉着、匀速回拖，时刻关注回拖压力表、水压表、旋转压力表的变化情况，管道入孔后的回拖力会缓慢上升，根据回拖速度通过钻机注浆系统对钻孔注入触变泥浆，按照每孔米1.5m3标准加注。保证管道回拖前、后孔洞稳定性，防止塌孔和达到回拖过程中的减阻效果。如果出现回拖力突然上升，应采取加大泵量、加大化学泥浆减阻等技术措施，保证回拖力维持在允许范围内，直至回拖套管施工完毕。

（4）管周注浆

每个钻孔内敷设1根外景738钢管和两根φ50mmHDPE管并绑扎成管束穿越铁路和2根φ50mmHDPE管用于防护套管就位后各自钻孔内的注水泥浆固化管道周围土体。

4结束语

通过设计、施工技术的不断创新，钢管定向钻进技术在高压电缆穿越运行铁路中的应用，在非开挖施工方法中，与顶管技术以及盾构技术相比较，施工时间更短，工程造价更低，为高压电缆工程穿越城区运行铁路、公路等提供了安全、可靠的技术支撑。

作者简介：

杨盛楠（1990.1-），女，天津市人，天津理工大学电气工程及其自动化学士，助理工程师，单位：国网天津市电力公司经济技术研究院，研究方向：高压电网工程建设（220千伏及以上）。

孙楠（1988.9-），男，天津市人，天津大学电气工程及其自动化学士，助理工程师，单位：国网天津市电力公司经济技术研究院，研究方向：高压电网工程建设（220千伏及以上）。