朱奕弢

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司， 浙江 湖州 313000)

非開(kāi)挖電力拉管注漿保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

朱奕弢

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司， 浙江 湖州 313000)

針對(duì)目前非開(kāi)挖電力拉管運(yùn)行過(guò)程中遭受外力破壞事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)多種注漿施工方法進(jìn)行分析比較，提出可行的注漿保護(hù)方案，并對(duì)施工工藝和材料選擇進(jìn)行研究，旨在提高非開(kāi)挖電力拉管的運(yùn)維可靠性.

非開(kāi)挖拉管； 注漿保護(hù)； 施工方案

0 引 言

近年來(lái)，由于適用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性佳、無(wú)須開(kāi)挖等優(yōu)勢(shì)，非開(kāi)挖拉管技術(shù)在國(guó)內(nèi)電力電纜工程中得到廣泛的應(yīng)用，在許多道路、河流、建筑物不適宜開(kāi)挖的地段，大量使用了水平定向鉆進(jìn)非開(kāi)挖拉管技術(shù)敷設(shè)電纜.由于受水平定向鉆進(jìn)技術(shù)的限制，非開(kāi)挖拉管軌跡的運(yùn)維資料很難達(dá)到高度精確，電力電纜管線位置和埋深不夠清晰，且水平定向鉆進(jìn)用的管道在地下是裸露的，極易受到外力的破壞，給電纜的安全運(yùn)行和工程建設(shè)帶來(lái)很大的安全隱患.

全國(guó)各地已經(jīng)多次發(fā)生地下穿越施工“撞車”事故，在電力系統(tǒng)內(nèi)部也造成過(guò)多次電纜非開(kāi)挖管線破壞導(dǎo)致的跳閘故障，帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)面的社會(huì)影響，因此亟需采用技術(shù)手段對(duì)電力拉管進(jìn)行結(jié)構(gòu)性保護(hù).注漿保護(hù)是實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)的一種保護(hù)方式.本文從理論分析、施工方案比較、注漿工藝、材料優(yōu)選等方面對(duì)拉管注漿保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析.

1 研究背景

1.1電力拉管技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

電力拉管技術(shù)是非開(kāi)挖鉆探技術(shù)在地下電力管線工程中的拓展和延伸，是利用巖土鉆掘、定向測(cè)控等技術(shù)手段，在不開(kāi)挖地表的條件下進(jìn)行地下管線鋪設(shè)，有效減少電纜施工對(duì)地面設(shè)施和交通的影響.

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，電力電纜工程使用非開(kāi)挖拉管在敷設(shè)方式中所占的比例越來(lái)越高，其它地下管線也日趨增多，而精確的施工控制技術(shù)和定位技術(shù)卻沒(méi)有跟上發(fā)展的步伐，地下廊道呈現(xiàn)密集化、雜亂化，并逐漸形成了管線雜亂→管線位置沖突→路徑隨意避讓→管線更為雜亂→更多沖突的惡性循環(huán)，連年來(lái)在市政管線施工過(guò)程中由于受多種因素的影響，如野蠻施工、溝通不到位、電力電纜定位信息誤差等，電纜拉管遭受機(jī)械性外力破壞的事故時(shí)有發(fā)生，造成了相當(dāng)大的民生和經(jīng)濟(jì)損失.

1.2電力拉管保護(hù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

針對(duì)上述的非開(kāi)挖電力拉管遭受外力破壞事故，國(guó)內(nèi)電力行業(yè)已對(duì)拉管的保護(hù)措施進(jìn)行相應(yīng)的研究，并取得了一定的成果.

部分電纜使用頻繁的地區(qū)已經(jīng)著手開(kāi)展針對(duì)拉管保護(hù)的地方性規(guī)程制定.如上海市電力公司頒布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水平定向鉆進(jìn)鋪設(shè)電力管道工程技術(shù)規(guī)程》第6.3.3.5規(guī)定：回拖鋪管結(jié)束后，必須在回?cái)U(kuò)孔內(nèi)壓密注漿，固化泥漿的配制及充填應(yīng)參照上海市《地基處理技術(shù)規(guī)范》(DBJ08-40-94)中有關(guān)工藝的要求進(jìn)行.這些經(jīng)驗(yàn)?zāi)壳耙言谛袠I(yè)進(jìn)行局部試點(diǎn)推廣.

截止目前，尚未有全行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉管注漿作出詳細(xì)的技術(shù)性規(guī)定，這就使得各地、各施工單位在電力拉管注漿保護(hù)施工過(guò)程中的施工工法、質(zhì)量控制、注漿工藝不盡相同，最終形成的保護(hù)程度也有較大的差別，并且由于注漿保護(hù)的最終效果難以量化確定，也沒(méi)有相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐，因此注漿保護(hù)仍停留在理論分析階段.

2 拉管注漿施工方案的選擇

2.1拉管施工方法

電力拉管技術(shù)主要包括導(dǎo)向孔鉆進(jìn)和擴(kuò)孔拉管兩部分：先利用導(dǎo)向鉆機(jī)，隨鉆測(cè)量?jī)x以及有關(guān)鉆具沿鋪設(shè)管線的設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)一個(gè)導(dǎo)向孔，然后回拉擴(kuò)孔，將孔徑擴(kuò)大到鋪管所需口徑，并將管線同步或分步回拖，拉入孔內(nèi)[1]，實(shí)現(xiàn)非開(kāi)挖鋪設(shè)管線.對(duì)于多回路電力電纜，通常要求每一回路的管線單獨(dú)進(jìn)行拖拉.

拉管鋪設(shè)地下電力管線技術(shù)施工工藝流程為：現(xiàn)場(chǎng)勘查→導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)→測(cè)量放線→開(kāi)挖工作坑→配制鉆進(jìn)液→鉆機(jī)就位→導(dǎo)向孔鉆進(jìn)→擴(kuò)孔→拉管回拖→回填→牽引電纜.

拉管施工過(guò)程中，回拖是定向穿越的最后一步，也是最為關(guān)鍵的一步.管道焊縫和管道強(qiáng)度檢驗(yàn)合格后，即可進(jìn)入拉管施工.首先用現(xiàn)場(chǎng)制作的管封套將管頭密封，然后在管頭后端接上回?cái)U(kuò)頭，管后接上分動(dòng)器進(jìn)行接管，將管子回接到工作井后，卸下回?cái)U(kuò)頭、分動(dòng)器，取出剩余鉆桿，堵上封堵頭，進(jìn)行水壓試驗(yàn).施工時(shí)，拉管機(jī)操作人員要根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)均勻平穩(wěn)地牽引管道，切不可生拉硬拽[2].

常規(guī)的拉管施工方案中并未考慮注漿保護(hù)這一步驟，拉管注漿的施工方案應(yīng)在不顛覆拉管常規(guī)施工方案的前提下選擇，且應(yīng)滿足現(xiàn)有的施工機(jī)械和技術(shù)條件要求.

2.2幾種拉管注漿方案

拉管注漿方案的選擇應(yīng)根據(jù)拉管長(zhǎng)度、深度、管徑、現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)、施工機(jī)械、限制條件等因素確定，不同的條件因選擇適宜的注漿方案，目前常用的有以下四種注漿方案：

第一種注漿方案：擴(kuò)孔完成后回拖拉管時(shí)在管束中加入一根前端封閉、直徑約為15 cm的導(dǎo)管(材料可與電纜拉管相同)，在導(dǎo)管上每隔0.3～0.5 m預(yù)先鉆出直徑約4～6 cm的噴漿孔，并將該注漿管與管束一同進(jìn)行回拖，回拖完成后，向該管內(nèi)進(jìn)行加壓注漿，達(dá)到理論注漿量后即完成注漿，注漿管與管孔束成為一體，永久留結(jié)于管內(nèi).

第二種注漿方案：前段工作與第一種方案相同，即擴(kuò)孔完成后回拖拉管時(shí)在管束中加入一根前端封閉的導(dǎo)管，直徑約為15 cm，但僅在導(dǎo)管頂部約3～5m段預(yù)先鉆直徑約4～6 cm的噴漿孔，隨著拉管回拖過(guò)程，對(duì)注漿管頂部進(jìn)行加壓注漿，根據(jù)注漿速度和理論注漿量控制回拖的速度，當(dāng)拖管完成時(shí)注漿工作也同時(shí)完成，注漿管與管孔束成為一體，永久留結(jié)于管內(nèi).

第三種注漿方案：前段工作與第一、二種方案相同，即擴(kuò)孔完成后回拖拉管時(shí)在管束中加入一根前端封閉的導(dǎo)管，直徑約為15 cm，在導(dǎo)管上每隔1.0～2.0 m預(yù)先鉆直徑約4～6 cm的噴漿孔，整體完成拉管回拖后，在注漿管兩端分別加壓向中間注漿，此時(shí)注漿壓力不宜過(guò)大，以確保漿液逐漸向注漿管最低處聚合，待整管充滿漿液后，加大兩端注漿壓力，使所有注漿孔同時(shí)注漿，達(dá)到理論注漿量后即完成注漿，注漿管與管孔束成為一體，永久留結(jié)于管內(nèi).

第四種注漿方案：擴(kuò)孔階段適度增大擴(kuò)孔直徑(常規(guī)情況下擴(kuò)孔直徑為管線束總直徑的1.2～1.5倍，注漿時(shí)擴(kuò)孔直徑宜取較大值)，完成拉管回拖后適度對(duì)拉管進(jìn)行放松，以確保拉管盡量沉淀在擴(kuò)孔的下方，隨即使用頂部帶注漿孔的鉆桿(可用鉆進(jìn)時(shí)注鉆進(jìn)液的鉆桿設(shè)備)進(jìn)行二次鉆進(jìn)，其位置盡量控制在已敷設(shè)拉管的上方，鉆至對(duì)側(cè)孔口后將鉆桿回拖，同時(shí)鉆桿頂部施加壓力，隨著鉆桿的回拖過(guò)程對(duì)擴(kuò)孔逐步進(jìn)行注漿，根據(jù)注漿速度和理論注漿量控制鉆進(jìn)的速度，當(dāng)鉆桿在對(duì)側(cè)擴(kuò)孔拖拉出孔后，拖出鉆桿，完成擴(kuò)孔的注漿保護(hù).

2.3拉管注漿方案的優(yōu)劣

上述四種注漿方案在實(shí)際工程中均已得到應(yīng)用，基于理論分析和工程實(shí)踐反饋，對(duì)四種注漿方案進(jìn)行分析，其優(yōu)劣及適用情況見(jiàn)表1.

表1 四種注漿方案的優(yōu)劣及適用范圍

由于地下拉管注漿在漿體凝結(jié)后與拉管成為一體，無(wú)法采用常規(guī)手段對(duì)漿體的分布特征、強(qiáng)度指標(biāo)和漿體純度等數(shù)值進(jìn)行精確測(cè)定，因此上述的幾種注漿方案分析是基于理論的，在實(shí)際工程中應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，并結(jié)合必要的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行選擇.

3 注漿施工方案優(yōu)化

非開(kāi)挖電力拉管注漿漿體凝結(jié)后的強(qiáng)度、整體性、形狀和位置等因素決定了其保護(hù)性能，即漿體凝結(jié)成型后須有良好的整體性、較高的強(qiáng)度、較大的保護(hù)厚度，且漿體位置宜在管束的上方及側(cè)部方能達(dá)到最佳的保護(hù)性.

在拉管注漿保護(hù)施工過(guò)程中，注漿材料與保護(hù)體的強(qiáng)度直接相關(guān)，注漿量、注漿速度關(guān)系到漿塊最終的整體性和形狀，注漿管的布置則與漿塊的形狀和位置有關(guān)，這幾項(xiàng)施工工藝決定了注漿保護(hù)的效果.以下是對(duì)此的分析研究.

3.1注漿材料

注漿材料的選擇在一定程度上決定了拉管注漿的強(qiáng)度和施工時(shí)間，基于拉管注漿的工程特性，對(duì)注漿材料也有較為特殊的要求.

注漿材料的主要目的是在拉管上方形成結(jié)構(gòu)性保護(hù)，水泥漿液、硅化漿液均滿足這一要求，考慮到經(jīng)濟(jì)性和施工便利性，通常使用水泥漿液作為首選材料.注漿材料的性能應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、地下水等因素確定，注漿前需進(jìn)行漿液配比試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，檢驗(yàn)施工方法和設(shè)備.

拉管注漿最終成型并非理想的環(huán)狀或板狀，而是呈不規(guī)則狀，這使得不同部位的漿塊厚度有較大的差別，即保護(hù)可能存在薄弱點(diǎn)，甚至在未收到外界沖擊時(shí)就出現(xiàn)自發(fā)性整體斷開(kāi)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響保護(hù)性.為實(shí)現(xiàn)最佳的保護(hù)性能，要求注漿材料應(yīng)具有較好的強(qiáng)度和很好的韌性.

根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，C30強(qiáng)度的水泥漿已完全能夠滿足漿體的抗壓要求，繼續(xù)提高水泥漿的抗壓等級(jí)只會(huì)造成無(wú)謂的浪費(fèi)，但水泥漿的韌性即抗彎能力是不足的，即使提高水泥漿等級(jí)也效果不佳，尤其是在有地下水流動(dòng)的地段，可以考慮在水泥漿中適度加入添加劑，以增強(qiáng)漿體的韌性和防滲性，確保漿塊最終成型的整體性和抗彎性能.

注漿材料的初凝時(shí)間應(yīng)在滿足施工方案的前提下盡量縮短，以減少漿體在孔內(nèi)往下流動(dòng)的趨勢(shì)，盡量提高管孔上部的注漿量，可在水泥漿中適度加入速凝劑，這已是一種十分成熟的技術(shù).

3.2注漿量

拉管注漿量與最終漿塊的形態(tài)、整體性有著極為密切的關(guān)系，合理地確定注漿量，不僅有利于注漿保護(hù)性能的提升，也能避免不必要的浪費(fèi).在實(shí)際工程中，注漿量取決于地基土的性質(zhì)和漿液的滲透性，拉管保護(hù)注漿的理論注漿量和實(shí)際注漿量是不同的.

拉管保護(hù)注漿的理論注漿量計(jì)算方法為：

V=π(D2-d2)L/4.

式中：V為理論注漿量(m3)；D為擴(kuò)孔直徑(m)；d為管束直徑(m)；L為拉管總長(zhǎng)度(m).

在施工過(guò)程中，實(shí)際注漿量可能與理論注漿量存在差別：當(dāng)注漿時(shí)間較長(zhǎng)，或由于護(hù)壁措施不利，擴(kuò)孔出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象時(shí)，實(shí)際注漿量會(huì)小于理論注漿量；當(dāng)注漿壓力較大或土質(zhì)為淤泥，噴漿過(guò)程中漿液將孔壁擊潰時(shí)，則可能出現(xiàn)超灌現(xiàn)象.

上述兩種情況會(huì)降低拉管注漿的實(shí)用性：注漿量過(guò)少會(huì)造成漿體厚度無(wú)法達(dá)到保護(hù)要求；超灌量過(guò)大則會(huì)使注漿保護(hù)方案的經(jīng)濟(jì)性下降，因此在實(shí)際工程中，應(yīng)在施工前明確地質(zhì)情況，制定擴(kuò)孔保護(hù)方案，盡可能使實(shí)際注漿量接近理論注漿量，當(dāng)由于地質(zhì)條件引起超灌可能時(shí)，宜遵循注漿量寧多勿少的原則.

3.3注漿速度和注漿壓力

不同的施工方案對(duì)拉管注漿的時(shí)間有不同的要求，注漿時(shí)間應(yīng)確保以下幾個(gè)條件：

(1) 注漿時(shí)間應(yīng)短于漿液的初凝時(shí)間；

(2) 注漿時(shí)間應(yīng)滿足施工機(jī)械的要求；

(3) 當(dāng)注漿管與拉管同時(shí)回拖時(shí)，注漿時(shí)間應(yīng)滿足拉管回拖的施工要求.

拉管的理論注漿時(shí)間計(jì)算方法為：

t=V/nk.

式中：V為理論注漿量(m3)；n為總注漿孔數(shù)；k為注漿速度(m3/s).

實(shí)際工程中，若使用中小型機(jī)械，拉管的長(zhǎng)度一般在300 m以下(超過(guò)300 m需使用大型機(jī)械，屬于非常規(guī)拉管)，常規(guī)的拉管管孔集束(單回路)直徑在40 cm左右，擴(kuò)孔直徑為管線束直徑的1.2～1.5倍，即擴(kuò)孔孔徑在48～60 cm之間，按最大擴(kuò)孔孔徑計(jì)，其截面空隙約為1 500 cm2，按每隔1 m開(kāi)一個(gè)注漿孔，每孔注漿速度200 cm3/s計(jì)，完成一個(gè)直徑60 cm、長(zhǎng)度100 m管孔的注漿大約需要12 min左右，可滿足漿液的初凝時(shí)間和施工要求.類似的拉管注漿時(shí)間可依此方法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)拉管長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)，由于注漿壓力沿孔損失值的增加和總注漿量的上升，需要對(duì)注漿方案進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，避免漿體不能滿充整個(gè)擴(kuò)孔或注漿時(shí)間超過(guò)漿體的初凝時(shí)間.

如果采用的施工方案是拉管回拖與注漿同時(shí)進(jìn)行，則注漿速度還應(yīng)滿足拉管回拖的施工要求.

在淤泥或淤泥質(zhì)粉土地質(zhì)帶，注漿壓力宜控制在0.2 MPa以下，并應(yīng)滿足全管噴漿壓力的要求；在黏性土中，注漿壓力宜控制在0.2～0.3 MPa之間，對(duì)于其它特殊的地質(zhì)條件，應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)行噴漿壓力的調(diào)試取得最佳值，以滿足全管噴漿，并避免過(guò)度超灌為準(zhǔn)[3].

3.4注漿管布置形式

注漿管的布置與漿體最終在孔內(nèi)的形態(tài)有直接關(guān)系，若注漿管處于管束下方，則絕大部分漿液在重力的作用下會(huì)沉淀在孔的底部，對(duì)拉管最易受損的上部幾乎無(wú)法起到保護(hù)作用，因此在注漿管的牽拉過(guò)程中，應(yīng)盡量確保注漿管位于管束的上方，再輔以漿液的速凝性能，方能確保大部分漿體處于管孔上方及側(cè)部.

實(shí)際施工時(shí)，若注漿管與拉管同時(shí)回拖，則會(huì)在拖拉時(shí)的扭力作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，即使兩端進(jìn)出口注漿管位于管束上方，也難以確保注漿管在地下的位置，這也是推薦使用注漿管二次拖拉或噴漿鉆桿二次鉆進(jìn)方案的主要原因.

4 應(yīng)用前景及存在的問(wèn)題

注漿是目前對(duì)拉管進(jìn)行保護(hù)的最具可行性、效果最明顯的方案，但由于受技術(shù)、施工質(zhì)量、注漿材料特性、施工等因素的影響，對(duì)非開(kāi)挖拉管的保護(hù)尚未達(dá)到理想狀態(tài)，無(wú)法確保包漿位置位于拉管上方及兩側(cè)最需要保護(hù)的位置，大部分漿體沉淀在擴(kuò)孔的側(cè)下方，嚴(yán)重影響了注漿對(duì)拉管的保護(hù)性能；由于漿體在噴射中與周圍泥漿混雜，大大降低了最終的水泥強(qiáng)度，只能承受較小的沖擊荷載，一旦拉管受到?jīng)_擊性的機(jī)械打擊，水泥極易開(kāi)裂，失去保護(hù)性能.

基于上述問(wèn)題，在今后拉管注漿保護(hù)技術(shù)發(fā)展的研究中，應(yīng)著重改良注漿材料的性質(zhì)，并依托試驗(yàn)針對(duì)不同地質(zhì)、水文條件下合理的注漿量和注漿速度進(jìn)行進(jìn)一步分析，以滿足推廣應(yīng)用的要求.

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著城市化建設(shè)的推進(jìn)和地下管網(wǎng)的日趨密集，非開(kāi)挖拉管在電力電纜設(shè)施中的應(yīng)用日益增多.對(duì)非開(kāi)挖電力拉管采取保護(hù)措施是拉管施工的發(fā)展趨勢(shì).本文通過(guò)對(duì)拉管注漿這一目前最佳的保護(hù)方案進(jìn)行理論分析，對(duì)不同施工方案進(jìn)行比較，并對(duì)注漿工藝和材料選擇提出優(yōu)化方案，其研究結(jié)果不僅可在電力拉管施工中廣泛推廣使用，也對(duì)其它市政管線施工有一定的指導(dǎo)意義.

[1] 阮文軍.注漿擴(kuò)散與漿液若干基本性能研究[J].巖石工程學(xué)報(bào),2005,27(1):69-73.

[2] 楊米加,陳明雄,賀永年.注漿理論的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2001,20(6):839-841.

[3] 劉聰.淺談電力拉管建設(shè)管理中存在的問(wèn)題及解決方法[J].天津電力技術(shù),2007(2):36-38.

OntheApplicationofGroutingProtectionTechnologyinNon-excavationElectricPowerPipe

ZHU Yitao

(Huzhou Power Supply Company, Zhejiang Electric Power Corporation, State Grid, Huzhou 313000, China)

Non-excavation electric power pipe is often damaged by external force, so the methods of grouting protection were analyzed in the paper. The construction technology and material selection were studied, and the plans of grouting protection were presented in order to improve the operational reliability of non-excavation electric power pipe.

non-excavation electric pipe; grouting protection; construction plan

2016-10-20

朱奕弢,工程師,研究方向:輸電路結(jié)構(gòu)技術(shù)研究.E-mail：37567972@qq.com

TU994

A

1009-1734(2017)08-0039-05

[責(zé)任編輯吳志慧]