中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司 北京 102600

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背景

近幾年，我國(guó)城市地下綜合管廊施工大部分采用明挖的方式，雖然施工過(guò)程簡(jiǎn)單，但其可能會(huì)對(duì)現(xiàn)狀主干道路進(jìn)行破壞，拆遷的經(jīng)濟(jì)成本較高，另外，拆遷過(guò)程中存在的釘子戶甚至有可能影響工程進(jìn)度[1]。此時(shí)，考慮采用非開(kāi)挖技術(shù)。

在地下綜合管廊分支口施工過(guò)程中，非開(kāi)挖技術(shù)施工可最大限度降低對(duì)交通和環(huán)境的影響，采用水平定向鉆方法可以直接將電力管道從分支口引出，避免了因開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境造成的影響。

1.水平定向鉆的施工工藝

1.1 水平定向鉆的工作流程

水平定向鉆進(jìn)是指在不開(kāi)挖地表的條件下，采用水平定向鉆機(jī)成孔并敷設(shè)管道的方法[2]。它的工作流程如下：

（1）鉆孔泥漿配制

泥漿的配置方法需要根據(jù)地層條件、管道穿越深度及長(zhǎng)度來(lái)決定。

鉆孔內(nèi)泥漿量按下式計(jì)算：

式中: V-鉆孔泥漿用量（m2）；k-比例系數(shù)，取值范圍為3～5，一般取3；D-大孔直徑（m）；d-小孔直徑（m）

（2）先導(dǎo)孔鉆進(jìn)

鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭將鉆孔的位置參數(shù)發(fā)送到地面的鉆進(jìn)規(guī)劃軟件，操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整實(shí)際鉆進(jìn)軌跡,確保達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

（3）擴(kuò)孔

導(dǎo)向孔完成后,需將鉆孔孔徑擴(kuò)大至鋪設(shè)管道所需的直徑，一般為管徑的1.5～2.0倍?；?cái)U(kuò)時(shí)如果回?cái)U(kuò)一次不能滿足要求,可回?cái)U(kuò)多次。

（4）拖管

鉆孔回?cái)U(kuò)完成后，即可拖入需要鋪設(shè)的管道，可將最后一次擴(kuò)孔與拖管同時(shí)進(jìn)行。

1.2 水平定向鉆工程設(shè)計(jì)

1.2.1 管道設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行管道回拖時(shí)，需要考慮到管道所能承受的最大回拖力。

式中: F-管道所能承受的最大回拖力（N）；σ-管道的屈服強(qiáng)度（MPa）；D1-管道外徑（m）；D-管道內(nèi)徑（m）；N-安全系數(shù)，給水、排水、通信、電力管道等低壓管道取2.0，燃?xì)獾雀邏汗艿廊?.0

1.2.2 穿越軌跡設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)水平定向鉆穿越軌跡時(shí)一般需要考慮三個(gè)方面，一是所鋪設(shè)的管道穿越地下的深度和水平長(zhǎng)度，二是需要避開(kāi)地下管線和建（構(gòu)）筑物，三是鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆進(jìn)角度及弧度的控制。

（1）水平定向鉆的穿越軌跡應(yīng)按下公式計(jì)算：

圖1.2.2（1） 穿越軌跡設(shè)計(jì)圖

式中: α-入土角（°）；R-曲率半徑（m）；a-入土端直線段的水平長(zhǎng)度（m）；h-入土端底部直線段與地面的高度（m）；b1-入土端直線段的高度（m）；b2-入土端曲線的高度（m）；L0-底部曲線段的長(zhǎng)度（m）；β-出土角（°）；c-出土端直線段的水平長(zhǎng)度（m）；d1-出土端直線段的高度（m）；d2-出土端曲線的高度（m）；L-穿越長(zhǎng)度（m）

（2）確定曲率半徑

回拖管線的彎曲度大于鉆桿的彎曲度時(shí)以鉆桿的曲率半徑計(jì)算，回拖管線的彎曲度小于鉆桿的彎曲度時(shí)以回拖管線的曲率半徑計(jì)算。

例如鋼管的彎曲半徑 R≥1200d，d為鋼管的直徑，直徑450㎜的鋼管最小曲率半徑R=1200*450㎜=540m。

（3）鋪設(shè)鋼管的時(shí)候，每根鉆桿的彎曲角度的計(jì)算：

式中: S-以鋼管的彎曲半徑為半徑的圓的橫截面積（m2）；L-鉆桿的長(zhǎng)度（m）；∝-鉆桿的彎曲度（rad）

例如鋼管直徑為450mm，鉆桿長(zhǎng)度為3m，每根鉆桿的彎曲度∝ =

2.案例分析

2.1 工程概況

華清西路是城市一條主干路，道路紅線為50m，全長(zhǎng)約1.7km。車流量大，交通堵塞，且紅線內(nèi)部分居民樓占用非機(jī)動(dòng)車道，開(kāi)挖難度較大。管廊類型為纜線管廊，位于機(jī)非分隔帶與非機(jī)動(dòng)車下方。主管廊采用頂管施工工藝，利用頂管工作井設(shè)計(jì)相應(yīng)具有通風(fēng)、吊裝、配電、逃生、過(guò)路分支等功能性節(jié)點(diǎn)。其次，過(guò)路分支口采用定向鉆工藝。

2.2 工程設(shè)計(jì)

2.2.1 鉆機(jī)和管材選擇

考慮采用外形尺寸為5900X2020X2400的XZ200型號(hào)水平定向鉆和MPP電力套管。MPP管采用改性聚丙烯為主要原材料，適用于10KV以上高壓輸電線電纜排管管材，具有優(yōu)良的電氣絕緣性、較高的熱變形溫度和低溫沖擊性能。

2.2.2 穿越軌跡設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)纜線管廊及分支口位置的考慮，現(xiàn)將分支口引出管道的穿越軌跡設(shè)計(jì)如下。

結(jié)論

（1）給出了水平定向鉆管道穿越設(shè)計(jì)流程與內(nèi)容。

（2）應(yīng)用水平定向鉆的工程設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)華清西路電力分支口過(guò)路鋪設(shè)管道進(jìn)行了分析。