非开挖顶管的设计总结

电力电缆线路水平定向钻铺设方式的简要介绍

摘要：在大中城市的输变电工程中，由于出线走廊的限制及市政规划的要求，输电线路采用电缆入地已成为越来越普遍的选择。在电力电缆线路设计中，水平定向钻铺设方式往往成为设计过程中的技术难点，如何进行合理的设计，才能有效保障后续施工的顺利进行。现根据个人的一些设计工作经验，对水平定向钻敷设方式的简要介绍。

（一）水平定向钻铺设的概念

水平定向钻铺设：使用水平定向钻设备通过定位仪器导向，从地表定向钻孔、扩孔和拉管在不同的深度和地层铺设管线的铺设方式。

图-01水平定向钻施工示意图

图-02水平定向钻施工示意图

主要施工步骤为：导向钻孔（泥浆护壁）—管道扩孔—回拉布管（水泥注浆）。

图-03水平定向钻施工步骤示意图

（二）水平定向施工机械介绍

水平定向钻机械主要采用非开挖导向钻机，按照其回拉力大小可分为小型、中型、大型三类，具体机械性能可参阅表-01，非开挖导向钻机可根据实际工程计算结果合理选用。

表-01非开挖导向钻机分类及其技术性能

分类小型中型大型回拉力（t）<1010～45>45

扭距（kN.m）<33～30>30

回转速度(r/min)>130100～130<130

功率（kW）≤100100～180≥180

钻杆长度（m） 1.50～3.00 3.00～9.009.00～12.00给进机构钢绳和链条链条或齿轮齿条齿轮齿条铺管直径（mm）<350350～600600～1200

铺管长度（m）<300300～600600～1500

铺管深度（m）<66～15>15

导向测量系统手持式导向仪手持式导向仪或随钻测量仪随钻测量仪

表-02水平定向钻钻机参数简表

水平定向钻铺设主要适用于小管径（一般小于1m）、短距离（小于2km）、对高程控制要求不高的管道；而我们经常说的非开挖顶管主要用于大管径、长距离、对高程控制要求较高的管道，这

是两者的区别。

图-05水平定向钻施工现场

图-06顶管施工现场

（三）水平定向钻管材类型

由于材料科学技术的飞速发展，市场上可供选择的顶管管材越来越多，主要有传统的混凝土预制管、钢管、PVC(氯化聚氯乙烯)电缆导管，新型的HDPE（双臂波纹管）电缆导管、MPP（改性聚丙烯）电缆导管、玻璃钢电缆导管等。与传统材料相比较新型材料具有耐热绝缘性高、耐拉耐压、耐低温、重量轻、性价比高等优点，其中HDPE（双臂波纹管）电缆导管常用于110kV以下电缆线路，MPP（改性聚丙烯）电缆导管常用于110kV及以上电缆线路，玻璃钢用于对管材强度要求较高的情况下（具体根据实际工程计算结果确定）。

（四）水平定向钻钻孔轨迹的绘制

图-07水平定向钻钻孔轨迹

（1）允许最小转弯半径R 、单杆倾角允许改变量

当采用管材采用HDPE 、MPP 管时，R1、R2由钻杆最小允许弯曲半径来确定，下表根据杆

长得出相对应的最小转弯半径及单杆允许倾角，可供参考使用：

表-03水平定向钻杆主要参数简表

杆长（m ）

钻杆最小转弯半径(m)

单杆倾角允许改变量（%）

1.521635454.5

70

6

当管材采用钢管、玻璃钢时，R1、R2由电缆管材最小允许弯曲半径来确定。计算公式：

2

206S R D

K =R-最小曲率半径（m ）、206-系数（MPa ）、D-钢管外径（mm ）、S-安全系数（1~2）、K2-钢管屈服极限（MPa ）。

（2）造斜段水平长度L1、造斜段水平长度L2

在设计过程中要保证实际水平段距离≥最短造斜段水平距离。计算公式：

1L =2L =（3）入土角A 、出土角B

入土角、出土角应根据机具设备性能、施工场地条件、地下管线分布情况、埋深等情况确定，且一般小于20°为宜。

计算公式：

2A =2B =（4）埋深H

埋深的应充分考虑以下几点：

1）地面、地下障碍物的状况（进行管线物探）；2）地层特点（地质勘测）；

3）规划要求（向涉及的相关单位发函进行意见咨询和报建）。

4）符合规范要求（电力规范和其他行业规范存在差异的情况下，必须发函给涉及的相关单

位例如：公路、铁路、河流、桥梁、地面构筑物、管线等等，都需要进行咨询，协商后确定埋深。如果在无明确的要求的情况下，建议最小覆土深度大于管径的5~6倍为宜）。（五）实例分析计算

现根据工程实例情况进行简单的分析说明，佛山市顺德区某110kV 工程需顶管过潭洲水道，本工程使用电缆为YJLW03-64/1101×500交联聚乙烯绝缘电缆，两侧河堤宽度240m,顶深H=13m,具体情况如下图-07所示：

图-08单回路电缆水平定向钻敷设剖面图

（1）回拉力计算及定向钻机选择

计算的拉力F L ，顶管长度L=320m ，摩擦系数f=0.2，生产管型号：4根225×15mm+1根110×8mm,泥浆密度r n =1.15t/3

m ,保护管密度r g =0.95t/3

m 。生产管径D 1=0.225m ，D 2=0.110m,壁厚

δ1=0.015m ，δ2=0.008m,粘滞系数k n =0.02。

回拉力公式计算：

L g n

f F F G F =−+

()()()22

1112221

2121141414144L g n n F fL D D r D D r k D D L πδδπδδπππ⎧⎫⎛⎞=−×+−××−×+××+×+×⎡⎤⎨⎬⎜⎟⎣⎦⎝⎠⎩

⎭=21.65t

根据表-01及计算结果可知本工程回拉力位于10t ～45t 之间，需要采用中型定向钻机。（2）顶管管材强度分析：

拉伸强度δL ，生产管中面积S=0.042m 2：

δL=F L /S=5.15Mpa

土压力δ0：

0117130.221krh x x Mpa

σ===表-04MPP 管材的主要物理力学性能

序号项目

技术要求1密度（t/m 3

）0.91～0.952滑动摩擦系数＜0.353拉伸强度（23±2）℃≥24MPa 4拉伸强度（70±2）℃≥18.0MPa 5弯曲强度（23±2）℃

≥21.6MPa 6

弯曲弹性模量

≥37MPa

根据上表及计算结果可知MPP 管可满足本工程强度要求,无需采用玻璃钢电缆导管；（2）水平定向钻顶管长度的计算

根据顶管机型和管材材质，杆长3m,钻杆最小转弯半径54m ，单杆倾角允许量5%可满足施工要求。

表-05水平定向钻顶管长度计算表顶深(m)造斜段水平段计算长(m)

造斜段水平段取值(m)

水平段长(m)

顶管总长(m)

828.328.024*******.829.024********.331.024********.732.024030412

33.9

33.0

240

306