电缆在顶管两端的敷设方式优化

0. 引言

随着国家现代化的进程，城市建设脚步越来越快，各种市政管线在地下纵横交错、层叠密布，地面上的市政建筑也越来越多，电力工程中电缆敷设时开挖施工使道路质量变差、破坏环境，同时给人们的生活、工作带来诸多不便，施工成本越来越高。在钻越一些铁路、公路、河流等重要交通设施时，已不允许断交破路施工，只能采取非开挖技术钻越，一般可采用顶管或拉管钻越技术。

非开挖技术是以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的一种施工技术。它可广泛用于穿越高速公路、铁路、河流以及在市区、古迹保护区等进行地下管线的施工。拉管技术由于施工队伍良莠不齐，未能准确将其轨迹记录，造成后期查询及勘察难度增加，无法准确把握管道轨迹，局部地区暂时不建议采用，而大多会选择顶管钻越技术。

在电力电缆工程中采用顶管施工时，电缆钻越顶管两端通用的敷设方案是在顶管两端分别设置电缆竖井，电缆自电缆竖井爬上后再沿缆沟、排管、隧道等电缆设施敷设。此种方案会在电缆竖井中形成两个近似直角段，增加了电缆敷设难度。由于竖井较深，井内易积水对后期电缆施工及维护难度也会进一步增加。

为解决上述问题，我们采用了在顶管内部加设HDPE、MPP等可熔接、具有一定柔性的电力电缆保护管，顶管两端将保护管延长并利用其柔性爬至距地面适合缆沟、排管、隧道等高度后，再设置电缆工井或电缆检查井，为后期电缆敷设提供场地。该种方法能够有效的降低电缆在顶管口的竖井中的敷设难度，同时也能够减轻后期运行维护难度。

1. 现有电力电缆工程所采用的非开挖技术

现有电缆工程所采用的非开挖技术主要可以分为两种，一种是拉管技术，另一种是顶管技术，其主要原理如下：

 1.1 拉管  

拉管施工是一种采用定向钻机和控向仪器，在预先确定的方向上通过导向钻进、扩孔、拉管等工艺过程实施管线敷设的非开挖施工方法。由于其施工速度快、对周围环境影响小、可穿越地下障碍物和地面建造物等特点得到了广泛的应用。

非开挖定向钻进铺管技术主要适用于松散地层,可用来铺设直径小于600mm的各类管线，铺管长度可达400～500m。

它的优势是可以灵活处理施工中遇到的地层复杂情况。在导向或扩孔过程中如遇到大块石，或其他障碍物，不能形成一条合格的孔道时，可以再换一个位置另打一条，不会造成管材的损失。它的局限就是对施工场地有一定要求，所铺设管道的两端都必须有足够长的空地，如果有一端靠近建筑物，没有开挖下管坑的场地，就不能单独运用定向钻进完成铺管。

缺点：由于拉管所采用管材大多均为非金属管材，现有常用勘察技术无法准确测绘出其走向及轨迹，在已有拉管处再进行其他管线施工时，存在一定风险，造成重要交叉路口的地下空间走廊的极大浪费，产生的风险也加大，近年来由于拉管经常产生事故，各规划部门，各管线运行部门等均不建议采用拉管施工。

 1.2 顶管 

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够钻越公路、铁道以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间、中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。

顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出，推进一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上另一节管道，继续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完后，工具管从接收井吊至地面。顶管法施工原理如图所示：

▲图1 顶管施工方案

2.电力电缆工程在顶管中常用敷设方式

顶管钻越在施工时，需在顶管两端设置工作井，工作井按深度设置大小，5~10米的顶管工作井为8×5×h，接收工作井为6×5×h，一般情况下会借所施工工作井设置电缆竖井，然后电缆在电缆钻越顶管常用的敷设方案是在顶管两端分别设置电缆竖井，电缆自电缆竖井爬上后再沿缆沟、排管、隧道等电缆设施敷设。

▲图2 电缆在顶管中常用敷设方式

此种方案会在电缆竖井中形成两个近似直角段，增加了电缆敷设难度，同时电缆竖井的造价较高，增加了工程预算；由于顶管和电缆竖井较深，对电缆敷设施工难度较大，并且对后期维护费用也会相对增加，对于沿海地区或地下水位相对较高的位置，竖井内易积水，对后期电缆施工及维护难度也会进一步增加。

3. 电缆在顶管中敷设方式优化方案

 为解决上述问题，我们在原有顶管工程的基础上，于顶管内部加设HDPE、MPP等可熔接、具有一定柔性的电力电缆保护管，顶管内部每隔5~10米，保护管采用素混凝土加以固定，顶管内部断面图如图3所示。

▲图3 管内部断面图

保护管施工完成后，顶管端部采用混凝土加以封堵，然后利用其管材的柔韧性向两侧上方敷设，待敷设至距地面1~2米处接至新设电缆工井结束，电缆在电缆保护管中加以敷设，如图4所示。

▲图4 优化电缆在顶管中的敷设方式

根据GB/T 13663-2000 给水用聚乙烯(PE)管材，盘管盘架直径不小于管材外径的18倍，外径为200mm的PE管的转弯半径最小可以做到1.8m，但考虑到电缆敷设时的允许转弯半径和敷设受力情况，工程实际应用时一般按每10米上升4米考虑。

4. 经济分析

考虑到地质不同，周边环境不同，所采用的施工工艺也不同，我们假定在地质条件较好，深度在4米以上开挖不需要做支护，4米至10米身采用钢板桩支护，超过10米深采用灌注桩支护的方案来对优化前后两个方案进行比对。排管按照21孔考虑，我们以排管爬至距地面1米与电缆工井相连接。电缆竖井随着深度的增加，其侧壁厚度亦会随之增加，我们暂按壁厚均为300mm考虑，顶管内电缆竖井方案也会设置PE管或其他管材一次敷设完成，工井内管材不再计算差额。

优化后方案两端设置电缆工井方案：设置电缆工井按12.00×2.5×1.9m考虑，工井加排管增量的造价约为28万元。

下面我们对两端设置电缆竖井按4×3×h考虑时，分别计算电缆排管的增减量费用和电缆竖井因深度引起的费用变化，而电力电缆工程顶管深度能做到20米以下的工程也很少见，因此我们只对5~20米深度来做造价分析：

从上表中分析可以得出，在顶管深度20米以内，优化后的敷设方案具有比较明显的优势，而随着深度的增加，由于开挖条件及支护措施的进一步加强，费用会逐步接近。在5~20米深度采用优化后的敷设方案是具有一定优势的。

5. 优缺点分析

 优化方案较电缆竖井方案的主要优点如下：

1、避免在顶管口新建电缆竖井，只需在PE管爬坡至离地两米处增加一个电缆观察井即可，降低了工程造价；

2、以电缆观察井代替了电缆竖井，在电缆敷设时避免了出现直角弯，在满足电缆转弯半径的要求的同时，减小了电缆在敷设时的牵引力，降低了电缆敷设的难度；

3、这种以爬坡方式与将顶管部分与直埋段电缆相连的方法便于以后的运行维护，减少了故障发生的几率。

4、该种方法施工周期短，综合成本低，安全性能好。

优化方案较电缆竖井方案的缺点是需要有足够电缆排管爬坡的施工场地（大多数情况都能满足），在城区狭窄地段可配合电缆竖井方案设计。

6. 推广应用情况及前景

该设计方案已经在电力工程实际建设中得到了应用。由国网天津市电力公司滨海供电分公司承建的“后茶线110千伏线路入地工程”采用顶管技术钻越铁路后，利用该种方法将顶管口与两边的观察井进行连接。避免在顶管口两边建设电缆竖井，降低了工程造价，同时也缩短了工程建设周期。

▲图5 工程实例(电缆排管爬坡)

通过工程的实际应用，经业主、设计、运行、监理和施工单位检验验收，取得了良好的效果。此方式可推广全国实施应用，具有广阔的应用前景。