朱奕弢

(國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司， 浙江 湖州 313000)

非開挖電力拉管注漿保護技術的應用

朱奕弢

(國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司， 浙江 湖州 313000)

針對目前非開挖電力拉管運行過程中遭受外力破壞事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，結合工程實際，對多種注漿施工方法進行分析比較，提出可行的注漿保護方案，并對施工工藝和材料選擇進行研究，旨在提高非開挖電力拉管的運維可靠性.

非開挖拉管； 注漿保護； 施工方案

0 引 言

近年來，由于適用性強、經(jīng)濟性佳、無須開挖等優(yōu)勢，非開挖拉管技術在國內電力電纜工程中得到廣泛的應用，在許多道路、河流、建筑物不適宜開挖的地段，大量使用了水平定向鉆進非開挖拉管技術敷設電纜.由于受水平定向鉆進技術的限制，非開挖拉管軌跡的運維資料很難達到高度精確，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，給電纜的安全運行和工程建設帶來很大的安全隱患.

全國各地已經(jīng)多次發(fā)生地下穿越施工“撞車”事故，在電力系統(tǒng)內部也造成過多次電纜非開挖管線破壞導致的跳閘故障，帶來很大的經(jīng)濟損失和負面的社會影響，因此亟需采用技術手段對電力拉管進行結構性保護.注漿保護是實用性、經(jīng)濟性較強的一種保護方式.本文從理論分析、施工方案比較、注漿工藝、材料優(yōu)選等方面對拉管注漿保護技術的應用進行分析.

1 研究背景

1.1電力拉管技術發(fā)展及現(xiàn)狀

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

隨著我國城市化進程的高速發(fā)展，電力電纜工程使用非開挖拉管在敷設方式中所占的比例越來越高，其它地下管線也日趨增多，而精確的施工控制技術和定位技術卻沒有跟上發(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)，連年來在市政管線施工過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，電纜拉管遭受機械性外力破壞的事故時有發(fā)生，造成了相當大的民生和經(jīng)濟損失.

1.2電力拉管保護技術的研究現(xiàn)狀

針對上述的非開挖電力拉管遭受外力破壞事故，國內電力行業(yè)已對拉管的保護措施進行相應的研究，并取得了一定的成果.

部分電纜使用頻繁的地區(qū)已經(jīng)著手開展針對拉管保護的地方性規(guī)程制定.如上海市電力公司頒布的企業(yè)標準《水平定向鉆進鋪設電力管道工程技術規(guī)程》第6.3.3.5規(guī)定：回拖鋪管結束后，必須在回擴孔內壓密注漿，固化泥漿的配制及充填應參照上海市《地基處理技術規(guī)范》(DBJ08-40-94)中有關工藝的要求進行.這些經(jīng)驗目前已在行業(yè)進行局部試點推廣.

截止目前，尚未有全行業(yè)或國家標準對拉管注漿作出詳細的技術性規(guī)定，這就使得各地、各施工單位在電力拉管注漿保護施工過程中的施工工法、質量控制、注漿工藝不盡相同，最終形成的保護程度也有較大的差別，并且由于注漿保護的最終效果難以量化確定，也沒有相關的試驗數(shù)據(jù)進行支撐，因此注漿保護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

電力拉管技術主要包括導向孔鉆進和擴孔拉管兩部分：先利用導向鉆機，隨鉆測量儀以及有關鉆具沿鋪設管線的設計軌跡鉆進一個導向孔，然后回拉擴孔，將孔徑擴大到鋪管所需口徑，并將管線同步或分步回拖，拉入孔內[1]，實現(xiàn)非開挖鋪設管線.對于多回路電力電纜，通常要求每一回路的管線單獨進行拖拉.

拉管鋪設地下電力管線技術施工工藝流程為：現(xiàn)場勘查→導向孔軌跡設計→測量放線→開挖工作坑→配制鉆進液→鉆機就位→導向孔鉆進→擴孔→拉管回拖→回填→牽引電纜.

拉管施工過程中，回拖是定向穿越的最后一步，也是最為關鍵的一步.管道焊縫和管道強度檢驗合格后，即可進入拉管施工.首先用現(xiàn)場制作的管封套將管頭密封，然后在管頭后端接上回擴頭，管后接上分動器進行接管，將管子回接到工作井后，卸下回擴頭、分動器，取出剩余鉆桿，堵上封堵頭，進行水壓試驗.施工時，拉管機操作人員要根據(jù)設備數(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這一步驟，拉管注漿的施工方案應在不顛覆拉管常規(guī)施工方案的前提下選擇，且應滿足現(xiàn)有的施工機械和技術條件要求.

2.2幾種拉管注漿方案

拉管注漿方案的選擇應根據(jù)拉管長度、深度、管徑、現(xiàn)場地形地質、施工機械、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：擴孔完成后回拖拉管時在管束中加入一根前端封閉、直徑約為15 cm的導管(材料可與電纜拉管相同)，在導管上每隔0.3～0.5 m預先鉆出直徑約4～6 cm的噴漿孔，并將該注漿管與管束一同進行回拖，回拖完成后，向該管內進行加壓注漿，達到理論注漿量后即完成注漿，注漿管與管孔束成為一體，永久留結于管內.

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

第三種注漿方案：前段工作與第一、二種方案相同，即擴孔完成后回拖拉管時在管束中加入一根前端封閉的導管，直徑約為15 cm，在導管上每隔1.0～2.0 m預先鉆直徑約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，此時注漿壓力不宜過大，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，使所有注漿孔同時注漿，達到理論注漿量后即完成注漿，注漿管與管孔束成為一體，永久留結于管內.

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

2.3拉管注漿方案的優(yōu)劣

上述四種注漿方案在實際工程中均已得到應用，基于理論分析和工程實踐反饋，對四種注漿方案進行分析，其優(yōu)劣及適用情況見表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后與拉管成為一體，無法采用常規(guī)手段對漿體的分布特征、強度指標和漿體純度等數(shù)值進行精確測定，因此上述的幾種注漿方案分析是基于理論的，在實際工程中應用時應根據(jù)現(xiàn)場條件，并結合必要的現(xiàn)場試驗進行選擇.

3 注漿施工方案優(yōu)化

非開挖電力拉管注漿漿體凝結后的強度、整體性、形狀和位置等因素決定了其保護性能，即漿體凝結成型后須有良好的整體性、較高的強度、較大的保護厚度，且漿體位置宜在管束的上方及側部方能達到最佳的保護性.

在拉管注漿保護施工過程中，注漿材料與保護體的強度直接相關，注漿量、注漿速度關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，這幾項施工工藝決定了注漿保護的效果.以下是對此的分析研究.

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度和施工時間，基于拉管注漿的工程特性，對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構性保護，水泥漿液、硅化漿液均滿足這一要求，考慮到經(jīng)濟性和施工便利性，通常使用水泥漿液作為首選材料.注漿材料的性能應根據(jù)地質條件、地下水等因素確定，注漿前需進行漿液配比試驗和現(xiàn)場注漿試驗，確定設計參數(shù)，檢驗施工方法和設備.

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，即保護可能存在薄弱點，甚至在未收到外界沖擊時就出現(xiàn)自發(fā)性整體斷開的現(xiàn)象，嚴重影響保護性.為實現(xiàn)最佳的保護性能，要求注漿材料應具有較好的強度和很好的韌性.

根據(jù)已有的工程經(jīng)驗，C30強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只會造成無謂的浪費，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也效果不佳，尤其是在有地下水流動的地段，可以考慮在水泥漿中適度加入添加劑，以增強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.

注漿材料的初凝時間應在滿足施工方案的前提下盡量縮短，以減少漿體在孔內往下流動的趨勢，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.

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系，合理地確定注漿量，不僅有利于注漿保護性能的提升，也能避免不必要的浪費.在實際工程中，注漿量取決于地基土的性質和漿液的滲透性，拉管保護注漿的理論注漿量和實際注漿量是不同的.

拉管保護注漿的理論注漿量計算方法為：

V=π(D2-d2)L/4.

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

在施工過程中，實際注漿量可能與理論注漿量存在差別：當注漿時間較長，或由于護壁措施不利，擴孔出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象時，實際注漿量會小于理論注漿量；當注漿壓力較大或土質為淤泥，噴漿過程中漿液將孔壁擊潰時，則可能出現(xiàn)超灌現(xiàn)象.

上述兩種情況會降低拉管注漿的實用性：注漿量過少會造成漿體厚度無法達到保護要求；超灌量過大則會使注漿保護方案的經(jīng)濟性下降，因此在實際工程中，應在施工前明確地質情況，制定擴孔保護方案，盡可能使實際注漿量接近理論注漿量，當由于地質條件引起超灌可能時，宜遵循注漿量寧多勿少的原則.

3.3注漿速度和注漿壓力

不同的施工方案對拉管注漿的時間有不同的要求，注漿時間應確保以下幾個條件：

(1) 注漿時間應短于漿液的初凝時間；

(2) 注漿時間應滿足施工機械的要求；

(3) 當注漿管與拉管同時回拖時，注漿時間應滿足拉管回拖的施工要求.

拉管的理論注漿時間計算方法為：

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).

實際工程中，若使用中小型機械，拉管的長度一般在300 m以下(超過300 m需使用大型機械，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，擴孔直徑為管線束直徑的1.2～1.5倍，即擴孔孔徑在48～60 cm之間，按最大擴孔孔徑計，其截面空隙約為1 500 cm2，按每隔1 m開一個注漿孔，每孔注漿速度200 cm3/s計，完成一個直徑60 cm、長度100 m管孔的注漿大約需要12 min左右，可滿足漿液的初凝時間和施工要求.類似的拉管注漿時間可依此方法進行計算，當拉管長度過大時，由于注漿壓力沿孔損失值的增加和總注漿量的上升，需要對注漿方案進行特殊設計，避免漿體不能滿充整個擴孔或注漿時間超過漿體的初凝時間.

如果采用的施工方案是拉管回拖與注漿同時進行，則注漿速度還應滿足拉管回拖的施工要求.

在淤泥或淤泥質粉土地質帶，注漿壓力宜控制在0.2 MPa以下，并應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，對于其它特殊的地質條件，應結合試驗進行噴漿壓力的調試取得最佳值，以滿足全管噴漿，并避免過度超灌為準[3].

3.4注漿管布置形式

注漿管的布置與漿體最終在孔內的形態(tài)有直接關系，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沉淀在孔的底部，對拉管最易受損的上部幾乎無法起到保護作用，因此在注漿管的牽拉過程中，應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部.

實際施工時，若注漿管與拉管同時回拖，則會在拖拉時的扭力作用下產(chǎn)生扭轉，即使兩端進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方案的主要原因.

4 應用前景及存在的問題

注漿是目前對拉管進行保護的最具可行性、效果最明顯的方案，但由于受技術、施工質量、注漿材料特性、施工等因素的影響，對非開挖拉管的保護尚未達到理想狀態(tài)，無法確保包漿位置位于拉管上方及兩側最需要保護的位置，大部分漿體沉淀在擴孔的側下方，嚴重影響了注漿對拉管的保護性能；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度，只能承受較小的沖擊荷載，一旦拉管受到?jīng)_擊性的機械打擊，水泥極易開裂，失去保護性能.

基于上述問題，在今后拉管注漿保護技術發(fā)展的研究中，應著重改良注漿材料的性質，并依托試驗針對不同地質、水文條件下合理的注漿量和注漿速度進行進一步分析，以滿足推廣應用的要求.

5 結 語

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

[1] 阮文軍.注漿擴散與漿液若干基本性能研究[J].巖石工程學報,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].巖石力學與工程學報,2001,20(6):839-841.

[3] 劉聰.淺談電力拉管建設管理中存在的問題及解決方法[J].天津電力技術,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:輸電路結構技術研究.E-mail：37567972@qq.com

TU994

A

1009-1734(2017)08-0039-05

[責任編輯吳志慧]