水平定向鉆鋪設鋼管內敷設高壓電纜技術研究

李群

水發設計集團（山東）電力工程有限公司 山東濟南 250002

1 工程概況

某220kV線路工程路徑全長約8km，敷設截面為2500mm2的高壓220kV電纜。線路需要穿越H河，與河道呈85°夾角，穿越處河底深度約13m，河面寬度約為260m，且H河為通航河道，需采用非開挖技術進行電纜通道施工。不論是頂管或是盾構施工工藝，均需在H河兩岸設置開挖深度達30m深的工作井，且該處鄰近長江，地貌單元為長江河漫灘，地質條件較差。為減小工程建設對H河堤的影響，并加快施工進度、減小投資，本工程確定采用水平定向鉆鋪設鋼管內敷設高壓電纜技術，首先采用水平定向鉆技術對H河進行穿越，多級擴孔至所需孔徑后將D790mm×14mm鋼管回拖形成電纜通道，然后在鋼管內敷設220kV高壓電纜。

2 電纜抱箍裝置

目前，高壓電纜通過上下開閉式固定口固定在通道內部，但本工程鋼管和電纜的熱彈性大不相同，故高壓電纜放置在鋼底部后，電纜和鋼管的熱膨脹和冷卻收縮不同，電纜和固定件之間的收縮不同，容易損壞電纜表皮。像這樣的固定夾由于鋼管內徑，在密封鋼管內部布置電纜并不容易。為了解決現有電纜布置在管道內部的電纜摩擦和安裝問題，該工程設計了移動電纜箍，通過箍和管道內壁之間的滑動，將電纜輕松路由到內部空間較小的管道，防止電纜和管道摩擦阻力引起的電纜損壞。此外，隨著電纜溫度的變化，管道內電纜通過固定的移動支架進行自適應位置調整，減少電纜和管道壁相對運動時的摩擦阻力[1]。

移動式電纜抱箍裝置為分體結構，包括若干拼合的夾體，夾體的內側設置緊貼電芯外壁的弧面，每個夾體內側弧面分別同時緊貼相鄰的電纜外壁，保證三角形布置的電纜夾緊。移動式抱箍沿電纜軸線方向分段均勻布置，使電纜整體沿鋼管軸線平直。夾體的外側連接設置若干滾輪作為移動支架與鋪設管道內壁之間的滾動滑移部件，同時支撐移動支架和線纜，可實現電纜和移動抱箍沿鋪設管道的內部軸向滑動。

3 電纜敷設施工

首先采用水平定向鉆技術鋪設D790mm×14mm鋼管，包括導向、擴孔、回拖等流程。鋼管鋪設完成后，需對鋼管內壁用氧氣進行吹掃，清除管內的障礙物和其他雜物及毛刺，確保管內暢通無阻。同時在氣密條件下，利用空氣壓縮機產生的高壓氣體將連接有6mm鋼絲繩的活塞穿過鋼管，然后依次連接絞磨機、葫蘆、防繞器、拉力表、伸縮節及電纜牽引頭。

根據設計要求和現場實際情況，清理一條正對鋼管長約50m-70m的直線通道，通道內架設A，B，C三相電纜大盤架設，電纜大盤品字形排列。鋼管一端至每個大盤間各固定4臺電纜輸送機，鋼管的另一端設一臺牽引機，牽引機與輸送機同時工作，提供電纜敷設動力。當電纜進入管道內部前，每隔5m固定一副圓環形移動電纜抱箍，抱箍帶著電纜在鋼管內部軸向滑動，直至完成整根電纜的敷設。電纜進入管口時保持電纜頭平直，如有彎曲采用電纜校直機進行校直。

4 電纜伸縮補償裝置

電纜在鋼管內敷設就位后，由于鋼管沿縱斷面呈拋物線形，電纜放置于管道中，因溫度變化管道內的電纜會產生熱脹冷縮現象，以及電纜在自身重力作用下有沿著管內壁下滑的趨勢，為防止膨脹時電纜在管道內被折損，收縮時拉傷，必須采取吸收補償伸縮的裝置。

圖1 電纜在鋼管內受力示意圖

電纜在鋼管內受力如圖1所示，電纜在鋼管的圓弧段因自身重力存在較大沿圓弧面向下的分力F1，圓弧段電纜對直線段電纜形成向左的擠壓力F2，直線段電纜敷設后處在軸向受壓狀態下。當電纜運行后，電纜溫度升高，剛度隨之下降，直線段電纜在擠壓力F2作用下產生彎曲變形，隨著變形量的增大可能導致電纜折損;另外當電纜溫度升高時，直線段電纜伸長趨勢，對圓弧段電纜產生向上推力F3，只有當該推力F3＞F2時，直線段電纜才會伸長。因此為保證電纜在熱應力的作用下能夠自由伸縮，必須根據電纜的剛性最大可能地減小圓弧段電纜沿圓弧面向下的分力F1。為此，本工程設計一種電纜伸縮補充裝置，該裝置一方面能夠通過配重和動定滑輪組實現減小沿圓弧面向下的分力F1，另一方面電纜能夠在裝置下部滾輪的作用下沿電纜軸向方向運動，確保電纜能夠自由地伸長和縮短。

電纜伸縮補償裝置由含配重機構的滑動裝置和補償段滾輪裝置組成?；瑒友b置通過配重產生拉力，以此來減小鋼管圓弧段電纜由于自重對直線段電纜形成的擠壓力，同時裝置下部滑輪能使電纜不同狀態下沿軸向自由地伸長和縮短，實現電纜的安全運行[2]。

補償段滾輪裝置由上下兩組滑輪組成，上側可滑動滾輪通過螺桿與豎向立桿固定，具有一定下壓力。當電纜穿過上下兩組滑輪時能夠向下彎曲，通過調節上下滑輪的間隙使得電纜的變形在一個比較固定的區域內。

5 結語

本技術針對穿越江河時長距離高壓電纜敷設難題，綜合運用一系列的先進技術，包括采用水平定向鉆鋪設鋼管形成電纜通道、特制圓環形移動電纜抱箍進行電纜敷設提高工作效率、設置滑動式電纜伸縮補償裝置吸收電纜熱伸縮變形確保電纜運行安全可靠，有著較好的應用前景[3]。