水平定向鉆鋪設鋼管內敷設高壓電纜技術研究

高飛 羅輯 屠越

(國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇南京 210005)

0 引言

隨著城市經濟的快速發展和城市化進程的加快，高壓電纜工程建設項目日益增多。受河流、道路等障礙物、周邊環境、交通狀況及城市中錯綜復雜的市政管線的影響，開槽鋪設電纜管道越來越不適應城市發展的需要，頂管、盾構、水平定向鉆等非開挖施工工藝的應用則越來越多。

不論是頂管或是盾構施工，對高壓電纜工程施工而言皆存在施工周期長、資金投入大、施工風險高等缺點。水平定向鉆與頂管或盾構相比，開挖孔徑小、施工風險小、施工周期短、綜合成本低，在電力工程建設中普遍應用。但常規鋪設的電纜塑料保護管極易受到外力的破壞，給電纜的安全運行帶來很大的安全隱患［1，2］，且電纜處于小口徑塑料保護套中，散熱性差，電纜往復的熱伸縮變形易使金屬護套老化，國網江蘇省電力有限公司已發文嚴格控制非開挖定向鉆技術的應用［3］。為避免常規塑料保護管敷設電纜的安全隱患，本文就水平定向鉆鋪設鋼管內敷設高壓電纜相關技術進行介紹，以供參考。

1 工程概況

秦淮—濱南220 kV線路工程位于南京市河西地區，路徑全長約8 km，敷設截面為2 500 mm2的高壓220 kV電纜。線路在大勝關大橋附近需穿越秦淮新河，與河道呈85°夾角，穿越處河底深度約13 m，河面寬度約為260 m，且秦淮新河為通航河道，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，均需在秦淮新河兩岸設置開挖深度達30 m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。為減小工程建設對秦淮新河河堤的影響，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秦淮新河進行穿越，多級擴孔至所需孔徑后將D790 mm×14 mm鋼管回拖形成電纜通道，然后在鋼管內敷設220 kV高壓電纜。

目前，鋼管內敷設電纜的方式有兩種，第一種方式是在鋼管內增設電纜塑料保護管，并利用大功率液壓牽引機作為牽引設備，輸送展放電纜［4］。由于電纜長度長，電纜與保護管間的摩擦力大，此種方式需大功率液壓牽引機，且施工過程中對牽引力的控制要求極高，易對電纜造成損傷。第二種方式是為減小電纜敷設的牽引力，采用移動電纜抱箍固定電纜，在牽引設備的作用下，電纜移動抱箍帶著電纜在鋼管內部軸向滑動，完成電纜的敷設。此種方式將電纜敷設時電纜與管道的摩擦力轉化為滑動力，電纜受力較小，大大降低了電纜敷設時的損傷風險。經綜合比選，本工程采用第二種方式進行電纜敷設。

2 電纜抱箍裝置

目前的高壓電纜均是通過上下開合的夾具固定在通道內，但本工程由于鋼管和電纜的熱伸縮性能差異較大，因此在高壓電纜敷設到河底鋼管中后，電纜和鋼管熱脹冷縮的程度不同時，電纜與夾具之間的收縮程度不同，相互之間形成摩擦，易造成電纜表皮的破損，另外上述的固定方式的夾具，因鋼管內徑較小，不便于在封閉的鋼管內部布置敷設電纜。

針對現有電纜在管道內敷設存在的電纜摩擦以及安裝難題，本工程設計一種移動式電纜抱箍，通過抱箍與管道內壁之間的滑移，能夠方便地將電纜敷設至內部空間較小的管道中，避免電纜與管道摩擦阻力大拉傷電纜。同時，在電纜發生溫度變化時，管道內電纜通過與之固定的移動支架做適應性位置調整，減小電纜與管道壁發生相對運動時的摩擦阻力，實現電纜隨溫度變化在管道內的軸向伸縮運動，有效減小對電纜的損傷。

圖2 移動式電纜抱箍實物圖

圖1 移動式電纜抱箍設計圖

該移動式電纜抱箍裝置(如圖1，圖2所示)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D790 mm×14 mm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6 mm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(見圖3)。

圖3 電纜敷設示意圖

根據設計要求和現場實際情況，清理一條正對鋼管長約50 m～70 m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5 m固定一副圓環形移動電纜抱箍(見圖4)，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。

圖4 電纜敷設安裝圖

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5 電纜在鋼管內受力示意圖

電纜在鋼管內受力如圖5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。

圖6 電纜收縮補償裝置平面圖

圖7 電纜收縮補償裝置側面圖

圖8 電纜伸縮補充裝置現場安裝圖

電纜伸縮補償裝置(如圖6～圖8所示)由含配重機構的滑動裝置(如圖9所示)和補償段滾輪裝置(如圖10所示)組成。滑動裝置(圖6，圖7中標記1)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［5］。

圖9 配重機構示意圖

補償段滾輪裝置(圖10，圖6，圖7中標記2)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。

圖10 可滑動滾輪示意圖

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。