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）。
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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
分类回拉力（t）扭距（kN.m）回转速度(r/min)功率（kW）钻杆长度（m）给进机构铺管直径（mm）铺管长度（m）铺管深度（m）导向测量系统
小型<10<3>130≤1001.50～3.00钢绳和链条<350<300<6手持式导向仪
中型10～453～30100～130100～1803.00～9.00链条或齿轮齿条350～600300～6006～15
手持式导向仪或随钻测量仪
大型>45>30<130≥1809.00～12.00齿轮齿条600～1200600～1500>15随钻测量仪
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图-04中型水平定向钻钻机示意图
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。
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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
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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）
1.534.5
钻杆最小转弯半径(m)
215470
单杆倾角允许改变量（%）
656
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：
R=206DSK2
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：
L1=H1(2R1−H1)（3）入土角A、出土角B
L2=H2(2R2−H2)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：
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A=2arctg（4）埋深H
H12R1−H1B=2arctgH22R2−H2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FL，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rn=1.15t/m,保护管密度rg=0.95t/m。生产管径D1=0.225m，D2=0.110m,壁厚
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3
δ1=0.015m，δ2=0.008m,粘滞系数kn=0.02。
回拉力公式计算：
FL=Ff−Gg+Fn6
⎧1⎛1⎞⎫22
FL=fL⎨⎡πδD−δ×4+πδD−δ×1⎤×r−πD×4+πD×1()()2222⎟×rn⎬+knπ(4×D1+1×D2)L⎣111⎦g⎜41
4⎝⎠⎭⎩
=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=0.042m2：
δL=FL/S=5.15Mpa
土压力δ0：
σ0=krh=1x17x13=0.221Mpa表-04MPP管材的主要物理力学性能
序号123456
项目
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技术要求0.91～0.95＜0.35≥24MPa≥18.0MPa≥21.6MPa≥37MPa
密度（t/m）滑动摩擦系数拉伸强度（23±2）℃拉伸强度（70±2）℃弯曲强度（23±2）℃
弯曲弹性模量
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)89101112
造斜段水平段计算长(m)
28.329.831.332.733.9
造斜段水平段取值(m)
28.029.031.032.033.0
水平段长(m)
240240240240240
顶管总长(m)
296298302304306
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1335.135.0240310本工程顶深为13m，根据计算结果造斜段水平段长度L1=L2≥35m，考虑到顶管井长度及施工机械作业空间，本工程取L1=L2=40m（同时可计算出）
图-09单回路电缆水平定向钻敷设纵断面图（设计前期绘图）
本工程采用水平定向钻方式钻越潭州水道，水平定向钻段设计长度320m,施工机械建议选用中型非开挖导向钻机，管材选用225X15型MPP管，顶管时每回路电缆预留一根备用管。
图07适合于前期工程量的预估，后期施工图需根据地形、地质情况、管线分布等测量资料，绘制平断面图。
图-10单回路电缆水平定向钻敷设纵断面图（施工方案）
表-06单回路电缆水平定向钻敷设纵断面图计算表（施工方案）
钻杆序数第1杆第2杆第3杆第4杆第5杆
倾角（%）
3535353535
深度改变量(m)
1.051.051.051.051.05
入土深度(m)
1.052.13.154.25.25
水平改变量2.812.812.812.812.81
水平改变量统计
2.815.628.4311.2414.05
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第6杆第7杆第8杆第9杆第10杆第11杆第12杆第13杆第14杆第15杆第16杆353535353227221712621.051.051.051.050.960.810.660.510.360.180.066.37.358.49.4510.4111.2211.8812.3912.7512.9312.992.812.812.812.812.842.892.932.962.982.993.0016.8619.6722.4825.2928.1331.0233.9536.9139.8842.8845.88通过设计估算和施工方案的对比可以看出，设计给出的40m造斜段水平长度，虽然不是完全的精确，但是在施工过程中可以满足施工要求。退一步说如果这个工程给的是35m的造斜段水平长度，施工单位也是可实施的，施工单位需要调整机械、杆长、入土角等方式解决，只有保证满足对管线、堤坝、河涌清淤距离的安全距离即可，但是这样无形中增加了施工单位的施工难度，加大了施工风险。如果由于没有经验在施前期阶段给出的水平造斜段水平长度两边各小于20m，将难以实施。当然也不是水平造斜段水平长度越长越好，距离太长施造价成本、施工进度、施工难度也会相应增加。
综上所述：在设计过程中我们可以根据水平定向钻的水平段长度和管径的大小，合理规划管材材质、机械类型，并结合规划部门意见给出合理的埋深H，从而在工程前期阶段估算出造斜段水平长度。在施工图阶段需要进行物探、地质勘测，并取得水平定向钻施工范围内相关单位的书面意见，结合这些因素确定最终的造斜段水平长度。
设计估算杆数及水平量：
从第2杆到第7杆以最快方式改变深度改变3.15m，n(杆数)=6+（13-3.15）/1.05=15.38（超过3.2m顶深的计算方法）,L（水平改变量）=15.38×2.9=44.6m。（六）水平定向钻的其他注意事项
1）顶管时每回路电缆各预留一根备用管;
2）电缆过行车公路段及其它对裂缝和沉降敏感地段时，应一枪顶进一个回路，孔与孔之间的
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净距离不小于1.5倍孔径，且不小于1.5米，为防止虚空，减少裂缝和沉降，MPP管敷设结束后,MPP管外，顶管孔内应及时填充水泥硅酸钠混合物，其比例为水：水泥：硅酸钠=1.5:1.5:1；需一枪顶进两个回路时，必须严格控制顶管孔直径以及孔与孔之间的净距离，且应及时填充水泥硅酸钠混合物，防止出现明显的地面沉降；
3)如果施工场地空间受限，可适当提高保护管的出土、入土角度，拉管完成后，保护管进入起始工作坑和接收工作坑之前，需用混凝土将保护管压平,控制电缆保护管进入电缆接收井的角度宜不大于20度,保护管的转弯半径R应小于其外径的75倍。术语：
起始工作坑：为水平定向钻进施工导向孔、扩孔钻进及拉管就位存储、回收泥浆和确定起始入口位置而开挖的工作坑基；
出口工作坑：为回收、存储水平定向钻顶进施工中排出的泥浆和确定出口位置而开挖的工作坑；
钻井泥浆：指水和膨润土或聚合物的混合物，有时还需要加入某些处理剂主要用于钻进施工中的冷却、润滑钻具、护壁和悬浮携带岩屑。
入、出土角：在水平定向钻进，施工过程中钻头进入地层或从地层钻出时，钻杆柱与水平面的夹角。
导向孔：利用水平定向钻机，沿设计轨迹施工完成的初始钻孔。参考文献：
《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）《城市电力电缆设计技术规定》DL/T5221-2005美国沟神（DITCHWITCH）公司技术资料
无锡燕兴灵通电力物资有限公司关于电力管材的技术资料
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