0引言

城鎮(zhèn)化進(jìn)程中'房地產(chǎn)配套10 kv配網(wǎng)外線需穿越復(fù)雜場(chǎng)景,機(jī)械頂管因?qū)Φ乇砥茐男〕蔀榈叵鹿芸资┕さ暮诵募夹g(shù),而電纜敷設(shè)質(zhì)量與效率依賴管孔精度。傳統(tǒng)施工存在“脫節(jié)”問(wèn)題,即頂管軸線偏差導(dǎo)致管孔彎曲半徑不足,引發(fā)電纜護(hù)層破裂;管孔殘留雜質(zhì)增加敷設(shè)阻力與磨損風(fēng)險(xiǎn);施工時(shí)序混亂導(dǎo)致管孔堵塞或工期延誤。

恩平市匯銀江南富灣六期10 kv專用線路工程,機(jī)械頂管總長(zhǎng)3 485 m(1×φ160+1×φ75 HDPE管),需敷設(shè)10 kv電纜FY—YJv22—3×300共4130 m,涉及40個(gè)行車直線井、4個(gè)行車轉(zhuǎn)角井。本文以該工程為依托,構(gòu)建協(xié)同施工體系,通過(guò)量化計(jì)算與技術(shù)優(yōu)化,解決關(guān)鍵問(wèn)題,為10 kv配網(wǎng)外線施工提供支撐。

1 工程背景與協(xié)同關(guān)聯(lián)分析

1.1項(xiàng)目核心參數(shù)與施工場(chǎng)景

匯銀江南富灣六期10 kv專用線路由110 kv平富崗站T接供電,承擔(dān)小區(qū)六期供電任務(wù),外線核心工序包括機(jī)械頂管、電纜敷設(shè)與井體砌筑。

機(jī)械頂管采用泥水平衡式頂管機(jī),HDPE管規(guī)格為φ160 mm(主管道,供10 kv電纜敷設(shè))和φ75 mm (輔助管道,供接地極引線),總長(zhǎng)度3 485 m。頂管段穿越小區(qū)道路、綠化帶及地下管線密集區(qū),砌筑40個(gè)1層2列行車直線井、4個(gè)1層2列行車轉(zhuǎn)角井,井體間距80~100 m,兼顧頂管分段銜接與電纜牽引滑輪布置。

電纜敷設(shè)施工剖面圖如圖1所示。

本工程電纜選用10 KV交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電纜(FY-YJV22-3×300),單根最大長(zhǎng)度500 m,設(shè)9套帶保護(hù)盒中間頭。電纜額定電壓10 KV,25℃時(shí)長(zhǎng)期允許載流量475 A,護(hù)層厚度≥2.5 mm,最小彎曲半徑3.6 m,符合GB50217—2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求[1]。

1.2機(jī)械頂管對(duì)電纜敷設(shè)的制約作用

機(jī)械頂管的施工質(zhì)量直接決定電纜敷設(shè)的可行性與安全性,其中軸線偏差是首要制約因素,頂管橫向或豎向偏差過(guò)大會(huì)使管孔彎曲半徑小于電纜最小允許值,電纜牽引時(shí)過(guò)度彎曲引發(fā)絕緣層開(kāi)裂,同時(shí)增加摩擦面積,加大護(hù)層磨損風(fēng)險(xiǎn);另外,管孔潔凈度影響顯著,HDPE管接口密封不嚴(yán)滲入的泥沙、水泥結(jié)塊,或頂管機(jī)推進(jìn)殘留碎屑,會(huì)導(dǎo)致敷設(shè)阻力驟增甚至“卡纜”,需中斷施工清理,延誤工期。

相鄰頂管段同軸度偏差超過(guò)10mm會(huì)形成“臺(tái)階”接口,電纜牽引時(shí)護(hù)層易被刮傷,鋼帶鎧裝電纜可能出現(xiàn)鎧裝層斷裂,影響接地可靠性。

2協(xié)同施工關(guān)鍵參數(shù)量化計(jì)算

2.1機(jī)械頂管核心參數(shù)計(jì)算

機(jī)械頂管推進(jìn)阻力直接影響頂管機(jī)選型與軸線控制精度,需通過(guò)量化計(jì)算確保頂進(jìn)力與管材強(qiáng)度、土壤承載力匹配。頂管總阻力F總 由迎面阻力F迎與管壁摩阻力F摩兩部分組成,計(jì)算公式如下:

F總=F迎十F摩 (1)

對(duì)于迎面阻力的計(jì)算需結(jié)合泥水平衡頂管的主動(dòng)土壓力特性,迎面阻力計(jì)算公式如下:

式中:γ為土壤重度,本工程施工區(qū)域?yàn)榉圪|(zhì)黏土,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查確定γ=19 KN/m³;H為頂管機(jī)中心埋深,考慮到穿越小區(qū)道路與地下管線的安全要求,本工程平均埋深設(shè)置為3.5m;D為頂管機(jī)外徑,因需匹配φ160mm的HDPE管,頂管機(jī)外徑取170mm(即0.17m),以確保管材順利推進(jìn);L刀為刀盤寬度,參考同類工程經(jīng)驗(yàn)取0.3 m;ka為主動(dòng)土壓力系數(shù),按朗肯土壓力理論計(jì)算,土壤內(nèi)摩擦角φ取25°,代入ka=tan² (45°-φ/2)可得到ka≈0.406。

將這些參數(shù)代入公式(2)計(jì)算得F迎≈1.38 KN。

管壁摩阻力指HDPE管與土壤之間的摩擦力,按均布摩阻力計(jì)算,計(jì)算公式如下:

式中:D管為HDPE管外徑,取0.16 m;L段為單段頂管長(zhǎng)度,本工程結(jié)合井體間距取80 m;『為管壁與土壤的摩擦系數(shù),粉質(zhì)黏土中HDPE管的摩擦系數(shù)參考DBJ33/T1283—2022《頂管工程技術(shù)規(guī)程》[2]取2.5 KN/m²。

將這些參數(shù)代入公式(3)計(jì)算得F摩 ≈100.48 KN。

綜合迎面阻力與管壁摩阻力,單段頂管總阻力F總=1.38十100.48≈101.86KN,因此選用額定頂力150KN的泥水平衡頂管機(jī),可滿足施工過(guò)程中的頂進(jìn)需求。

2.2電纜敷設(shè)核心參數(shù)計(jì)算

電纜敷設(shè)時(shí)牽引張力需控制在允許范圍內(nèi),避免張力過(guò)大導(dǎo)致電纜導(dǎo)體拉伸或護(hù)層斷裂。10 KV電纜FY-YJV22-3×300的允許牽引張力需結(jié)合導(dǎo)體允許牽引強(qiáng)度計(jì)算,銅導(dǎo)體允許牽引強(qiáng)度為270 N/mm²,導(dǎo)體截面積300 mm²,因此理論允許牽引張力為270×300×10^-3=81 KN,考慮施工安全系數(shù)0.9,實(shí)際允許牽引張力取72 KN。

電纜牽引張力T由摩擦阻力T摩、重力分力T重和彎曲阻力T彎三部分組成,計(jì)算公式如下:

T=T摩十T重十T彎(4)

摩擦阻力指電纜與管孔內(nèi)壁的摩擦力,按滑動(dòng)摩擦計(jì)算,摩擦阻力計(jì)算公式如下:

T摩=μ.G.(5)

式中:μ為電纜護(hù)層與HDPE管的摩擦系數(shù),干燥狀態(tài)下取0.3;G為單位長(zhǎng)度電纜重量,FY-YJV22-3×300電纜經(jīng)廠家參數(shù)確認(rèn)重量為0.18 KN/m;L為單段電纜分次敷設(shè)長(zhǎng)度,取50 m;R孔為管孔半徑,取0.08 m。

將這些參數(shù)代入公式(5)計(jì)算得T摩=33.75 KN。

重力分力主要源于管孔傾斜時(shí)電纜自重產(chǎn)生的分力,本工程頂管設(shè)計(jì)為水平敷設(shè)(坡度≤0.3%),重力分力對(duì)牽引張力的影響可忽略,因此T重≈0 KN。

彎曲阻力指電纜經(jīng)過(guò)井體滑輪或管孔彎曲段的阻力,按如下彈性彎曲公式計(jì)算:

式中:E為電纜絕緣層彈性模量,取1.2×10³MPa;I為電纜截面慣性矩,FY-YJV22-3×300電纜截面近似圓形,半徑r=0.0425m,經(jīng)計(jì)算I=πr4/4≈3.14×0.04254/4≈2.56 ×10^-6m⁴ ;θ為彎曲角度,轉(zhuǎn)角井轉(zhuǎn)角90°,即θ=π/2 rad;L彎為彎曲段長(zhǎng)度,井體內(nèi)部彎曲段取2 m。

將這些參數(shù)代入公式(6)計(jì)算得T彎≈2.412 KN。綜合三部分阻力,電纜總牽引張力T=33.75+0+2.412=36.162 KN,遠(yuǎn)小于允許牽引張力72 KN。因此,為預(yù)留安全系數(shù),選用額定牽引力50 KN的電動(dòng)牽引機(jī),可避免牽引機(jī)過(guò)載導(dǎo)致的施工中斷。

3協(xié)同施工技術(shù)優(yōu)化方案

3.1 頂管軸線偏差的動(dòng)態(tài)控制

激光導(dǎo)向監(jiān)測(cè)的優(yōu)化需聚焦實(shí)時(shí)性與精準(zhǔn)性,在頂管機(jī)頭部安裝激光導(dǎo)向儀,該設(shè)備可實(shí)時(shí)采集軸線偏差數(shù)據(jù),包括橫向偏差Δx與縱向偏差Δz,并通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將數(shù)據(jù)同步至地面控制臺(tái)。為避免偏差累積,每2 m設(shè)置一個(gè)“偏差臨界點(diǎn)”,當(dāng)橫向偏差Δx超過(guò)20mm時(shí),系統(tǒng) 自動(dòng)觸發(fā)頂管機(jī)糾偏機(jī)制—通過(guò)調(diào)整兩側(cè)千斤頂?shù)捻斶M(jìn)速度實(shí)現(xiàn)軸線微調(diào),例如監(jiān)測(cè)到Δx=25 mm時(shí),將右側(cè)千斤頂頂進(jìn)速度從5mm/min提升至7mm/min,左側(cè)保持5mm/min,每30 s復(fù)評(píng)一次偏差,直至Δx回落至20 mm以內(nèi)。

分段頂管銜接需解決同軸度偏差問(wèn)題,相鄰兩段頂管施工前,在已完成頂管的管孔內(nèi)插入φ150mm的導(dǎo)向套管(長(zhǎng)度1.5 m),套管一端與已完成管孔通過(guò)固定支架同軸固定,另一端作為后續(xù)頂管的“基準(zhǔn)入口”,通過(guò)這種方式確保兩段管孔同軸度偏差≤5mm,避免形成“臺(tái)階”接口對(duì)電纜護(hù)層造成刮傷。

3.2 管孔預(yù)處理與潤(rùn)滑協(xié)同

頂管完成后需通過(guò)內(nèi)窺鏡檢測(cè)與清理保障管孔潔凈度,采用φ120 mm工業(yè)內(nèi)窺鏡(分辨率1 080 P)對(duì)管孔進(jìn)行全長(zhǎng)度檢測(cè),重點(diǎn)排查管孔內(nèi)的水泥結(jié)塊、泥沙堆積及接口錯(cuò)位情況。對(duì)檢測(cè)出的雜質(zhì),采用“高壓空氣吹掃+鋼絲刷通管”組合方式清理:先用0.8 MPa高壓空氣沿管孔一端吹掃,將松散雜質(zhì)從另一端吹出;再用帶鋼絲刷的通管器(直徑150 mm)往復(fù)拉動(dòng)3次,清除附著在管壁的頑固雜質(zhì),確保管孔內(nèi)壁無(wú)凸起異物。

管孔潤(rùn)滑處理需精準(zhǔn)控制潤(rùn)滑脂用量與涂抹均勻度,電纜敷設(shè)前向管孔內(nèi)注入電纜專用潤(rùn)滑脂(型號(hào)KL-202,粘度150~200 mm²/s)。潤(rùn)滑脂用量按管孔與電纜之間的環(huán)形空間體積計(jì)算,公式為V=π(R孔²-R纜²)L,其中R纜為電纜半徑,取0.0425 m。本工程單段管孔潤(rùn)滑脂用量經(jīng)計(jì)算為3.14×(0.08²-0.042 5²)×500≈7.21 L,通過(guò)專用注脂設(shè)備將潤(rùn)滑脂均勻注入管孔,確保電纜與管壁間形成連續(xù)潤(rùn)滑層,可將摩擦系數(shù)從0.3降低至0.15,牽引張力進(jìn)一步降低至19.287KN。

3.3施工時(shí)序與井體滑輪協(xié)同

施工時(shí)序優(yōu)化采用“三段式”規(guī)劃,將機(jī)械頂管與電纜敷設(shè)劃分為“頂管施工→管孔檢測(cè)清理→ 電纜敷設(shè)”三個(gè)階段,每個(gè)階段設(shè)置獨(dú)立的質(zhì)量驗(yàn)收節(jié)點(diǎn),避免交叉作業(yè)導(dǎo)致的工序干擾。具體時(shí)序安排為:第1~3天完成單段(80 m)頂管施工,驗(yàn)收內(nèi)容包括軸線偏差、管孔密封性,確保頂管質(zhì)量符合要求;第4天開(kāi)展管孔內(nèi)窺鏡檢測(cè)與雜質(zhì)清理,驗(yàn)收管孔潔凈度,不合格則需重新清理;第5天敷設(shè)單段(500 m)電纜,驗(yàn)收電纜牽引張力、護(hù)層完整性,確保敷設(shè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

井體滑輪需與頂管施工同步安裝調(diào)試,在頂管施工的同時(shí),完成井體內(nèi)部電纜牽引滑輪的安裝:直線井安裝2個(gè)平行滑輪,通過(guò)激光定位確?；嗇S線與管孔軸線對(duì)齊;轉(zhuǎn)角井安裝3個(gè)導(dǎo)向滑輪,根據(jù)轉(zhuǎn)角角度調(diào)整滑輪位置,形成與轉(zhuǎn)角匹配的“弧形牽引路徑”。所有滑輪槽內(nèi)均粘貼5 mm厚橡膠墊,避免電纜護(hù)層與金屬滑輪直接接觸導(dǎo)致磨損,同時(shí)在滑輪軸處涂抹潤(rùn)滑油,減少滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。

4 工程應(yīng)用效果

在匯銀江南富灣六期10 Kv專用線路新建工程中,上述協(xié)同施工優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用效果可通過(guò)施工質(zhì)量與效率兩大維度驗(yàn)證。在施工質(zhì)量方面,單段頂管的橫向偏差最大為28 mm,縱向偏差最大為65 mm,滿足協(xié)同施工設(shè)定的“橫向≤30 mm、縱向≤80 mm”要求,管孔實(shí)際彎曲半徑經(jīng)測(cè)算≥4.2 m,大于10 Kv電纜FY-YJv22-3×300的最小彎曲半徑3.6 m,為電纜敷設(shè)提供了充足的空間條件。

電纜敷設(shè)過(guò)程中,牽引張力最大為5.8 KN,無(wú)張力超標(biāo)現(xiàn)象;敷設(shè)完成后對(duì)所有電纜開(kāi)展10 Kv耐壓試驗(yàn)(試驗(yàn)電壓27 Kv,持續(xù)1 min),絕緣性能全部合格,經(jīng)外觀檢查無(wú)護(hù)層磨損、絕緣層開(kāi)裂情況。9套電纜中間頭的接地電阻均≤3.5 Ω,通過(guò)局部放電試驗(yàn)(放電量≤10 pC),符合GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》要求[3],確保投運(yùn)后無(wú)接地故障風(fēng)險(xiǎn)。

在施工效率方面,優(yōu)化前單段(80 m頂管+500 m電纜敷設(shè))施工需7天;優(yōu)化后通過(guò)時(shí)序協(xié)同與工序銜接優(yōu)化,單段施工僅需5天,整個(gè)外線工程(3 485 m頂管+4130m電纜敷設(shè))工期從原計(jì)劃45天縮短至33天,工期縮短12天,施工效率提升26.7%。同時(shí),因電纜無(wú)磨損、中間頭無(wú)返工,材料損耗率從原計(jì)劃2%降至0.5%,減少了電纜、中間頭等材料的浪費(fèi),經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以恩平市匯銀江南富灣六期10 kv專用線路新建工程為實(shí)踐載體,針對(duì)10 kv配網(wǎng)外線工程中機(jī)械頂管與電纜敷設(shè)協(xié)同性不足的問(wèn)題,通過(guò)系統(tǒng)分析兩者技術(shù)關(guān)聯(lián)、構(gòu)建量化計(jì)算模型、提出優(yōu)化方案,形成了可落地的協(xié)同施工技術(shù)體系。該技術(shù)體系有效解決了傳統(tǒng)施工“脫節(jié)”問(wèn)題,為穿越道路、綠化帶等復(fù)雜場(chǎng)景的10 kv配網(wǎng)外線工程提供了可推廣的協(xié)同施工方案,具備較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):GB 50217—2018[S].

[2] 頂管工程技術(shù)規(guī)程:DBJ33/T 1283—2022[S].

[3] 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):GB 50150—2016[S].

《機(jī)電信息》2025年第23期第20篇