CN112103852B - 一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，步骤包括：S1：根据最低通航水位、规划航道水深、河床下切厚度、河床底标高、预埋深度，计算第一钢管顶部高程和第二钢管顶部高程，选择两者之间的最小值作为实际钢管顶部高程的最小值；S2：选定敷设电缆的钢管及其数量、内置于钢管的MPP管及其数量，根据实际钢管顶部高程的最小值、钢管曲率半径、钢管穿越地层、水平定向钻的入土点和出土点确定水平定向钻的穿越路线；S3：根据穿越路线计算电缆敷设时的牵引力及侧压力，并判断是否满足施工要求；S4：利用水平定向钻在河道形成导向孔，回拖钢管并内穿MPP管，敷设电缆，通过精确的参数计算后利用钢管穿越河道完成河道两岸变电站之间电缆的敷设，工程成本低，工期短，实施难度易。

Description

一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法

技术领域

本发明涉及电缆敷设领域，更具体地，涉及一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法。

背景技术

水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械，它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等柔性管线铺设施工中，它适用于沙土、粘土、等地况，地下水位较高及卵石地层不适宜我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-15℃～+45℃。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。水平定向钻作为一种现代化的非开挖施工方法，与顶管、盾构并列为当今三大非开挖技术。水平定向钻技术具有环境破坏小、施工周期短、综合成本低、社会效益显著等优点，被广泛地应用于地下管线的建设中。

在城市的电缆敷设工程中，有时候会遇到河道两边设有变电站从而必须穿越河道敷设电缆的情况，在河道中敷设电缆称为水下敷设，水下敷设一般需要将河流截流，同时进行河底的沟槽挖掘，施工过程长且需耗费大量的人力物力。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，用于快速进行水下电缆敷设，且能够起到施工周期短、综合成本低的效果。

本发明提供的技术方案为：

一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，步骤包括：

S1：根据最低通航水位、规划航道水深、河床下切厚度和预埋深度计算第一钢管顶部高程；根据河床底标高、所述河床下切厚度和所述预埋深度计算第二钢管顶部高程；比较所述第一钢管顶部高程和所述第二钢管顶部高程，选择两者之间的最小值作为实际钢管顶部高程的最小值；；

施工前需要确定水平定向钻技术实施的各种参数，以及敷设电缆中所用到的钢管和MPP管的参数等等方可施工。

首先计算钢管在水下敷设时的顶部高程，顶部高程分为第一钢管顶部高程和第二钢管顶部高程；第一钢管缆顶部高程由规划航道水深计算所得，由最低通航水位、规划航道水深、河床的下切厚度和预设的埋设深度计算得到；第二钢管顶部高程由工程位置最大水深计算所得，由河床底标高、河床的下切厚度和预设的电缆埋设要求的安全覆盖厚度计算得到。

其中，河床的下切厚度指流水对河床垂向的侵蚀切割作用，河流上游来沙量小于水流挟沙力时，则水流垂向侵蚀切割作用强，使河床高程逐渐降低。因此，考虑河床的下切厚度能够更准确得到钢管安全敷设的顶部高程。在计算两个钢管顶部高程后，比较两个高程并选出最小值，作为实际钢管顶部高程的最小值。

S2：选定敷设所述电缆的钢管及其数量，根据所述钢管选定设置在所述钢管内的MPP管及其数量；确定水平定向钻在所述河道中的实际水平穿越地层；根据所述实际水平穿越地层、所述钢管的曲率半径以及所述实际钢管顶部高程的最小值、水平定向钻的入土点、出土点，确定所述钢管的穿越路线；；

步骤S2为确定敷设电缆中所用到的钢管和MPP管的相关参数，首先根据电缆敷设的需要初步选定用于敷设电缆的钢管材料和规格，以及钢管的数量，其次根据敷设电缆的情况确定钢管内设置的MPP管数量和规格，MPP管为常用的电力管，用于直接敷设电缆，而钢管为保护MPP管的管道。水平定向钻的入土点和出土点根据河道两岸的变电站位置以及河道两岸的地理位置确定得到。

进一步结合对河道的现场勘察，将钢管预计穿越河道的地基土划分为若干个工程地质层，将该若干个工程地质层定为水平定向钻的实际水平穿越地层，根据穿越层的工程地质层、所述钢管的曲率半径以及所述实际钢管顶部高程的最小值，根据水平定向钻的入土点、出土点以及综合考虑施工的可行性进一步确定定向钻施工的入土角度和出土角度，根据该角度以及入出土的位置即可确定钢管在河道中的穿越路线。

S3：根据所述穿越路线计算所述电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据所述牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求：如满足，则执行步骤S4，如不满足，则重新执行步骤S1；

根据步骤S2确定的穿越路线确定电缆在敷设过程中的所产生的牵引力以及侧压力，需验证机械敷设电缆过程中所产生的牵引力和侧压力是否在电缆承受的范围内，如果在电缆承受范围内，可执行下一步骤；如在电缆承受范围外，需要重新对穿越路线进行调整，包括调整定向钻的入土、出土点和入土、出土角度等等，使电缆的牵引力及侧压力保持在电缆承受范围内。

S4：根据所述穿越路线利用所述水平定向钻在所述河道形成导向孔并对所述导向孔进行扩孔，在进行扩孔后的所述导向孔中回拖若干条所述钢管，根据步骤S2的所述MPP管的数量在所述钢管中内穿MPP管；所述电缆敷设在所述MPP管中。

按照穿越路线在河道下正式利用水平定向钻进行施工，形成导向孔并对该导向孔进行扩孔，在扩孔后的导向孔内回拖若干条钢管并在每一条钢管内穿MPP管，后电缆敷设的管道设置完成，最后只需要将电缆敷设在管道中，完成穿越河道的电缆敷设。利用水平定向钻技术实现电缆在河道的穿越，通过精确的参数计算后能够安全稳定地将电缆敷设在钢管中，利用钢管穿越河道完成了河道两岸变电站之间电缆的敷设，该实施的工程成本低，工期短，实施难度易。

进一步，在步骤S4执行前在所述入土点和出土点分别设置若干个工井，所述工井的数量与所述钢管的数量相同；步骤S4中的“所述电缆敷设在所述MPP管中”，具体为：将入土点的电缆分为与所述MPP管数量相同的电缆分支，以喇叭形分散的方式将所述电缆分支通过所述入土点的工井敷设在所述钢管的MPP管中，所述电缆分支通过所述MPP管从所述出土点的工井处以喇叭形收束的方式连接到出土点处的电缆；一个所述入土点的工井和一个所述出土点的工井均只提供一条所述电缆分支穿过，且一条所述钢管中只敷设一条所述电缆分支。

步骤S4进行电缆的敷设，需要敷设的电缆分为若干条电缆分支进行敷设，每一条钢管中只敷设一条电缆分支，入土点的电缆在入土点即分为若干条电缆分支，电缆分支以喇叭形分散的方式通过工井敷设在钢管中，每一条电缆分支通过一个工井敷设在一条钢管的MPP管中，且电缆分支之间不共用同一个工井和同一条钢管；在出土点处，电缆分支也以喇叭形收束的方式连接到出土点的电缆。喇叭形分散与收束的设计使钢管管道与电缆段衔接流畅，电缆布置整洁有序。

进一步，步骤S1中的“根据所述最低通航水位、规划航道水深、河床下切厚度和预设的埋设深度计算第一钢管顶部高程”，具体为：根据H₁＝h-H-d-B计算第一钢管顶部高程，其中，所述H₁为所述第一钢管顶部高程，所述h为所述最低通航水位，所述H为所述规划航道水深，所述d为所述河床下切厚度，所述B为预埋深度。

最低通航水位指通航时船只不触底的最低要求的通航水位，规划航道水深指航道范围内从水面到底部的垂直距离。就局部区段而言，通常指航道内最浅处从水面到底部的垂直距离；河床的下切厚度，河床的下切厚度指流水对河床垂向的侵蚀切割作用，河流上游来沙量小于水流挟沙力时，则水流垂向侵蚀切割作用强，使河床高程逐渐降低。因此，考虑河床的下切厚度能够更准确得到电缆安全敷设的顶部高程；预埋深度是指根据当地水下敷设电缆的规定下的预设深度，为计算中的一个预设值。

进一步，步骤S1中的“根据河床底标高、所述河床下切厚度和预设的电缆埋设要求的安全覆盖厚度计算第二钢管顶部高程”，具体为：根据H₁＝h₁-d-B计算第二钢管顶部高程，其中，所述H₁为所述第二钢管顶部高程，所述h₁为所述河床底标高，所述d为所述河床下切厚度，所述B为所述预埋深度。

进一步，步骤S1中的所述规划航道水深根据H＝T+△H计算得到，其中，所述H为所述规划航道水深，所述T为根据航道条件和运输要求所取的船舶或船队的吃水深度或在枯水期减载时的吃水深度，所述△H为根据航道等级确定的船舶航行触底安全的富裕量。

计算规划航道水深的时候，应根据河道中航道条件和运输的要求选择具有代表性的船型，根据该船型的船舶或船队进行相关吃水深度的测量，以及确定该代表船型的船舶在航行时触底的安全富裕量，即富裕水深。

进一步，步骤S4中的所述喇叭形的开口夹角范围在30°～60°之间。该角度范围能够使喇叭形的分散和收束更方便钢管与电缆之间的连接，角度视钢管、MPP管的宽度和位置而定。

进一步，在步骤S2中选定敷设所述电缆的钢管后，在确定水平定向钻在所述河道中的实际水平穿越层前，根据f_t＝1000F/A计算步骤S2中确定的钢管的拉应力；判断f_t＜0.9σ_s是否成立，如成立，则表明所述钢管的规格符合要求，可继续执行步骤S2；如不成立，则表明所述钢管的规格不符合要求，需重新选定钢管直至选定的钢管符合施工要求；其中所述f_t为所述钢管的拉应力，所述F为所述钢管在水平定向钻回拖时的最大回拖力，所述A为所述钢管的横截面面积，所述σ_s为所述规格下钢管的屈服强度。

利用计算得到的钢管拉应力检验钢管的强度是否满足拉应力的要求，如钢管的强度不满足拉应力的要求，则选择钢管错误，需要重新选定适用的钢管。

进一步，在步骤S3中的“根据所述穿越路线确定所述电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据所述牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求”，具体为：根据路径弯曲类型将所述穿越路线分为若干子路径段，计算每一所述子路径段在电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据每一所述子路径段的牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求。

将穿越路线从入土点的工井到出土点的工井分为若干个子路径段，路径弯曲类型包括水平弯曲牵引和水平直线牵引，根据子路径段的长度、弯曲角度、敷设用的滚轮管段的摩擦系数、电缆的重量和电缆盘的摩擦力计算若干个水平弯曲牵引子路径段和若干个水平直线牵引子路径段的牵引力和侧压力，经计算得到的子路径段的牵引力和侧压力都应小于电缆的承载能力，如大于电缆承载能力，即不满足施工要求，需要重新对穿越路线进行调整，使电缆的牵引力及侧压力保持在电缆承受范围内。

进一步，所述钢管在水平定向钻回拖时的最大回拖力F的计算过程为：根据

计算所述水平定向钻的最大回拖力，其中，所述F为所述最大回拖力，所述L为水平定向钻路径长度，所述D为所述钢管的管道内径，所述D₁为所述钢管的管道外径，所述f_h为所述钢管的管段与钻孔孔壁之间的摩擦系数，所述γ_m为钻孔泥浆的重度，所述t为所述钢管的壁厚，所述γ_p为所述钢管的管材重度，所述ω_w为进行浮力控制时单位长度所述钢管的配重量，所述K为钻孔泥浆的黏滞系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明利用水平定向钻技术实现电缆在河道的穿越，通过精确的参数计算后能够安全稳定地将电缆敷设在钢管中，利用钢管穿越河道完成了河道两岸变电站之间电缆的敷设，该实施的工程成本低，工期短，实施难度易；

(2)本发明在计算河道水下敷设最关键的参数即钢管顶部高程时，纳入了河床下切厚度作为计算参数，，河床的下切厚度指流水对河床垂向的侵蚀切割作用，河流上游来沙量小于水流挟沙力时，则水流垂向侵蚀切割作用强，使河床高程逐渐降低。因此，考虑河床的下切厚度能够更准确得到电缆安全敷设的顶部高程。

(3)电缆分支以喇叭形分散的方式从入土点进入，以喇叭形收束的方式连接到出土点的电缆，喇叭形分散与收束的设计使钢管管道与电缆段衔接流畅，电缆布置整洁有序。

附图说明

图1为本发明实施例1中河道与钢管的结构示意图。

图2为本发明实施例1中入土点的工井与电缆分支的连接示意图。

图3为本发明实施例1中穿越路线分为若干个子路径段的结构示意图。

图4为本发明实施例1中钢管内穿MPP管的结构示意图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，步骤包括：

S11：根据河道两岸的变电站位置以及河道两岸的地理位置确定水平定向钻的入土点、出土点、水平定向钻的工井位置以及最低通航水位；

S12：根据如图1所示的最低通航水位、规划航道水深、图1所示的河床下切厚度和预设的埋设深度计算第一钢管顶部高程；

S13：如图1所示，根据图1所示的实际河床底标高、图1所示的河床下切厚度和预设的电缆埋设要求的安全覆盖厚度计算第二钢管顶部高程；

S14：比较步骤S12计算得到的第一钢管顶部高程和步骤S13计算得到的第二钢管顶部高程，选择两者之间的最小值作为实际钢管顶部高程的最小值，通过该顶部高程的最小值确定如图1所示的管道最低点；

S21：根据电缆敷设的需要初步选定敷设所述电缆的钢管并确定钢管的数量，根据选定的所述钢管选定设置在所述钢管内的MPP管及其数量；

S22：结合对河道的现场勘察，将钢管预计穿越河道的地基土划分为若干个工程地质层，将该若干个工程地质层定为水平定向钻的实际水平穿越层；

S23：根据S22确定的实际水平穿越地层、步骤S21选定的钢管的曲率半径以及步骤S12确定的实际钢管顶部高程的最小值和管道最低点、步骤S11确定的入土点和出土点，综合分析后得到如图1所示的钢管管道，通过该钢管管道能够得到钢管穿越河道时的穿越路线；

S3：根据步骤S23得到的穿越路线计算电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据计算得到的牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求：如满足，则执行步骤S4，如不满足，则重新执行步骤S1，对穿越路线重新调整；

S41：根据步骤S23得到的穿越路线，利用水平定向钻在河道形成导向孔并对所述导向孔进行扩孔；

S42：在S41形成的导向孔中回拖若干条钢管，根据步骤S2的所述MPP管的数量在所述钢管中内穿MPP管；将电缆敷设在所述MPP管中。

作为优选方案，在S41步骤执行前，在入土点和出土点分别设置工井，工井的数量与步骤S21确定的钢管数量相同。

S42中的“将电缆敷设在所述MPP管中”具体执行过程为：

如图2所示，将入土点的电缆分为与所述钢管数量相同的电缆分支，在本实施例中钢管的数量为4条，因此电缆分支的数量也为4条，该数量仅作为示例说明，实际的电缆分支和钢管数量将根据电缆敷设的实际需求而定。

在将电缆分为4条电缆分支后，电缆分支以喇叭形分散的方式通过入土点的若干个工井敷设在钢管中，电缆分支在钢管中敷设在MPP管中，电缆分支通过MPP管从出土点的工井处以喇叭形收束的方式连接到出土点处的电缆；

一个入土点的工井和一个出土点的工井均只提供一条电缆分支穿过，且一条钢管中只敷设一条电缆分支。喇叭形分散与收束的设计使钢管管道与电缆段衔接流畅，电缆布置整洁有序。其中，作为优选方案，喇叭形的开口夹角范围在30°～60°之间。该角度范围能够使喇叭形的分散和收束更方便钢管与电缆之间的连接，实际角度也可视钢管、MPP管的宽度和位置而定。

作为优选方案，步骤S12的具体计算过程为：

根据H₁＝h-H-d-B计算第一钢管顶部高程，其中，所述H₁为所述第一钢管顶部高程，所述h为图1所示的最低通航水位，所述H为所述规划航道水深，所述d为图1所示的河床下切厚度，所述B为预埋深度。其中，作为优选方案，规划航道水深H的计算方式为：根据H＝T+△H计算得到规划航道水深，其中，所述H为所述规划航道水深，所述T为根据航道条件和运输要求所取的船舶或船队的吃水深度或在枯水期减载时的吃水深度，所述△H为根据航道等级确定的船舶航行触底安全的富裕量。

作为优选方案，步骤S13的具体计算过程为：

根据H₁＝h₁-d-B计算第二钢管顶部高程，其中，所述H₁为所述第一钢管顶部高程，所述h₁为图1所示的河床底标高，所述d为图1所示的河床下切厚度，所述B为所述预埋深度。

作为优选方案，在步骤S21中选定敷设所述电缆的钢管后，在确定水平定向钻在河道中的实际水平穿越地层前，还应执行以下步骤：

根据f_t＝1000F/A计算步骤S21中确定的钢管的拉应力；判断f_t＜0.9σ_s是否成立，如成立，则表明所述钢管的规格符合要求，可继续执行步骤S22；如不成立，则表明所述钢管的规格不符合要求，需重新选定钢管直至选定的钢管符合施工要求；其中所述f_t为所述钢管的拉应力，所述F为所述钢管在水平定向钻回拖时的最大回拖力，所述A为所述钢管的横截面面积，所述σ_s为所述规格下钢管的屈服强度。

作为优选方案，上述钢管在水平定向钻回拖时的最大回拖力F的计算过程为：根据

计算所述水平定向钻的最大回拖力，其中，所述F为所述最大回拖力，所述L为水平定向钻路径长度，所述D为所述钢管的管道内径，所述D₁为所述钢管的管道外径，所述f_h为所述钢管的管段与钻孔孔壁之间的摩擦系数，所述γ_m为钻孔泥浆的重度，所述t为所述钢管的壁厚，所述γ_p为所述钢管的管材重度；所述ω_w为进行浮力控制时单位长度所述钢管的配重量，所述K为钻孔泥浆的黏滞系数。

作为优选方案，步骤S3的具体执行过程为：根据路径弯曲类型将穿越路线分为若干子路径段，计算每一子路径段在电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据每一子路径段的牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求。

如图3所示，穿越路线可分为AB、BCD、DE和EF四个子路径段，分别计算四个子路径段在电缆敷设时的牵引力及侧压力，具体的计算过程为：

AB段的弯曲类型为水平直线牵引(滚轮)，不产生侧压力，其牵引力T₁的计算公式为T₁＝fW+μWL₁，f为电缆盘的摩擦力，W为电缆重量，μ为滚轮管段的摩擦系数，L₁为AB段的长度。

BCD段的弯曲类型为水平直线牵引(滚轮)，不产生侧压力，其牵引力T₂的计算公式为T₂＝T₁+μWL₂，L₂为BCD段的长度。

DE段的弯曲类型为水平弯曲牵引(滚轮)，其牵引力T₃的计算公式为T₃＝T₂e^μθ，θ＝10°(即10个滚轮)，其侧压力P的计算公式为

EF段的弯曲类型为水平直线牵引(滚轮)，不产生侧压力，其牵引力T₄的计算公式为T₄＝T₃+μWL₄，L₄为EF段的长度。

计算后将T₁～T₄与电缆牵引力允许值比较，将P与每个滚轮侧压力允许值比较即可判断电缆敷设是否满足施工要求。

将穿越路线从入土点的工井到出土点的工井分为若干个子路径段，路径弯曲类型包括水平弯曲牵引和水平直线牵引，根据子路径段的长度、弯曲角度、敷设用的滚轮管段的摩擦系数、电缆的重量和电缆盘的摩擦力等计算若干个水平弯曲牵引子路径段和若干个水平直线牵引子路径段的牵引力和侧压力，经计算得到的子路径段的牵引力和侧压力都应小于电缆的承载能力，如大于电缆承载能力，即不满足施工要求，需要重新对穿越路线进行调整，使电缆的牵引力及侧压力保持在电缆承受范围内。

作为优选方案，步骤S41的具体执行过程为，

S411：根据施工方案和穿越路线放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。每50米在现场地面上确定测量点，根据导向轨迹设计确定每点的导向深度，工程管线埋设于河床底至少保证有一定的敷设深度，避免在施工过程中泥浆由地面及河床内冒出。

S412：平整钻机场地，用挖土机推平、压实所征用的空地，面铺花纹钢板，保证有足够的承载力。

S413：准备泥浆用料，采用膨润土，正电胶、铵盐、淀粉等高分子泥浆添加剂，工业碳酸钠(纯碱)，抽取河道河水测试PH值，加纯碱处理至PH值为8～9后使用。各材料的使用要按施工方案进行，有计划有节奏地配备与供给。

S414：按操作规程标定控向参数，要求细心并尽可能多测取参数比较，以确定最佳参数，并做好导向记录。

S415：开工前首先对河涌内水质进行检测，测量其PH值、硬度、杂质含量等。按操作要求及地质情况予设配制方案，确定正确的混配次序，按不同的地质情况配制出符合要求的泥浆,泥浆配比的检验采用马氏漏斗、PH值测试仪每间隔2小时进行检测。

S416：钻机支撑、地锚安装固定后，进行钻机安装就位。螺杆钻具与牙轮钻头安装后，要进行导向仪与导向发射棒的校正标定。各系统运转正常后试转，钻进1-2根钻杆后检测各部位运行情况，特别是钻机的扭矩、推力、泥浆泵的压力等参数。

S417：根据地质报告选用适合的导向钻头，按设计图纸与导向轨迹设计图进行钻导向孔，钻孔偏差符合设计要求：导向孔实际曲线与设计穿越路线的偏差不大于1％，且横向允许偏差±3米；上下允许偏差+1m-2m；出土点允许横向偏差±3米；纵向允许偏差+9m-3m。控向对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案与轨迹，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况。

S418：根据穿越地层和设备性能确定所采用的扩孔级别，本实施例扩孔施工采用四级扩孔，第一级扩孔使用装上

岩石式扩孔器，第二级选用

岩石式扩孔器，第三级选用

岩石式扩孔器，第四级选用

岩石式扩孔器。

步骤S42的具体执行过程为：对步骤S41形成的导向孔进行清孔后，检测钢管扭矩、拉力等各项参数达到管线回拖要求后对若干条钢管进行回拖，根据步骤S2的所述MPP管的数量在所述钢管中内穿MPP管；将电缆敷设在所述MPP管中。

作为优选方案，本实施例中的钢管为DN828×14螺旋钢管，钢管材料选用Q235B，如图4所示，钢管内穿4φ250×15+3φ110×8的MPP管。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，步骤包括：

S1：根据最低通航水位、规划航道水深、河床下切厚度和预埋深度计算第一钢管顶部高程；根据河床底标高、所述河床下切厚度和所述预埋深度计算第二钢管顶部高程；比较所述第一钢管顶部高程和所述第二钢管顶部高程，选择两者之间的最小值作为实际钢管顶部高程的最小值；

S2：选定敷设所述电缆的钢管及其数量，根据所述钢管选定设置在所述钢管内的MPP管及其数量；确定水平定向钻在所述河道中的实际水平穿越地层；根据所述实际水平穿越地层、所述钢管的曲率半径以及所述实际钢管顶部高程的最小值、水平定向钻的入土点、出土点，确定所述钢管的穿越路线；

S3：根据所述穿越路线计算所述电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据所述牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求：如满足，则执行步骤S4，如不满足，则重新执行步骤S1；

S4：根据所述穿越路线利用所述水平定向钻在所述河道形成导向孔并对所述导向孔进行扩孔，在进行扩孔后的所述导向孔中回拖若干条所述钢管，根据步骤S2的所述MPP管的数量在所述钢管中内穿MPP管；将所述电缆敷设在所述MPP管中。

2.根据权利要求1所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，在步骤S4执行前在所述入土点和出土点分别设置若干个工井，所述工井的数量与所述钢管的数量相同；

步骤S4中的“将所述电缆敷设在所述MPP管中”，具体为：将入土点的电缆分为与所述钢管数量相同的电缆分支，以喇叭形分散的方式将所述电缆分支通过所述入土点的工井敷设在所述钢管的MPP管中，所述电缆分支通过所述MPP管从所述出土点的工井处以喇叭形收束的方式连接到出土点处的电缆；一个所述入土点的工井和一个所述出土点的工井均只提供一条所述电缆分支穿过，且一条所述钢管中只敷设一条所述电缆分支。

3.根据权利要求1所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，步骤S1中的“根据所述最低通航水位、规划航道水深、河床下切厚度和预埋深度计算第一钢管顶部高程”，具体为：根据H₁＝h-H-d-B计算第一钢管顶部高程，其中，所述H₁为所述第一钢管顶部高程，所述h为所述最低通航水位，所述H为所述规划航道水深，所述d为所述河床下切厚度，所述B为预埋深度。

4.根据权利要求1所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，步骤S1中的“根据河床底标高、所述河床下切厚度和预埋深度计算第二钢管顶部高程”，具体为：根据H₁＝h₁-d-B计算第二钢管顶部高程，其中，所述H₁为所述第二钢管顶部高程，所述h₁为所述河床底标高，所述d为所述河床下切厚度，所述B为所述预埋深度。

5.根据权利要求3所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，步骤S1中的所述规划航道水深根据H＝T+△H计算得到，其中，所述H为所述规划航道水深，所述T为根据航道条件和运输要求所取的船舶或船队的吃水深度或在枯水期减载时的吃水深度，所述△H为根据航道等级确定的船舶航行触底安全的富裕量。

6.根据权利要求2所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，所述喇叭形的开口夹角范围在30°～60°之间。

7.根据权利要求1所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，在步骤S2中选定敷设所述电缆的钢管后，在确定水平定向钻在所述河道中的实际水平穿越地层前，根据f_t＝1000F/A计算步骤S2中确定的钢管的拉应力；判断f_t＜0.9σ_s是否成立，如成立，则表明所述钢管符合施工要求，可继续执行步骤S2；如不成立，则表明所述钢管不符合施工要求，需重新选定钢管直至选定的钢管符合施工要求；

其中所述f_t为所述选定的钢管的拉应力，所述F为所述钢管在水平定向钻回拖时的最大回拖力，所述A为所述选定的钢管的横截面面积，所述σ_s为所述选定的钢管的屈服强度。

8.根据权利要求1所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，在步骤S3中的“根据所述穿越路线确定所述电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据所述牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求”，具体为：根据电缆牵引类型将所述穿越路线分为若干子路径段，计算每一所述子路径段在电缆敷设时的牵引力及侧压力，根据每一所述子路径段的牵引力及侧压力验证电缆敷设是否满足施工要求。

9.根据权利要求7所述的利用水平定向钻技术穿越河道并敷设电缆的方法，其特征在于，所述钢管在水平定向钻回拖时的最大回拖力F的计算过程为：根据

计算所述水平定向钻的最大回拖力，其中，所述F为所述最大回拖力，所述L为水平定向钻路径长度，所述D为所述钢管的管道内径，所述D₁为所述钢管的管道外径，所述f_h为所述钢管的管段与钻孔孔壁之间的摩擦系数，所述γ_m为钻孔泥浆的重度，所述t为所述钢管的壁厚，所述γ_p为所述钢管的管材重度，所述ω_w为进行浮力控制时单位长度所述钢管的配重量，所述K为钻孔泥浆的黏滞系数。

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