水平定向钻进电力管线测量技术的应用

张晓静

（上海佳友市政建筑有限公司，上海 201202）

0 引言

电缆入地主要有3种方式，分别是直埋电缆、排管和水平定向钻进（HDD）敷设。采用HDD技术敷设电缆或管线，具有交通阻碍小、施工占用工作界面小、工期短、对环境污染少等特点，还可在常规开挖无法作业的环境中实现电力管线的穿越敷设，比如穿越江河、重要广场、主干道或高速公路、铁轨等场合。近年来在电力工程中，越来越多的新线敷设、老线改造等入地项目，大多采用HDD技术。

电力管线建设无论是开挖还是非开挖，产出的成果是一致的，即电缆／管线埋入地下运营。大量的地下线缆建设量以及高节奏的都市建设步伐，为线缆安全运营和新建线缆工程的安全，提出了更高要求。目标是找到电缆／管线真正的位置，这就需要依赖先进的竣工测量新技术。但常规的测量技术存在使用局限性，不能实现在非开挖的状况下对地下线缆准确检测。因此，HDD电力管线竣工测量技术被引进和应用。

1 HDD敷设电力管线的要求

随着HDD敷设电力管线量的逐年增加，交错于上海大都市地下已建、在建、拟建电力管线的安全运营风险越来越大。为此，近年来对电力竣工管线测量资料的提交，作为电力管线验收和规划的必备资料。

在上海，严格执行上海市工程建设规范《管线定向钻进技术规范》，包括电力管线在内的各类运营管线，均要求管线的允许偏差在规定范围内。比如，要求成孔管线与设计管线的偏移量小于或者等于1.5m，并建议用轨迹测量仪进行测量。尤其是采用HDD敷设电力管线，必须严格执行上海市工程建设规范管线定向钻进技术规范DG／TJ08－2075—2010和上海市电力公司电力管道轨迹测量系统管理规范Q／SDJ1281—2010的要求。根据规范要求，使用推荐的轨迹测量仪及所需提交的成果形式，如CAD图形、管线轨迹空间三维形态图、可编辑的文本、数据等资料。

2 轨迹测量技术

在“轨迹测量技术”发展前，导向轨迹间接法和“通棒”间接测量法被大范围应用于竣工管线测量。工程竣工后的铺管轨迹竣工图，大多为导向孔的轨迹图或利用“碳棒通棒”方法间接测得探测轨迹图。这两种轨迹图成图数据，需要经过人工手动记录或电脑自动记录或者通过间接测量工具（碳棒、GPS系统和全站仪、物探仪）的数据而形成，严格来说是不完全真实的铺管轨迹图，以致发生多起重大线路受损事故。究其原因，主要是管道竣工资料不准及物探成果误差大。

目前正在试行的行业规范也未趋于统一。对于管线铺设质量的控制，仅仅限定在出入土点可见处轨迹的测量和观测，对于地下不可见部分还没有相应的检验方法和评定标准。同时，国内市场还没有用于非开挖导向钻进管道铺设轨迹测绘的设备和仪器出现，因而通过采用新技术解决顶管管道铺设的精确探测问题迫在眉睫，具有重大的现实意义。

由于目前探测技术的局限性，无法对顶管管道进行精确探测，严重阻碍了顶管工程技术的推广和应用，并对电力电缆的规划管理、建设施工及地下空间的合理利用产生不利影响，给电力部门的生产管理带来极大的困难。

鉴于上述问题，研究电缆顶管的三维探测应用技术，有利于直观、真实地反映地下管线铺设的位置状况，有利于电力电缆管道铺设工程施工质量的提高和规范，有利于整个非开挖行业的健康发展，也有利于大都市地下空间资源的监测和规划。

3 测量技术的区别

由于直埋电缆和排管的测量方法基本相同，而且排管与采用HDD敷设电力管线，均是针对护管的测量。虽然HDD电力管线测量与排管测量同属于地下管线的测量，但由于测量对象、作业环境、工作流程、使用仪器、测量原理、成果标准等方面的差异，在具体操作和关键技术方面有着明显区别。

3.1 测量对象

排管测量大多随着开挖工程的实施进程进行，而HDD敷设电力管线，要求在管线工程结束后对竣工管线进行测量，所以排管的测量对象大多裸露可见，而HDD电力管线测量对象，除了工井接管段外，全部为地下不可见。因此，在HDD电力管线测量中，常规的控制测量、水准测量、三角高程测量等方法，仍可应用于管线两端点的测量，但已经不能满足HDD电力管线全线测量的需求。

3.2 测量方法

排管完成的管线基本为水平线。测量利用基准点或基站引点逐点测量，测点根据要求选取，人工打点。打点人员逐点跑点，仪器操作人员进行测量和记录。而HDD敷设电力管线呈三维弯曲状，基本为“直线段－曲线段－直线段－曲线段－直线段”形态，如图1所示。

图1 HDD敷设电力管线轨迹

图中：B为管线水平段起点（穿越障碍起点）；C为管线水平段终点（穿越障碍终点）；α1为管线入土角，（°）；α2为管线出土角，（°）；H为管线埋深，m；R1为管线入土弯曲半径，m；R2为管线出土弯曲半径，m；L1为管线入土造斜段投影长度，m；L2为管线出土造斜段投影长度，m；L为管线水平段长度（穿越障碍距离），m。

由图1可看出，HDD变向点较多，且有弧度测量区域。利用专业仪器全线连续测量，除两端点需要人工打点外，全程仪器自动采点测量。两端点由打点人员逐点跑点，仪器操作人员进行测量和记录，轨迹测量仪由管线两端操作人员往返拖拉行程，完成全线测量。

3.3 测量仪器和工器具组成

排管测量使用的主要仪器有GPS、全站仪、水准仪、水准尺。辅助工器具主要有皮尺、钢钉和喷漆等。

HDD电力管线测量使用的主要仪器有轨迹测量仪、GPS、全站仪。辅助工器具主要有铁牛、皮尺、喷漆、绳盘及绞车、通棒绞盘、抽水机、发电机、榔头和撬棒、测爆装置、鼓风机等。

HDD电力管线测量的核心仪器与排管测量用仪器的区别，在于“轨迹测量仪”及其配套“铁牛”的使用。

1）轨迹测量仪 轨迹测量仪基于陀螺仪原理，并与电子技术、传感技术和信息技术相结合，专为HDD管线测量服务，是对敷设完成管线的中心轴线进行轨迹测量的仪器。采用管内测量方法，能够连续获得管线中心轴线上各点的三维坐标，最终形成三维轨迹图，即地下管线空间位置曲线图，其成果数据可满足上海市电力公司生产管理系统（PMS）入库要求。

2）铁牛 铁牛是使用轨迹测量仪的准备工具，其尺寸（主要指直径和长度）根据所使用轨迹测量仪的尺寸而定，一般由甲方根据铺管内径选择确定，主要有2个作用。

1）初判管线敷设质量 铁牛作为轨迹测量仪的同尺寸模型，先行测试可通过性，避免因管线形态较差，导致轨迹测量仪进入后出现卡煞、报废等状况。

2）预估和清理待测管线管内环境 由于铁牛具有一定的直径，在行进过程中可将管内部分杂物携带出来，操作人员可根据铁牛行进中的阻力状况，预估轨迹测量仪检测行进中的障碍点或障碍区域，便于采取有效措施。

3.4 测量操作流程

HDD电力管线测量与排管测量有着许多相同的流程，都需要在前期查看电力管线测绘作业指导书，如设计书、地形和区域环境、确定测量对象和范围、测量和获取成果等。但从技术实施的途径和关键技术方面来看，HDD电力管线测量有着独特的操作步骤：

1）采用管内测量方式直接获取轨迹精确坐标值 测量仪器需要在管内行进，在测量前需要对管线内部进行积水、杂物清理，并确定管内有牵引绳，保证轨迹测量仪能够顺利通过。

在大工井内测量时需要进行通风、测爆及防爆监测，必要时下井人员进出工井要做防毒防护，确保安全生产。

2）利用铁牛完成前期准备工作 通过发挥配套铁牛的功能，创造良好的孔内测量环境。

3.5 测量成果

无论采用排管工艺还是HDD工艺敷设电力管线，其成果都将被PMS调入，作为后续管线规划、管线敷设交底、管线运营维护的重要依据。虽然两者成果形式相同，即数据可以文本形式存取、可用CAD成图，但是由于排管测量数据采用人工打点方式测点，获得数据有限，而HDD电力管线测量采用仪器测点，采集频率以毫秒计算，获得数据量大，形成的测量成果图线更贴近轨迹线的真实形态。

4 轨迹测量技术的应用

浦东锦绣路（龙阳路至罗山路）电力排管工程（架空线入地专项）作业区域环境复杂，部分穿越段物导向仪受到干扰，信号时有时无，难以判断导向轨迹上每个测点的精确位置，即使已经记录的数据也有经验估算和估测的成分，增加了竣工管线位置的不确定性，埋下安全隐患。

该工程应用轨迹测量技术，精确测量出竣工管线（153.77m）在三维空间中的具体位置，并给出了导向偏差为0.96～1.64m（标准为小于或者等于1.5m），为竣工质量评定提供了依据，提高了归档或交底管线资料的精确度，降低了该管线被外破事故发生的可能性，确保了管线的安全运营和服务。

5 结论

综上所述，虽然HDD工艺敷设的电力管线属于排管工程的一部分，但因其敷设工艺方法、成果轨迹形态和空间位置等多方面的特殊性，所采用的测量方法不能简单地直接与排管测量统一，还需要根据实际状况考虑操作差异，并有针对性的制定测量方案。