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城市110kV电力隧道顶管施工技术研究

范文

郭文峰

摘要：顶管施工技术解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护等方面具有较大优势。基于此，本文首先分析电力隧道顶管施工技术的优势，然后以郑州航空港区110 kV新苑输电线路工程土建施工为案例，分析顶管施工技术的具体应用。

关键词：城市电力;电力隧道;顶管施工

中图分类号：TU994文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）22-0082-03

Abstract： Pipe jacking construction technology solves the problems such as the destruction of urban buildings and road traffic jam in pipeline burying construction， and has great advantages in stabilizing soil layer and environmental protection. Based on this， this paper first analyzed the advantages of power tunnel pipe jacking construction technology， and then took the civil construction of 110 kV Xinyuan transmission line project in Zhengzhou airport port area as an example to analyze the specific application of pipe jacking construction technology.

Keywords： urban power;electric tunnels;pipe jacking construction

所谓顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。与传统的预埋管施工相比，顶管施工占地面积小，但施工难度大。顶管法施工就是在工作坑内借助顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管完全顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，以此类推，直到最后一节管子触碰到接收井为止。其原理是借助主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。

1 电力隧道顶管施工技术的优势

电力隧道顶管施工采用泥水平衡顶管施工工法，顶进方式为单向顶进，可最大程度上降低对交通的阻碍，并且减少施工对周边居民生活的干扰，属于环境友好型施工方式，且應用范围更为广泛，突破了传统预埋管施工的弊端，拥有广阔的发展前景[1]。其技术优势具体表现在以下几方面。

1.1 降低资源消耗

现代城市规模不断扩大，地面的建筑物数量不断增多，这就意味着单位土地面积经济价值不断增高，电力施工可能会对地面建筑造成一定的破坏。如果采用传统挖掘方式进行施工，就无法保护地下层层分布的管网，并且可能造成局部地区停电、断网、停水的现象，甚至造成天然气泄漏或爆炸事故。采用顶管施工技术，可最大程度上减少对地面生活的影响，避免出现断电、停水现象，降低对地面资源的破坏。在施工前，工作人员要全面进行管线勘察，在管线分布多的地区推行全面机械化施工，成本更低，精度更高。顶管施工不会产生大量土渣，不会因土渣堆积造成生活环境污染，也不会有扬尘的问题，因而是环境友好型施工方式，不会对附近人们的生活造成负面影响。

1.2 减少对交通的阻塞

现代城市道路错杂，人们的日常生活和城市经济的发展都离不开城市交通的高速运行，如果开展大规模挖掘施工，必然会阻塞一部分城市交通。尤其是在早晚高峰或者是特殊时段内，很可能会影响交通系统的正常运行。这不仅会带来一定程度的经济损失，而且会影响城市交通线路的合理排布。采用顶管施工的方法，不需要对地面进行开挖就能完成电力管道修复和管道敷设，有效降低了对城市交通造成的负面影响。

1.3 提高施工作业精准程度

现代城市建设正朝着智能化、数字化、标准化的方向发展，各类基础设施不断完善，传统的挖掘施工技术已经很难满足目前的施工技术要求，采用顶管施工的方式可以减少重复施工、交叉施工的现象，尽可能优化利用市政工程资源。采用顶管施工的方式，还有利于施工作业精准程度的提高，并保护城市地下空间土方结构的稳定性，进一步提高施工效率，保障施工质量[2]。

2 工程案例

郑州航空港区110 kV新苑电力隧道工程位于会展路西侧，呈南北走向，全长4 km。隧道工程采用明挖及顶管两种方案施工。该工程穿越西气东输及商登高速公路段，长度分别为220 m和247.5 m，施工难度大、要求高，因此，采用顶管法施工。

以穿越西气东输顶管段为例，施工的主要内容为围护结构与止水帷幕施工、基坑降排水施工、顶管井开挖与支护施工、顶管管口围护结构凿除、顶管平台施工、顶管设备安装及调试、管节顶进施工、综合井结构施工等。施工内容较多，难度比较大。

顶管采用预制钢筋混凝土圆管，外径为4 140 mm，内径为3 500 mm，壁厚为320 mm，每节长度为2 500 mm，混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P8，单节预制管砼方量约为9.6 m3，单节重量约为24 t。接口橡胶圈采用密封橡胶圈，密封橡胶圈材料为氯丁橡胶;接口处衬垫材料选用缓膨型遇水膨胀橡胶，用202氯丁橡胶黏结剂粘贴。接口处内封处理采用双组份聚硫密封胶嵌缝，嵌缝深度不小于3 cm。采用滑动橡胶圈，接口处衬垫材料选用橡胶垫。管节最大容许顶力为1 500 kN。

3 城市110 kV电力隧道顶管施工技术应用

3.1 顶管施工技术准备

3.1.1 勘察与技术准备。对作业区域的地形地貌、地下管线分布、水文地质等情况进行调查及勘测，并以此绘制成可视化的图形供施工参考。

3.1.2 基础资料准备。统筹做好施工图会审、施工及专项方案评审、安全生产标准化手册及作业指导书编审、原材料检验、测量准备和技术交底等工作。

3.1.3 施工机械准备。施工机械包含油泵、千斤顶、顶铁、搅拌机、龙门吊、导轨、注浆机及其他辅助设备。

3.2 顶管施工的主要工序

顶管井施工工序：顶管井围护结构施工→综合井施工→顶进施工。

3.2.1 顶管井围护结构施工。顶管井围护结构采用直径1 000 mm钻孔灌注桩+直径600 mm旋喷桩支护形式。

①围护桩施工。测量放线及定位→旋挖钻机钻孔→桩基钢筋混凝土浇筑。

②旋喷桩施工。旋喷桩采用二重管法高压旋喷注浆，压力宜大于25 MPa，流量大于30 L/min。旋喷桩施工先用射水、锤击、振动等方法成孔，然后将旋喷管插至孔底，自下而上进行旋喷。旋喷桩设置于围护桩间，与围护桩进行咬合，以保证止水帷幕效果。

3.2.2 顶管综合井施工

3.2.2.1 基坑降水。基坑采用管井进行降水，降水井布置在旋喷桩外侧1 m处。顶管井井周共设置10口降水井，井深为35 m，管井内径为400 mm。为防止雨水进入基坑，在基坑四周设置排水沟并在基坑上方设置可伸缩移动遮雨棚。

3.2.2.2 顶管井基坑开挖支护。基坑尺寸：长为13 m，宽为11 m，深度为14.5～16.826 m。顶管井基坑开挖采用长臂挖掘机、抓斗等自上而下分4层进行。

顶管井设置3道支撑，具体支撑型式为：上部为钢筋混凝土冠梁+钢筋混凝土顶撑，中部、底部均为型钢围檩+钢支撑。

本着技术可行、经济合理、安全快捷的原则，顶管井井壁一期支护采用挂网喷射混凝土方式支护，支护紧随基坑土方开挖;二期支护采用型钢围檩+钢支撑方式支护，型钢通过植入灌注桩的三角形钢构件紧密连接;三期支护采用现浇钢筋混凝土板墙自下而上进行。

3.2.3 施工防沉降措施。降雨降雪会对施工作业造成比较严重的负面影响，因而在施工前期要做好防沉降处理。

第一，全面考虑降水的季节管理，做好施工工作的调整，根据地下水水位的下降，分析土层中含水量减少的程度。计算附加负荷，分析土体的固结和压缩现象，避免顶管施工产生不均匀沉降的问题[3]。

第二，在灌注桩和旋喷桩施工完成之后，开始处理降水作业及其带来的沉降问题，沿坑周边布设监测点，定时对周边地表进行观测，并借助计算机技术计算地表沉降量、分析沉降趋势。

第三，在满足施工质量和施工要求的前提下，尽可能加快施工进度，缩短降水时间，减少对西气东输管道运维的影响。

3.2.4 顶进施工作业

3.2.4.1 始发井内附属设施布置及改进。具体包括后靠背设置及加固和导轨安装及加固两方面。

①后靠背设置及加固。本工程后靠背墙采用钢板（[δ]=50 mm）+素混凝土简单的复合结构。靠背墙墙体内提前预埋钢筋和靠背钢板焊接，使后靠背、钢板、墙体加固为一整体，使靠背不会因千斤顶回顶时产生的震动而出现位移和倾倒。为方便后靠背混凝土和靠背正面钢板拆除，并防止靠背混凝土和墙体粘连，拆除靠背混凝时导致墙体受损，在后靠背浇筑混凝土前，要在墙壁和钢板内侧涂刷一层模板漆[4]。

②导轨安装及加固。保证顶管管节按设计高程和方向前进，在管道进入土体前，导轨具有导向功能，管节在顶进前先安放在导轨上。两根导轨应直顺、平行、等高，导轨安装牢固，其纵坡与管道设计坡度一致。导轨高差允许偏差为2 mm，导轨内距允许偏差为±2 mm;中心线允许偏差为3 mm，顶面高程允许偏差为0～3 mm。安装后的导轨必须稳固，在顶进中承受各种负载时不产生位移、沉降和变形。

3.2.4.2 顶管顶进的减摩措施。本工程采用润滑泥浆减少顶进管子周边的摩擦阻力。本工程采用泥浆搅拌机进行制浆，纯碱应预先化开，再加入膨润土搅拌20 min，泥浆要充分搅拌均匀。拌制后的浆液在储浆桶中需经过一定时间（不小于24 h）发酵膨化。

根据现场土质情况，顶管穿越段以砂性土为主，渗透系数大，经试验确定注浆压力宜为0.1～0.2 MPa。

每根管道布置6个注浆孔，每次使用4个注浆孔，剩余2个备用。每个注浆孔内设有一个单向阀门，防止注浆停止时，管外的泥沙顺着注浆管流向管内，造成堵塞注浆管。

在顶进前，在管材外部均匀地涂抹一层白蜡，同步配合润滑泥浆减少管道摩擦力。

3.3 施工测量与质量安全监控

3.3.1 顶管施工测量。本次施工采用的测量方法主要为激光测量法、电磁测量法、陀螺测量法、液面水平测量法及路径测量法。施工技术人员按照上述方法进行测量并记录测量的原始数据（如表1所示），每节管道顶进结束之后进行二次复测。

3.3.2 质量安全监控。第一，建立智能视频监控系统和变形观测网络，对顶管掘进、顶推施工的安全、质量、进度进行全程监控。通过视频监控和变形观测数据，及时对井周边和顶管区间地表变化进行数字化分析，并及时调整进度和工艺，保障垂直和水平位移在合理范围之内，确保施工质量和安全。第二，由项目经理主持召开质量专题会议，牢固树立“样板引路”的质量理念，对施工中出现的技术质量问题进行研究分析、整改落实。第三，针对施工用电、高空作业、起重吊装等编制专项方案，并对施工人员重复交底。对可能發生的设备倾覆、机械伤害、高空坠落等事故进行演练或桌面推演，并及时制定预防措施。

4 结语

顶管施工技术复杂，只有做好质量控制，全面科学地开展施工管理，才能提高现场施工的规范化程度。顶管施工技术的应用是目前城市电力敷设的进步，在施工过程中，要做好技术准备，明确施工流程，并加强施工测量与质量安全监控，以促进城市电力科学发展、高质量发展。

参考文献：

[1]万磊，杜利鹏.BIM技术在综合管廊顶管施工精准化管理中的应用[J].江西建材，2020（4）：131-132，134.

[2]梁辰.管幕-箱涵顶进施工技术造价编制要点分析[J].中国市政工程，2020（2）：105-107，136.

[3]欧阳祺.浅析新都项目顶管施工安全风险管控[J].科技与创新，2020（8）：108-109，111.

[4]李雷，徐荣华.顶拉管施工技术在排水管网工程中的应用[J].内江科技，2020（4）：20-21.

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