城市高压电力隧道常用施工方法技术经济比较

城市高压电力隧道常用施工方法技术经济比较
{;LW"AHr sp0]0]&Nf0李 猛 陈志宏 赵立丰 高 鹏中国论文网`~}-TO%H} U
（河北省送变电公司 石家庄 050051；河北省电力公司 石家庄 050051）
!I0dT SWBj%Xv
|0【摘要】介绍几种城市高压电力隧道的常用施工方法，主要包
k]8B9na9TSd$d0括暗挖法、人工顶管和机械顶管法。介绍了主要的施工工艺、施工
'd r9eK:u2X3V{0步骤和注意事项。对几种常见施工方法进行技术经济比较，论述了
!oh!u!s_p4SD0各自的优缺点，并对各自的适用范围给出了建议性意见。中国论文网P1owTr'N6v
【关键词】电力隧道；施工；方法；技术经济中国论文网'd_+b'IUr x xc
0. 前言中国论文网-N6A#qGwd
随着我国城市用电负荷的不断增加，迫切需要在城市中心建设中国论文网 ^&]2BE*vS(hW
高电压等级变电站及相应的高电压输电线路，各大中城市相继采用中国论文网b&yS+ANN
了地下敷设电缆结合城市中心变电站的方式进行城市供电，由于
Kl$W"\:WFb0220kV 及以上的高电压等级长电缆不适合直埋敷设，所以普遍采用中国论文网CE?XN!K2a_[-m
了隧道敷设的方式。电力隧道的断面相对较小，一般断面面积在
l3c2P!e$F9oXC.q,o03-8m2 之间，个别电缆接头间位置断面面积可达到近20m2，一般采
H|uW^YQ_V/mJ0用明挖、暗挖、人工顶管和机械顶管四种方法。本文主要介绍常用
"tdcZ4K4o0的暗挖、人工顶管和机械顶管三种方法。
J CGQt(LK9P01. 施工方法简介
9Zl/]vL01.1 暗挖施工。一般适合在土质地层、砂质地层中应用。施工
9^e!T _Qz0时，要先开挖施工竖井，达到设计深度和土质要求后，进行横向开
E Sg2V6RNh}0挖，采用人工挖土、人工运输、竖井机械提升的施工工艺。施工中
-rh;mgjKz0严格控制地表沉降，遵循管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封中国论文网dV3Zd~+Tx+H
闭、勤量测的原则进行施工。
{9~ju2^v G:QJ01.2 人工顶管。人工顶管适合在土层中使用，是最早发展起来
(O'i%|{T0的一种顶管施工工艺，由于它采用了一定的辅助措施后便具有施工中国论文网n,xH`Lv7@)b A
操作简便、设备少、施工成本低、施工进度快等优点，所以目前还中国论文网 h6yOc
hkf
具有一定的应用价值。人工顶管时先建立一个工作井和接收井，工中国论文网M~I`)Bg,SV
作井中在浇底板时同时布设导轨，在井面安装一个支架式的起重设
@D9V/Y8y&Y{3W%V%?0备以做出土用。中国论文网,OZ'qp"|W:o/O
1.3 机械顶管。机械顶管适合在土层中或穿越河道、公路时使
q3LJ2b8j2z0用，通过泥水平衡顶管掘进机、等推力油缸、汽车吊液压动力站、中国论文网?v+n LU&a|t t
液压注浆泵、污泥泵等机械的作用，运用传力顶铁和导向轨道，用
l*L'SJS0支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走
){k9S V2p/Nq3x0管正面的泥土。
:zo/S8UjP02. 施工技术指标分析中国论文网Ousx)|
2.1 暗挖施工
$[.L.{rVT
V%H)f02.1.1 暗挖法隧道施工原则。根据地质情况，编制合理的施工
z;o;k Wi%H0技术措施和计划，控制地表沉降，最大限度减少对地表建筑物及地中国论文网&n.IG |;Y%?3]
下构筑物的影响。严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、中国论文网9{)y^b4W1Dr.n}
快封闭、勤量测”十八字施工原则，施工组织严格遵守暗挖法施工
(ucf#D8lS1o0原则，并做到先加固、后开挖，加固一段、开挖一段，封闭一段。
*n(u{ili02.1.2 超前支护施工。隧道初衬支护采用格栅钢架、纵向连接筋、中国论文网^Q?$a'huRU`
挂钢筋网片、喷射防水混凝土和超前支护采用超前小导管对掌子面
BBJ0v%aAg.b0土体进行支护，并且根据现场实际地质情况进行加密加固，土层注
w1K?L8^C#o0浆预加固相结合。小导管选用φ32 长3000mm钢花管，外倾角8 ～ 10中国论文网7NN/U'h3dox)aN
度，纵向水平搭接长度1000mm ；小导管一般间距为300mm，钢筋中国论文网NNxT~f
网φ6 ＠ 100mm×100mm（φ6 ＠ 120mm×120mm），格栅间距为
QbR]0m dlj0500mm。超前小导管注浆施工包括吹孔、安设小导管、注浆、固砂中国论文网5w&hU&K6O)[1O
（砂土）效果检验等工序。中国论文网4Io1F3]I,X6PR,Z
2.1.3 隧道土方开挖。隧道开挖时一定要做好隧道施工的监控
i+X&Z.t8])]j X&b0量测及超前注浆工作，确保开挖地层周边围岩的稳定。土方开挖采中国论文网BaiZr
取人工掘进，在开挖作业中现场施工人员要观查周边围岩的地层变

lq;kw/v ~ XMg-k,WC0化情况，对地面建筑物及附着物进行监控量测，并检查超前支护的
0k]4Xl f U0注浆效果，信息要及时反馈，并确保施工安全。
N HCyJ3G02.1.4 格栅钢架加工制作及安装。格栅钢架在加工厂冷弯分段
W_Lkbm$X*Z5c0制作，钢架各段之间采用连接板、高强螺栓连接，在组装前应在地中国论文网5S GY1Da:~HWa
U
面进行试拼并捡查各部尺寸，合格后方可使用，组装后应在同一
0F,fuV/rR:Rl"\ O0个平面内，拼装后允许偏差为：周边拼装允许误差为+30mm，平中国论文网5Z!{FD(s;{F
面翘曲小于20mm。格栅钢架安装使用激光导向仪控制其轴线及高
"?e^)u\)wN%Q0程，应架设在与隧道轴线垂直的平面内，允许偏差为：安装间距
v+UK-c [!C*a8I#\9u0±50mm，高程±50mm，倾斜度±2°。安设正确后，纵向必须用中国论文网D;d!Q9{y
纵向连接筋连接牢固，格栅钢架保护层厚度40mm，其背后喷射混
"gm o'u @ ?'i]6h0凝土应密实。
d8E Lf4Ih02.1.5 初衬砼喷射（早强C30P8）。喷射混凝土的原材料进场均中国论文网X e
C%[.F x
应进行速凝效果的试验，确定速凝剂的品种和最佳掺量，要求初凝中国论文网t7h&\X3N
不超过5min，终凝不超过10min。喷射作业前应检查开挖断面尺寸、中国论文网I[|9t-a+j@ VV)n
清除松动的浮石、土块和杂物，清除基脚下的堆积物，用高压风吹
I0Z0Iom`HB;jq4ni0净，埋设控制喷射混凝土厚度的标志，调整好锚喷机的风压、水压。
.q}|\%}.ri0喷射作业分段、分层进行，喷射顺序由下而上，对悬挂在网筋上的中国论文网\X!OhH Z
混凝土结团应及时清除，保证喷射混凝土的密实。
'IbvkU'](?02.2 人工顶管
KG]t
W]02.2.1 人工顶管的施工顺序为：工作井施工→后背墙制作与安
-qm4bxE.@0装→顶进设备安装调试→吊装砼管→连接好工具管→装顶铁→开启
OT t"z[ Ym+@
^'u0油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管中国论文网FN~b7o9HpnB
2.2.2 导轨安装。在工作井底板浇注砼，将导轨直接放置在工
-E6x l)^Ki.s0作井的底板上。严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中
WE(?R
ps+^ V"w0心及高程能符合设计要求，严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管
\ICM3sXot,A w1Et0道纵坡一致。导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度2~3m，间距可中国论文网h;U-j1xR;C
根据管径要求做相应调整，一般以便于测量为宜。中国论文网!H-?E?&Pp
2.2.3 后背墙的制作与安装。顶管顶进作业时，顶力反作用于
^ w"O nxsJF0后背及工作井后背土体，这就要求后背墙强度和刚度必须满足顶进
+u.fB0{Bq#c0Z0控制的最大允许顶力，并在施工、安装过程中应保证力的传递均匀中国论文网PCwp&e(}v_
和整体受力，以避免发生安全事故、影响周围环境和顶进。装配式中国论文网l1BLK%A,J8MW
后背墙宜采用方木、型钢或钢板等组装，底端宜在工作坑底以下且中国论文网)B-?.j"`-p
不小于50cm，组装构件应规格一致、紧贴固定，后背土体壁面应中国论文网Bd'D7me0^-Z F
与后背墙贴紧，有孔隙时应采用砂石料填塞密实；利用已顶进完毕中国论文网 K
p
N/~;NG1c$C&`
的管道作后背时，待顶管道的最大允许顶力应小于已顶管道的外壁中国论文网Qc.d[+`h)~ T
摩擦阻力，后背钢板与管口端面之间应衬垫缓冲材料，并应采取措中国论文网aFLw9?z-ce
施保护已顶入管道的接口不受损伤。后背墙平面与掘进轴线应保持中国论文网x?Hh'I1i X/C
垂直；表面应坚实平整，能有效地传递作用力。中国论文网(B~H!y,d]8^;J;}
2.2.4 千斤顶和顶铁的安装。千斤顶宜固定在支架上，并与管中国论文网0W0{\Y5E(['c]P]
道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；当
/O g*X y*i?0千斤顶多于一台时，宜取偶数，且其规格宜相同，当规格不同时，中国论文网$EI [2sm'r
其行程应同步，并应将同规格的千斤顶对称布置；千斤顶的油路应
_S7Z/Q;bP{'\l9z0并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统；顶铁单排使用长度中国论文网^4_Mzk,?m
不大于1.5 米，双排使用不大于2.5 米，顶进时顶铁必须与后背垂直。
pX(IB \ J:Sn O02.2.5 施工工艺。设备安装完毕后即可进行试顶，首先校测设中国论文网gB-W1v[ tq
备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，
kBPQ!P~0然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调
h8pJz5P+M0整各项参数后即可正常顶进施工。顶进施工时，主要利用人工在前中国论文网aq
n'~8j(Xy
面取土，一般的粘性土可用铁锹挖土，遇到较硬的土层时，可用空中国论文网,K(~b2{Z
气压缩机加风镐作为挖土设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出
Rmg%Q%H f"?}0土设备，千斤顶出镐在后背不动的情况下向前顶进。在施工过程中，中国论文网D
VV[prQ
做到勤挖勤顶勤测，加强监控。
3Sg/k%}},j Zl02.3 机械顶管
nqyYB02.3.1 机械顶管的施工工序为：工作井施工→装配式后背墙安
ua$h,u%|0装→导轨安装→主顶千斤顶安装→油泵安装→顶铁安装→进出洞施
bE?8aHGN2A#A0工及密封→管道顶进→出土→测量→纠偏。
@_-g[J1q^:Y02.3.2 装配式后背墙安装。装配式后背墙采用方木、型钢和钢中国论文网lBZids$K
板等组装（或采用现浇钢筋混凝土，后背前再放置钢板），组装后
,yd:bR%\:q'Pl0的后背墙应有足够的强度和刚度；后背土体必须均匀密实，壁面应
&u;wo+g'g-b g0平整，并与管道顶进方向垂直；后背土体壁面应与后背墙紧贴，有中国论文网
])wl7`VW.Y)u7eo
孔隙时应采用砂石料填塞密实。装配式后背墙的底端在工作坑底以中国论文网%i$P ?n8s0uPz
下500mm，从而使后千斤顶着力中心高度不小于后背方木高度的
b@6|5i _\T9e*j01/3，这样能使着力点与墙后被动土的合力点保持一致，有助于减中国论文网~*crc6g(}KE
少后背的倾斜。装配式后背墙垂直度允许偏差为0.1% 装配式后背中国论文网'L.J-\.L4}xYI2r
墙高度，水平扭转度允许偏差为0.1% 装配式后背墙长度。
'EE5wV$M'K.z7G^1T02.3.3 导轨安装。作坑底部采用200mmC20 混凝土垫层，选
Z'pR|&I+{R_0用8 根20×200mm 方木做轨枕，导轨采用钢导轨安装时和工作井
[
t5S7RmD^O-`x0底板预埋钢板焊牢，并用型钢支撑或用混凝土围牢。导轨安装前中国论文网){#A^[n{E/i
要先复核管道中心位置，确保导轨的高程、轴线位置准确。导轨
&K/LY |k\|0定位必须稳固，在顶进中承受各种负荷时不位移、不变形、不沉
JYnO$wKo%P0降。导轨必须符合中线、高程的要求，且在安装后和顶管前，其轴
Ib`\1S'|)]q `4P0线位置、高程等必须进行验收，轴线位置偏差不超过3mm，顶面中国论文网7l"p-uR`{(t#q*o_(P
高程偏差不超过3mm，两轨内距偏差不超过2mm。导轨端不能距
{7?Nj I0工作壁太远，一般应控制在500mm 左右，导轨安装时预留缝高度
;r;L'C%P%Pmv3Jl wwat:l0以100 ～ 150mm 为宜，导轨以水平安装为佳，特别在软土中顶进，中国论文网 g'J_0M%_"m]d
不能带坡操作。
;\:|\)m+iW"g,B02.3.4 主顶千斤顶安装。千斤顶必须符合中线和水平要求，且中国论文网$P ]iu$SK6G[5B
要以管道中心线为轴对称布置。主顶油缸架安装要定位准确，保证
'Zlib
pp6?(b0油缸受力点的位置正确，其高程和平面安装误差应控制在3mm 以
S4A:Qc x:r6\iN-`0内。安装在油缸架上的油缸中心误差控制在3mm 以内。千斤顶固中国论文网Z-?5j^a$z.n;Y
定在支架上，其合力的中心点在管道中心线上；千斤顶的油路应并中国论文网0Q0{t
[;q9`
联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。千斤顶的位置宜位于
,Cu sWqr)cF0管道垂直直径的1/3 ～ 1/4 处，使千斤顶合力位置和顶进抗力的位中国论文网AZ4X_ iz
置在同一轴线上，避免产生顶力偶，使管道发生高程误差。
Ap(v4ew0t.Xna02.3.5 顶铁安装。单行纵向顶铁中心线与管道轴线一致；双行中国论文网 JVQ&r"r]TP
纵向顶铁的两条中心线要平行，并与管轴线距离相等，且要垂直于
)ee9k M1vG0管端平面。顶铁的相邻面互相垂直，顶铁上有锁定装置，顶铁放置中国论文网-X9|4R8B1H9rR
时应能保持稳定。纵向顶铁与管端面相接触时，必须使纵向顶铁着中国论文网F,VC[py6p
力点高度位置位于外直径1/3 ～ 1/4 处，以防止着力点太高造成前
'im/wu:ri%Oa]0管低头。当顶力较大时，管端面应加弧形顶铁钢板，以增大管端的
y,D*pZ"DHie0受力面积，改善其受力情况，防止管子在顶力过大时损坏。
fsN8H:DK02.3.6 施工工艺。设备安装完毕后应做一次系统调试，在确定
#n:f^[e4C^0顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作。长距离顶进时，为减少
So.u0@.QPh't.I0顶进阻力，在洞门处制作密封圈以使灌入的触变泥浆发挥减阻效果。中国论文网N N6F!X/Wj2JN/P
出洞过程中采用井内外封门的形式，以便于在井内拔除封门和封堵中国论文网;Em.na%cO
建筑空隙，在井内封门外侧安装一只方形钢箱，使其包络内封门所中国论文网 g"MlDhC EV
有双榀[16 ＃，两侧焊接在内封门外缘双榀[16 ＃上，上部开口，
_*S/N.t xB+u0以拔除双榀[16 ＃，下部与底板预埋件相连接固定。方箱上设一预
4i&?Q([y$Vqx0留孔。在方形钢箱外侧安装一只圆形钢套，钢套与方形箱采用焊接
#_~9N:U1Zrp0方式连接可靠。其内布置有三道盾尾钢刷，并在相应两道钢刷之间
iq-`uN0沿外圈各布置球阀。另外，在钢套后部安装两道钢环板，以安装帘中国论文网5Z
d,Cr$h
布止水橡胶带。为了确保顶管机正常出洞，防止润滑泥浆浆液及切中国论文网;ca'^e%r-P|dfm
口泥水后窜至井内，利用圆形钢套上所预留的压注孔在三道钢刷之中国论文网c1uq P5}FbL7@} q
间充分压注油脂，并且在顶进过程中不断地加注。由于泥水平衡式
Jfj^7e0顶管机必须具备正常的泥水压力后才能正常施工，所以洞门内一定中国论文网4pnkC`.D
要填充粘土，并具备一定的土压力，以形成正常的泥水平衡系统。
,Z~_:Q/eOd*j{)[03. 施工经济技术指标分析中国论文网@(Db.c$E/Pm-P:X
3.1 暗挖施工
9Sq,\2e-J9D03.1.1 施工成本高。常规暗挖隧道地质情况良好时，每个工作
)g,vTukfx ^0面最快日进尺为两个循环，砂层、含砂量较高的土层、粉细砂层、
|oA"v8t;|0杂填土砂层每个工作面的日进尺最快为一个循环；工人劳动强度大
{1F~YO
I(]S0使身体极易疲劳；隧道本体断面较小，采用的通风设施无法将钢筋
N6vGhc$E0焊接及锚喷混凝土时产生大量灰尘排出，致使工作环境较差；需要中国论文网3}7G }NWPI
大量混凝土和钢筋等材料，对于劳动力的需求也很高。中国论文网puu5S];|,d6D
3.1.2 工作竖井较大。工作竖井占地较大，每座工作竖井现场
1Tz(s|;T1b0面积不小于450m2，并且竖井施工完成后可利用性很小，浪费大量
vi,cU.q7gFW I0钢筋及混凝土。每座工作井现场及竖井完成工期平均为45 天，拆中国论文网.had,kF [.v Z
除工作井现场产生大量的渣土及垃圾。但是其选择工作竖井的范围
!ZJC%z E0_}0较广，可以在对交通无影响的地点选择工作竖井，以保持交通顺畅。
QP
C H"|K03.2 人工顶管中国论文网$~3HI%e_'}|g
3.2.1 施工成本低。仅需要少量设备，依靠几个劳动力便可完
U(kd Q"F3W]+zq0成顶管施工。
Wk F.rkFz/m_03.2.2 工作井及接收井占用场地小。顶进设备及配套设备少，中国论文网`'GA+p}Y1j
占用场地小，并且工作井及接收井要求的尺寸小，所以对市政交通
b#Mv'j2D7G*W/tG0的无很大影响，可保证社会车辆便利通行。
O C]U*D03.2.3 容易发现地下管线，清楚地做出判断，防止出现不必要中国论文网,~lZk+^9P5B
的损失。由于市政工程地下管线复杂，还可能出现高架桥桩基础及中国论文网#z,gvT m
b
城市供水管等情况，而人工顶进可第一时间发现管线，并做相应的
\Y.M-o(u0处理措施。
h@S,vG%p Z6SC\j03.2.4 对土质要求高。由于土方开挖由人工进行，对于较于坚
k"M6J&mB b5|1P0硬的土壤或山石人工很难顺利施工，所以人工顶管对于土壤类别要中国论文网!I.KzE:h6W S6d
求较高。中国论文网8b-r!Z~)w GY
3.2.5 施工进度较快。由于顶管管材厂家预置成品，进入施工中国论文网H[1k$}I/NO
现场可进行简单处理后直接下井进行顶管施工，工序简单，进度较
g|-C/f [ ~0快。
2T`(Ag!n2j03.2.6 安全性高。由于人工顶管需要人员及工种少，并且随掏
'E,YQ%lTB0挖随顶进，支护非常及时，因此安全性能高。中国论文网
J&oIQ)QD D
3.3 机械顶管中国论文网Y[6kK3|m
3.3.1 施工成本高。机械顶管不但顶管机及相应配套设备贵，中国论文网2~n ZDz q5P
而且折旧费及损耗也很高。
S2VUH7Y.ec03.3.2 工作井及接收井占用场地较大。对机械顶管，由于顶进中国论文网nDhF` hl2n
设备及配套设备多，占用场地大，并且工作井及接收井要求的尺寸中国论文网2L6ll7y+D7T"e
大，对市政交通影响不言而喻，有时甚至会造成整条道路交通瘫痪。中国论文网 _ b@9nA+s
3.3.3 不容易发现地下管线，清楚地做出判断，防止出现不必中国论文网9sH:K9t#A
要的损失。机械顶管在顶进过程中无法分辨地下管线，而且容易将中国论文网1q-^s};w$]"Dy bQ
现有的管线破坏，有时损失还不小，尽管目前可在顶进前可做管线
%dHWf\yJ"O0探测，但一般只能探出金属管，对混凝土管等非金属管则无法探测中国论文网9oc5w;q| A
出来。中国论文网7X#W\f:D"l1e
3.3.4 对土质要求低。机械顶管施工土方开挖机械化，在坚硬中国论文网E.Q)Z'fCi4~
的土质和砂石顶进亦轻而易举。中国论文网$z1Z1QFl7P/h{.Ah
4. 各种施工方法的推荐适用范围中国论文网}@6pS4O*B)m
4.1 暗挖施工。暗挖适用于体失圆的异形，岩石或姜石较多的中国论文网TLH$Ug:Q8D$Y
地区，暗挖法施工对地面影响较小，但埋置较浅时可能导致地面沉
r B:Kq'[
s8GB
@C(^0陷。
,jJ nTnT04.2 人工顶管。人工顶管存在施工成本低、对交通影响较小、
C!H(|q*}*G?3SJ0清楚的辨别地下管线及施工过程简单等优点。人工顶管的经济效益
#`R.~M7ys+HY0可观，对土质较好的地方或较贫困地区，在能保证施工人员安全的
%Og{A+KZ0前提下，人工顶管在很大程度上还有其发展空间和应用。中国论文网h+a.MS8`:X
4.3 机械顶管。机械顶管的现代化的技术水平可解决很多人力中国论文网-k*^ o.s&W[4`(S
难以企及的方面如坚硬土质、快速的顶进速度、较高的施工精度和
Y,L&UR.nH0较小的安全隐患等等。但其机械的高成本和折旧费是制约机械顶管中国论文网Nqy3GW
发展和应用的主要因素。
7s;wo:k:Kt#x0A05. 结语中国论文网6u(^g|dY3^U]
在进行施工过程中具体应用那种方式，还需要结合土质情况，中国论文网P$e+H0o]
~ w SWh2J
地质情况，周围环境以及结合工程实际情况，那种更加经济高效，中国论文网HX1r7f*J1\2SIx0@
合理选择适合工程的方式。
)K!o5v p @&a1z/n0