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
{:g z'I2~G0李 猛 陈志宏 赵立丰 高 鹏中国论文网yDH_,i[2gy
（河北省送变电公司 石家庄 050051；河北省电力公司 石家庄 050051）
"h7G3XSy*Uv0O0【摘要】介绍几种城市高压电力隧道的常用施工方法，主要包
H KPy?@Z+x9h9D@0括暗挖法、人工顶管和机械顶管法。介绍了主要的施工工艺、施工中国论文网x]snrR:H;N
步骤和注意事项。对几种常见施工方法进行技术经济比较，论述了中国论文网!x`;N5Zi4Y0|
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2A$j;whP i@
【关键词】电力隧道；施工；方法；技术经济中国论文网NT ]Gp
0. 前言
*C%R E:d5C7[0随着我国城市用电负荷的不断增加，迫切需要在城市中心建设中国论文网B
W s{qw5G9X+hz
高电压等级变电站及相应的高电压输电线路，各大中城市相继采用中国论文网$q
@.Vh;|nM
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
IQ9Go1ue2s%y0220kV 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
`!yF4bz9r3[)E'Cv0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
$f#x6XH*j'b/ghR03-8m2 之间，个别电缆接头间位置断面面积可达到近20m2，一般采
_-Y L:};E&_0用明挖、暗挖、人工顶管和机械顶管四种方法。本文主要介绍常用
:gq"e/\7PY0的暗挖、人工顶管和机械顶管三种方法。中国论文网,J/H~$A)^DW-G\
1. 施工方法简介中国论文网:ag;@Bv^5L!Y
1.1 暗挖施工。一般适合在土质地层、砂质地层中应用。施工中国论文网u1cLK`A\2pl"O
时，要先开挖施工竖井，达到设计深度和土质要求后，进行横向开中国论文网Rf8C[I H
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
?CdK7pFO0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!\m,y`'}%Bk7E
闭、勤量测的原则进行施工。
6v1^_'b$x/P5RW:g01.2 人工顶管。人工顶管适合在土层中使用，是最早发展起来

pI_#Pf+TKe0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
v1D5w5H:^e @'`h0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
+jeH!Hu9e#X0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
q!EU5I5C}!d
d0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中国论文网h Blsa%|
备以做出土用。
v'U0Z\,G"B01.3 机械顶管。机械顶管适合在土层中或穿越河道、公路时使中国论文网9Z%l1P+k,z~u
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8?7m?2G!F%f*E JK
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
lcXQ}c(?#zlH0支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走中国论文网w r5dGwQ ^X
管正面的泥土。中国论文网 {+Llu7P?6z1d
2. 施工技术指标分析中国论文网v^(a.K5R w%\
2.1 暗挖施工
t\%Ri+A{^02.1.1 暗挖法隧道施工原则。根据地质情况，编制合理的施工中国论文网Tf2^ \PF)?S$e
技术措施和计划，控制地表沉降，最大限度减少对地表建筑物及地
#]&Lr%eY7k0下构筑物的影响。严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、中国论文网z-tZ a#}M%M2p
快封闭、勤量测”十八字施工原则，施工组织严格遵守暗挖法施工中国论文网AC&d.j U
原则，并做到先加固、后开挖，加固一段、开挖一段，封闭一段。中国论文网(T6h`A)\L:`
2.1.2 超前支护施工。隧道初衬支护采用格栅钢架、纵向连接筋、中国论文网Q,N*`
uF A,Bz z#M.j
挂钢筋网片、喷射防水混凝土和超前支护采用超前小导管对掌子面中国论文网B2q9U^7@(_ppx
土体进行支护，并且根据现场实际地质情况进行加密加固，土层注中国论文网5t%F5f#M2o C \7N V
浆预加固相结合。小导管选用φ32 长3000mm钢花管，外倾角8 ～ 10中国论文网4\gEG6M
度，纵向水平搭接长度1000mm ；小导管一般间距为300mm，钢筋
b)_uo-`X w;mu0网φ6 ＠ 100mm×100mm（φ6 ＠ 120mm×120mm），格栅间距为中国论文网2G[*_"pX+Q I}
500mm。超前小导管注浆施工包括吹孔、安设小导管、注浆、固砂
b)]:l^~Vp8?7r0（砂土）效果检验等工序。中国论文网-F$m!A Jo Gk"m'`%^
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
+@"[4m;|:fq}0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
kGd n g,N0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
JKS_1T
E0化情况，对地面建筑物及附着物进行监控量测，并检查超前支护的中国论文网)U2@)K!N5b/t
注浆效果，信息要及时反馈，并确保施工安全。中国论文网;Uu0J/X'h8@ U9_O
2.1.4 格栅钢架加工制作及安装。格栅钢架在加工厂冷弯分段中国论文网0?5K`1mPs
|;C
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%G\Ve%|!F+l
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
z!qZThM+^L2C0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FH9}2?i-S!U
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中国论文网9?'sa7d%B
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
kC3{W"l;C0±50mm，高程±50mm，倾斜度±2°。安设正确后，纵向必须用
#w0j-p"oze%|wa0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
8D.h^:TZRLgD ?*y0凝土应密实。
XAO2R0}CW`6{9v02.1.5 初衬砼喷射（早强C30P8）。喷射混凝土的原材料进场均
3i\J6r(yx[&HN0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
:q4{mg5}@{3Fg0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gj:u{{/g5Q!Aph\1}
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
b$Gjg8n(k$H;k6p0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。中国论文网 F*q7~(f\"FH'F8F#n
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2r5D+C7ueK!z$|!L`,U;b
混凝土结团应及时清除，保证喷射混凝土的密实。中国论文网:gU+~T1VD\(c Nn)gQ
2.2 人工顶管中国论文网'_;Zq+ZY0u{|
2.2.1 人工顶管的施工顺序为：工作井施工→后背墙制作与安中国论文网7u#A'P&~ A:_
装→顶进设备安装调试→吊装砼管→连接好工具管→装顶铁→开启中国论文网
r#vdb0H
油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管中国论文网
IY7\M_ay:gDe+Q
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
W0K'N^"ad0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
$|oC,R5Qkb0心及高程能符合设计要求，严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管
V;k5pX#VM7Uu{0道纵坡一致。导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度2~3m，间距可
ai4h)my,\?5~lxC0根据管径要求做相应调整，一般以便于测量为宜。中国论文网xOMi0c5n)n-k#I
2.2.3 后背墙的制作与安装。顶管顶进作业时，顶力反作用于
VXf#w;S ~/\-re^0后背及工作井后背土体，这就要求后背墙强度和刚度必须满足顶进中国论文网$OO'So(a m9z*|
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
S2qDX%P0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
rt#} a~qT0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
`Pi SM*H J-K s7U0不小于50cm，组装构件应规格一致、紧贴固定，后背土体壁面应
-R.Y;Y*k$M-qL0与后背墙贴紧，有孔隙时应采用砂石料填塞密实；利用已顶进完毕
"fU9XZC#]
{0的管道作后背时，待顶管道的最大允许顶力应小于已顶管道的外壁中国论文网;WyXD9eo"P
摩擦阻力，后背钢板与管口端面之间应衬垫缓冲材料，并应采取措中国论文网\z`f1Qo
施保护已顶入管道的接口不受损伤。后背墙平面与掘进轴线应保持
;dn}6U1k"h)rj6N0垂直；表面应坚实平整，能有效地传递作用力。中国论文网Q c"wY2@4oM`:o
2.2.4 千斤顶和顶铁的安装。千斤顶宜固定在支架上，并与管中国论文网8P7z
T"UO%vQd {
道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；当中国论文网5\g+y}:@&d0s:v|
千斤顶多于一台时，宜取偶数，且其规格宜相同，当规格不同时，中国论文网 A&TgL3Y
其行程应同步，并应将同规格的千斤顶对称布置；千斤顶的油路应中国论文网uv_k*Os7L
并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统；顶铁单排使用长度中国论文网wY$Fk:|R
d![3n0@
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。中国论文网
Z&BLj~Hu!qJm
2.2.5 施工工艺。设备安装完毕后即可进行试顶，首先校测设
s;H9d!x&\8^
S!bF%^0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，中国论文网$}Us$^U(ICIY
p
然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调中国论文网$C"Xfyq'CFM*pR
整各项参数后即可正常顶进施工。顶进施工时，主要利用人工在前中国论文网w%W+aX+l,c \m
面取土，一般的粘性土可用铁锹挖土，遇到较硬的土层时，可用空
+i3g\R-P0气压缩机加风镐作为挖土设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出
V9^$OZES0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4RVo ^:~6A"e
做到勤挖勤顶勤测，加强监控。中国论文网J;f+bDP0M9\7L
2.3 机械顶管中国论文网u Kk,G1Gw g
2.3.1 机械顶管的施工工序为：工作井施工→装配式后背墙安中国论文网c1}7VH L_P;b\ o
装→导轨安装→主顶千斤顶安装→油泵安装→顶铁安装→进出洞施
E:z&f#`VX3g/|w^0工及密封→管道顶进→出土→测量→纠偏。
kLC/J1L M
}VR02.3.2 装配式后背墙安装。装配式后背墙采用方木、型钢和钢
8?PKn(M C:_0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
%hE*A3k#? xd0的后背墙应有足够的强度和刚度；后背土体必须均匀密实，壁面应中国论文网'Zd:C7w|
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
@CN9bB*I0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(N(lK ~~4BS
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中国论文网AIWg/F4\
1/3，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
s-j3e?u [g0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
.L%ME5G r*d(SRpsn5}S,R0墙高度，水平扭转度允许偏差为0.1% 装配式后背墙长度。中国论文网m,y2UOi*|%x7e
2.3.3 导轨安装。作坑底部采用200mmC20 混凝土垫层，选中国论文网qtd/i;`G'mS_u
用8 根20×200mm 方木做轨枕，导轨采用钢导轨安装时和工作井
5a(P1yRx"n*Cw^0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)hx5cT%K/Q
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
2Dx0T3^pCm3V;\0定位必须稳固，在顶进中承受各种负荷时不位移、不变形、不沉中国论文网;p,@R ?[ uY2xs$GY%P
降。导轨必须符合中线、高程的要求，且在安装后和顶管前，其轴
X\K]t$[6E+R!{0线位置、高程等必须进行验收，轴线位置偏差不超过3mm，顶面
1DR0F{0jw0高程偏差不超过3mm，两轨内距偏差不超过2mm。导轨端不能距
Nmi
['{;a*t0工作壁太远，一般应控制在500mm 左右，导轨安装时预留缝高度
e,Hc)E+m`\P)W0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]$R}LeO5C
不能带坡操作。
.\js_%A K `02.3.4 主顶千斤顶安装。千斤顶必须符合中线和水平要求，且

T;ATE3t%W%?$P(H0要以管道中心线为轴对称布置。主顶油缸架安装要定位准确，保证
O-}.I(sh4sP^[0油缸受力点的位置正确，其高程和平面安装误差应控制在3mm 以
P,}(EZ5A0内。安装在油缸架上的油缸中心误差控制在3mm 以内。千斤顶固中国论文网3KtLQG
定在支架上，其合力的中心点在管道中心线上；千斤顶的油路应并中国论文网l(D9U&`i2mO/L
联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。千斤顶的位置宜位于
'I"i]Z&{`#V0管道垂直直径的1/3 ～ 1/4 处，使千斤顶合力位置和顶进抗力的位中国论文网/x#]Ht6a tkS
置在同一轴线上，避免产生顶力偶，使管道发生高程误差。中国论文网 C0AEP][V
2.3.5 顶铁安装。单行纵向顶铁中心线与管道轴线一致；双行中国论文网$l7NI2HD
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
Kk{&\7~(JbmN.];t0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
"Z;m/[AQ0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
1@s@/P1a P&_jj0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
f&iS2J,o?7]l0kQ+xT0管低头。当顶力较大时，管端面应加弧形顶铁钢板，以增大管端的中国论文网tQ&?/s ]4S
受力面积，改善其受力情况，防止管子在顶力过大时损坏。
k8V'J5Bl"x~7NQg02.3.6 施工工艺。设备安装完毕后应做一次系统调试，在确定
6q@ j7y}0顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作。长距离顶进时，为减少中国论文网%n#jcEQ
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。
|"t%h'kW$C$b:k0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
U9Y-A-MLHT ^)B0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
Sv5iz(K7]C0有双榀[16 ＃，两侧焊接在内封门外缘双榀[16 ＃上，上部开口，中国论文网W2c?-kn$W"@;R*p
以拔除双榀[16 ＃，下部与底板预埋件相连接固定。方箱上设一预中国论文网Y R4m(D-MSwL9\
留孔。在方形钢箱外侧安装一只圆形钢套，钢套与方形箱采用焊接中国论文网^x$XD7\4Og
?8V({
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中国论文网b^0Mp7P EhB
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#c3t1w9Zj0?Hm1S x
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
t4sG1i)I/S#t0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
QpG*i `? v*H0{0间充分压注油脂，并且在顶进过程中不断地加注。由于泥水平衡式中国论文网@/J#M7S!{;Ip
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Y2C5BR6iA@L
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。
9VzC jhO.F03. 施工经济技术指标分析

|(Vl9mN-N03.1 暗挖施工
P,f'd/R3I#Q#^03.1.1 施工成本高。常规暗挖隧道地质情况良好时，每个工作
}1jgw-Yb,S5x3p+U0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、中国论文网$Q[g3VnP6^7m&rq9H
杂填土砂层每个工作面的日进尺最快为一个循环；工人劳动强度大中国论文网,b%Bw#b7dDvA
使身体极易疲劳；隧道本体断面较小，采用的通风设施无法将钢筋
4kS+~3LNt0焊接及锚喷混凝土时产生大量灰尘排出，致使工作环境较差；需要
7x)Z}5lSz*}$D%T0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C3eO3@)S;h6O*s
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
.c&[5qV-oD0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
jZx/IJ0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;ok8q9cl9uI
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中国论文网nUH6P@ Y!K&I'F
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。
6hd"_Y v3FQUtOz03.2 人工顶管
Sbo BzR+p4\03.2.1 施工成本低。仅需要少量设备，依靠几个劳动力便可完中国论文网pV/z7|)\
成顶管施工。
9lJ;N(Fkuu,?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，
n;agM+o$QMq:G0占用场地小，并且工作井及接收井要求的尺寸小，所以对市政交通中国论文网e&TF#a9o/p@
的无很大影响，可保证社会车辆便利通行。
:D ?D)H GUPt#P&]03.2.3 容易发现地下管线，清楚地做出判断，防止出现不必要中国论文网0}F^$A yqmu
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Su5hS1z1_
城市供水管等情况，而人工顶进可第一时间发现管线，并做相应的中国论文网_2Q4Kz;^ {!A:z
处理措施。
Cq,E/g1z"mwPM03.2.4 对土质要求高。由于土方开挖由人工进行，对于较于坚中国论文网}4My4|/y$Vg(d2XF
硬的土壤或山石人工很难顺利施工，所以人工顶管对于土壤类别要中国论文网y\B%V[,Bi#Q0y
求较高。
9N|)U@+EOnmo|?#r4\03.2.5 施工进度较快。由于顶管管材厂家预置成品，进入施工
p(`En f+O4x3P;B0现场可进行简单处理后直接下井进行顶管施工，工序简单，进度较
D"AcVh`0快。中国论文网!H9l@9}J9{
3.2.6 安全性高。由于人工顶管需要人员及工种少，并且随掏中国论文网&o^hFlB ]
挖随顶进，支护非常及时，因此安全性能高。
U9m^VY:AL)F m03.3 机械顶管中国论文网L)|'`WRztn
3.3.1 施工成本高。机械顶管不但顶管机及相应配套设备贵，
6n$] K3~ a(X8tw*v0而且折旧费及损耗也很高。
gjE#Iu03.3.2 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
AX4D~(r
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/Gb+sG f
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
p5j0xG~Nf
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(X/|_9L~]B[
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#E zaRX'O{4pQwf7FYz
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中国论文网"nYx3?S/Q/[1b)c(@#S
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
[aL0I:v0Tn1D0出来。
zhNG4Q&e1X VC03.3.4 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"cB@;t/t(eVc'G&a
的土质和砂石顶进亦轻而易举。中国论文网2||+p8`#@s
4. 各种施工方法的推荐适用范围中国论文网'cMy+Vk
Z!Q9K(ns
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
hfKG1@+}(FE(H0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
{]T7]%O_0陷。
V8o%V%QO.M$Z04.2 人工顶管。人工顶管存在施工成本低、对交通影响较小、中国论文网T5yX { G C(B
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中国论文网c"B^Z*]r4x5q3F
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
T*b
?T6| Z0K0前提下，人工顶管在很大程度上还有其发展空间和应用。
\7L E{*TA?F
cLg
]04.3 机械顶管。机械顶管的现代化的技术水平可解决很多人力
`4]3e.hdxr'h0难以企及的方面如坚硬土质、快速的顶进速度、较高的施工精度和中国论文网w"{W"o,C
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7Q+n-\h+f0o Ox
发展和应用的主要因素。中国论文网})yss I+JZ:ok6G
5. 结语中国论文网V3\H(Yy{/uqe|o]
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，
X~x`BB)}0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，
I4rs!I z#f\ZX0合理选择适合工程的方式。中国论文网 K:vz3DVz/P
`sx0f