郭文峰

摘 要：頂管施工技術(shù)解決了管道埋設(shè)施工中對(duì)城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護(hù)等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。基于此，本文首先分析電力隧道頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，然后以鄭州航空港區(qū)110 kV新苑輸電線路工程土建施工為案例，分析頂管施工技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：城市電力;電力隧道;頂管施工

中圖分類(lèi)號(hào)：TU994文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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

所謂頂管施工就是非開(kāi)挖施工方法，是一種不開(kāi)挖或者少開(kāi)挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。與傳統(tǒng)的預(yù)埋管施工相比，頂管施工占地面積小，但施工難度大。頂管法施工就是在工作坑內(nèi)借助頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周?chē)寥赖哪Σ亮Γ瑢⒐艿腊丛O(shè)計(jì)的坡度頂入土中，并將土方運(yùn)走。一節(jié)管完全頂入土層之后，再下第二節(jié)管子繼續(xù)頂進(jìn)，以此類(lèi)推，直到最后一節(jié)管子觸碰到接收井為止。其原理是借助主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過(guò)土層一直推進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起。管道緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后，埋設(shè)在兩坑之間。

1 電力隧道頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

電力隧道頂管施工采用泥水平衡頂管施工工法，頂進(jìn)方式為單向頂進(jìn)，可最大程度上降低對(duì)交通的阻礙，并且減少施工對(duì)周邊居民生活的干擾，屬于環(huán)境友好型施工方式，且應(yīng)用范圍更為廣泛，突破了傳統(tǒng)預(yù)埋管施工的弊端，擁有廣闊的發(fā)展前景[1]。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1.1 降低資源消耗

現(xiàn)代城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，地面的建筑物數(shù)量不斷增多，這就意味著單位土地面積經(jīng)濟(jì)價(jià)值不斷增高，電力施工可能會(huì)對(duì)地面建筑造成一定的破壞。如果采用傳統(tǒng)挖掘方式進(jìn)行施工，就無(wú)法保護(hù)地下層層分布的管網(wǎng)，并且可能造成局部地區(qū)停電、斷網(wǎng)、停水的現(xiàn)象，甚至造成天然氣泄漏或爆炸事故。采用頂管施工技術(shù)，可最大程度上減少對(duì)地面生活的影響，避免出現(xiàn)斷電、停水現(xiàn)象，降低對(duì)地面資源的破壞。在施工前，工作人員要全面進(jìn)行管線勘察，在管線分布多的地區(qū)推行全面機(jī)械化施工，成本更低，精度更高。頂管施工不會(huì)產(chǎn)生大量土渣，不會(huì)因土渣堆積造成生活環(huán)境污染，也不會(huì)有揚(yáng)塵的問(wèn)題，因而是環(huán)境友好型施工方式，不會(huì)對(duì)附近人們的生活造成負(fù)面影響。

1.2 減少對(duì)交通的阻塞

現(xiàn)代城市道路錯(cuò)雜，人們的日常生活和城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都離不開(kāi)城市交通的高速運(yùn)行，如果開(kāi)展大規(guī)模挖掘施工，必然會(huì)阻塞一部分城市交通。尤其是在早晚高峰或者是特殊時(shí)段內(nèi)，很可能會(huì)影響交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這不僅會(huì)帶來(lái)一定程度的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)影響城市交通線路的合理排布。采用頂管施工的方法，不需要對(duì)地面進(jìn)行開(kāi)挖就能完成電力管道修復(fù)和管道敷設(shè)，有效降低了對(duì)城市交通造成的負(fù)面影響。

1.3 提高施工作業(yè)精準(zhǔn)程度

現(xiàn)代城市建設(shè)正朝著智能化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，傳統(tǒng)的挖掘施工技術(shù)已經(jīng)很難滿足目前的施工技術(shù)要求，采用頂管施工的方式可以減少重復(fù)施工、交叉施工的現(xiàn)象，盡可能優(yōu)化利用市政工程資源。采用頂管施工的方式，還有利于施工作業(yè)精準(zhǔn)程度的提高，并保護(hù)城市地下空間土方結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高施工效率，保障施工質(zhì)量[2]。

2 工程案例

鄭州航空港區(qū)110 kV新苑電力隧道工程位于會(huì)展路西側(cè)，呈南北走向，全長(zhǎng)4 km。隧道工程采用明挖及頂管兩種方案施工。該工程穿越西氣東輸及商登高速公路段，長(zhǎng)度分別為220 m和247.5 m，施工難度大、要求高，因此，采用頂管法施工。

以穿越西氣東輸頂管段為例，施工的主要內(nèi)容為圍護(hù)結(jié)構(gòu)與止水帷幕施工、基坑降排水施工、頂管井開(kāi)挖與支護(hù)施工、頂管管口圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除、頂管平臺(tái)施工、頂管設(shè)備安裝及調(diào)試、管節(jié)頂進(jìn)施工、綜合井結(jié)構(gòu)施工等。施工內(nèi)容較多，難度比較大。

頂管采用預(yù)制鋼筋混凝土圓管，外徑為4 140 mm，內(nèi)徑為3 500 mm，壁厚為320 mm，每節(jié)長(zhǎng)度為2 500 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，抗?jié)B等級(jí)為P8，單節(jié)預(yù)制管砼方量約為9.6 m3，單節(jié)重量約為24 t。接口橡膠圈采用密封橡膠圈，密封橡膠圈材料為氯丁橡膠;接口處襯墊材料選用緩膨型遇水膨脹橡膠，用202氯丁橡膠黏結(jié)劑粘貼。接口處內(nèi)封處理采用雙組份聚硫密封膠嵌縫，嵌縫深度不小于3 cm。采用滑動(dòng)橡膠圈，接口處襯墊材料選用橡膠墊。管節(jié)最大容許頂力為1 500 kN。

3 城市110 kV電力隧道頂管施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 頂管施工技術(shù)準(zhǔn)備

3.1.1 勘察與技術(shù)準(zhǔn)備。對(duì)作業(yè)區(qū)域的地形地貌、地下管線分布、水文地質(zhì)等情況進(jìn)行調(diào)查及勘測(cè)，并以此繪制成可視化的圖形供施工參考。

3.1.2 基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備。統(tǒng)籌做好施工圖會(huì)審、施工及專(zhuān)項(xiàng)方案評(píng)審、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化手冊(cè)及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)編審、原材料檢驗(yàn)、測(cè)量準(zhǔn)備和技術(shù)交底等工作。

3.1.3 施工機(jī)械準(zhǔn)備。施工機(jī)械包含油泵、千斤頂、頂鐵、攪拌機(jī)、龍門(mén)吊、導(dǎo)軌、注漿機(jī)及其他輔助設(shè)備。

3.2 頂管施工的主要工序

頂管井施工工序：頂管井圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工→綜合井施工→頂進(jìn)施工。

3.2.1 頂管井圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。頂管井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑1 000 mm鉆孔灌注樁+直徑600 mm旋噴樁支護(hù)形式。

①?lài)o(hù)樁施工。測(cè)量放線及定位→旋挖鉆機(jī)鉆孔→樁基鋼筋混凝土澆筑。

②旋噴樁施工。旋噴樁采用二重管法高壓旋噴注漿，壓力宜大于25 MPa，流量大于30 L/min。旋噴樁施工先用射水、錘擊、振動(dòng)等方法成孔，然后將旋噴管插至孔底，自下而上進(jìn)行旋噴。旋噴樁設(shè)置于圍護(hù)樁間，與圍護(hù)樁進(jìn)行咬合，以保證止水帷幕效果。

3.2.2 頂管綜合井施工

3.2.2.1 基坑降水?；硬捎霉芫M(jìn)行降水，降水井布置在旋噴樁外側(cè)1 m處。頂管井井周共設(shè)置10口降水井，井深為35 m，管井內(nèi)徑為400 mm。為防止雨水進(jìn)入基坑，在基坑四周設(shè)置排水溝并在基坑上方設(shè)置可伸縮移動(dòng)遮雨棚。

3.2.2.2 頂管井基坑開(kāi)挖支護(hù)。基坑尺寸：長(zhǎng)為13 m，寬為11 m，深度為14.5～16.826 m。頂管井基坑開(kāi)挖采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)、抓斗等自上而下分4層進(jìn)行。

頂管井設(shè)置3道支撐，具體支撐型式為：上部為鋼筋混凝土冠梁+鋼筋混凝土頂撐，中部、底部均為型鋼圍檁+鋼支撐。

本著技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全快捷的原則，頂管井井壁一期支護(hù)采用掛網(wǎng)噴射混凝土方式支護(hù)，支護(hù)緊隨基坑土方開(kāi)挖;二期支護(hù)采用型鋼圍檁+鋼支撐方式支護(hù)，型鋼通過(guò)植入灌注樁的三角形鋼構(gòu)件緊密連接;三期支護(hù)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻自下而上進(jìn)行。

3.2.3 施工防沉降措施。降雨降雪會(huì)對(duì)施工作業(yè)造成比較嚴(yán)重的負(fù)面影響，因而在施工前期要做好防沉降處理。

第一，全面考慮降水的季節(jié)管理，做好施工工作的調(diào)整，根據(jù)地下水水位的下降，分析土層中含水量減少的程度。計(jì)算附加負(fù)荷，分析土體的固結(jié)和壓縮現(xiàn)象，避免頂管施工產(chǎn)生不均勻沉降的問(wèn)題[3]。

第二，在灌注樁和旋噴樁施工完成之后，開(kāi)始處理降水作業(yè)及其帶來(lái)的沉降問(wèn)題，沿坑周邊布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定時(shí)對(duì)周邊地表進(jìn)行觀測(cè)，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算地表沉降量、分析沉降趨勢(shì)。

第三，在滿足施工質(zhì)量和施工要求的前提下，盡可能加快施工進(jìn)度，縮短降水時(shí)間，減少對(duì)西氣東輸管道運(yùn)維的影響。

3.2.4 頂進(jìn)施工作業(yè)

3.2.4.1 始發(fā)井內(nèi)附屬設(shè)施布置及改進(jìn)。具體包括后靠背設(shè)置及加固和導(dǎo)軌安裝及加固兩方面。

①后靠背設(shè)置及加固。本工程后靠背墻采用鋼板（[δ]=50 mm）+素混凝土簡(jiǎn)單的復(fù)合結(jié)構(gòu)?？勘硥w內(nèi)提前預(yù)埋鋼筋和靠背鋼板焊接，使后靠背、鋼板、墻體加固為一整體，使靠背不會(huì)因千斤頂回頂時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)而出現(xiàn)位移和傾倒。為方便后靠背混凝土和靠背正面鋼板拆除，并防止靠背混凝土和墻體粘連，拆除靠背混凝時(shí)導(dǎo)致墻體受損，在后靠背澆筑混凝土前，要在墻壁和鋼板內(nèi)側(cè)涂刷一層模板漆[4]。

②導(dǎo)軌安裝及加固。保證頂管管節(jié)按設(shè)計(jì)高程和方向前進(jìn)，在管道進(jìn)入土體前，導(dǎo)軌具有導(dǎo)向功能，管節(jié)在頂進(jìn)前先安放在導(dǎo)軌上。兩根導(dǎo)軌應(yīng)直順、平行、等高，導(dǎo)軌安裝牢固，其縱坡與管道設(shè)計(jì)坡度一致。導(dǎo)軌高差允許偏差為2 mm，導(dǎo)軌內(nèi)距允許偏差為±2 mm;中心線允許偏差為3 mm，頂面高程允許偏差為0～3 mm。安裝后的導(dǎo)軌必須穩(wěn)固，在頂進(jìn)中承受各種負(fù)載時(shí)不產(chǎn)生位移、沉降和變形。

3.2.4.2 頂管頂進(jìn)的減摩措施。本工程采用潤(rùn)滑泥漿減少頂進(jìn)管子周邊的摩擦阻力。本工程采用泥漿攪拌機(jī)進(jìn)行制漿，純堿應(yīng)預(yù)先化開(kāi)，再加入膨潤(rùn)土攪拌20 min，泥漿要充分?jǐn)嚢杈鶆?。拌制后的漿液在儲(chǔ)漿桶中需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（不小于24 h）發(fā)酵膨化。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況，頂管穿越段以砂性土為主，滲透系數(shù)大，經(jīng)試驗(yàn)確定注漿壓力宜為0.1～0.2 MPa。

每根管道布置6個(gè)注漿孔，每次使用4個(gè)注漿孔，剩余2個(gè)備用。每個(gè)注漿孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)單向閥門(mén)，防止注漿停止時(shí)，管外的泥沙順著注漿管流向管內(nèi)，造成堵塞注漿管。

在頂進(jìn)前，在管材外部均勻地涂抹一層白蠟，同步配合潤(rùn)滑泥漿減少管道摩擦力。

3.3 施工測(cè)量與質(zhì)量安全監(jiān)控

3.3.1 頂管施工測(cè)量。本次施工采用的測(cè)量方法主要為激光測(cè)量法、電磁測(cè)量法、陀螺測(cè)量法、液面水平測(cè)量法及路徑測(cè)量法。施工技術(shù)人員按照上述方法進(jìn)行測(cè)量并記錄測(cè)量的原始數(shù)據(jù)（如表1所示），每節(jié)管道頂進(jìn)結(jié)束之后進(jìn)行二次復(fù)測(cè)。

3.3.2 質(zhì)量安全監(jiān)控。第一，建立智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)和變形觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)頂管掘進(jìn)、頂推施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度進(jìn)行全程監(jiān)控。通過(guò)視頻監(jiān)控和變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)對(duì)井周邊和頂管區(qū)間地表變化進(jìn)行數(shù)字化分析，并及時(shí)調(diào)整進(jìn)度和工藝，保障垂直和水平位移在合理范圍之內(nèi)，確保施工質(zhì)量和安全。第二，由項(xiàng)目經(jīng)理主持召開(kāi)質(zhì)量專(zhuān)題會(huì)議，牢固樹(shù)立“樣板引路”的質(zhì)量理念，對(duì)施工中出現(xiàn)的技術(shù)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行研究分析、整改落實(shí)。第三，針對(duì)施工用電、高空作業(yè)、起重吊裝等編制專(zhuān)項(xiàng)方案，并對(duì)施工人員重復(fù)交底。對(duì)可能發(fā)生的設(shè)備傾覆、機(jī)械傷害、高空墜落等事故進(jìn)行演練或桌面推演，并及時(shí)制定預(yù)防措施。

4 結(jié)語(yǔ)

頂管施工技術(shù)復(fù)雜，只有做好質(zhì)量控制，全面科學(xué)地開(kāi)展施工管理，才能提高現(xiàn)場(chǎng)施工的規(guī)范化程度。頂管施工技術(shù)的應(yīng)用是目前城市電力敷設(shè)的進(jìn)步，在施工過(guò)程中，要做好技術(shù)準(zhǔn)備，明確施工流程，并加強(qiáng)施工測(cè)量與質(zhì)量安全監(jiān)控，以促進(jìn)城市電力科學(xué)發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展。

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