非開挖技術(shù)在電力電纜通道建設(shè)中的應(yīng)用

侯斌　廖德勝　李秀強　劉寧

摘要：在城市電力通道建設(shè)中，明挖法需要隔斷交通施工，對交通影響極大，對道路周圍的單位生產(chǎn)及效益造成不利影響，且一般現(xiàn)狀路地下管線密布，受到極大制約，因此非開挖方式施工得到廣泛的應(yīng)用。本文通過結(jié)合濟南市電纜通道的設(shè)計、施工情況，對電纜通道建設(shè)中應(yīng)用的拉管法、淺埋暗挖法、盾構(gòu)法、頂管等非開挖技術(shù)進行了概括總結(jié)，從經(jīng)濟性、技術(shù)性等方面進行了對比分析。在電纜通道設(shè)計施工中，應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新工藝，結(jié)合投資、規(guī)劃、建設(shè)環(huán)境等各方面因素，通過設(shè)計過程管控及精益化管理，優(yōu)化設(shè)計方案，確定合理的施工方式，從而保證工程的順利實施。

一、管理目標描述

1.1 管理理念

在城市電網(wǎng)建設(shè)中，受規(guī)劃、建設(shè)環(huán)境等制約，電纜線路基本上是唯一選擇，電纜通道的建設(shè)是關(guān)鍵的一環(huán)。隨著城區(qū)電力需求迅速增加，電纜通道建設(shè)任務(wù)日益嚴竣，電纜通道的建設(shè)逐漸成為制約城區(qū)電網(wǎng)發(fā)展的主要因素。

電纜通道在修建過程中，一般隨道路工程實施，但在穿越道路或現(xiàn)狀道路管線密集、受交通制約時，非開挖式施工就勢在必行。非開挖技術(shù)并不是說完全不開挖，只是盡最大的可能去減少開挖，采用管道不開挖技術(shù)來進行地下管線的鋪設(shè)或更換。以電纜隧道為例，常用的非開挖式施工方式有拉管法、淺埋暗挖法、盾構(gòu)法、頂管法等。

非開挖技術(shù)在國外已廣泛使用，在國內(nèi)也逐漸普及。不開挖地面，就能穿越公路、鐵路、河流，甚至能在建筑物底下穿過，是一種能安全有效地進行環(huán)境保護的施工方法，非開挖技術(shù)在北京、上海等沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)已有了廣泛應(yīng)用。隨著濟南城市的快速發(fā)展，在施工穿越大明湖，經(jīng)十路、解放路等重點工程建設(shè)中，通過非開挖技術(shù)的合理應(yīng)用有效解決了施工難題。

因為不同的施工方式其造價、施工周期、建設(shè)環(huán)境影響差別較大，通過對設(shè)計方案進行多方面的比較，在設(shè)計過程中選擇合理的施工方式就顯得極為重要。

1.2 管理范圍

適用范圍：城區(qū)110kV及以上電纜通道建設(shè)工程及主要配網(wǎng)通道建設(shè)工程

1.3 管理目標值

在設(shè)計過程中綜合各方面因素，通過對比，確定施工方式，提出較為合理的工程造價，保證工程順利實施。

二、主要管理做法

2.1 主要流程

因為不同的施工方式對工程造價影響較大，一般在可研設(shè)計階段中就應(yīng)確定施工方法，以免影響工程概預(yù)算的核準、施工圖的設(shè)計、實施。設(shè)計咨詢單位應(yīng)組成項目小組，按照工程咨詢、設(shè)計的相關(guān)流程進行方案論證，從而確定最優(yōu)方案（工作流程圖見圖1）。

2.2 主要流程說明

項目確定后，由經(jīng)研所所長組織項目參與人員對項目現(xiàn)場勘察，確定路徑方案，對非開挖路段施工方案進行初步討論。協(xié)調(diào)建設(shè)管理單位、規(guī)劃單位、勘察單位對工程沿線管線情況、規(guī)劃情況、地質(zhì)情況進行調(diào)查摸底后，組織各專業(yè)對施工方案進行仔細論證，形成可行性意見，經(jīng)與建設(shè)管理部門、規(guī)劃部門協(xié)商同意后，形成最終方案并實施。

2.3 確保流程正常運行的人力資源保證

設(shè)計單位組成項目小組，由經(jīng)研所所長或總工任組長，線路專業(yè)、規(guī)劃專業(yè)、土建專業(yè)各有專人負責方案論證，并協(xié)調(diào)聯(lián)系項目管理單位、市規(guī)劃部門、勘測單位等。

2.4 保證流程正常運行的績效考核與控制手段

為保證工作流程正常運行，特制定專門的考核制度、考核對象，定期召開各相關(guān)專業(yè)碰頭會，各自匯報遇到的問題、完成的工作、目前的工作狀態(tài)，能否按流程按時完成各階段的工作，對流程運行過程做到可防、可控。

三、評估與改進

3.1 管理評估方法

根據(jù)工程實際，從施工難易度、工程投資、工期等多個方面分析、綜合比較，從而確定經(jīng)濟、合理的施工方式。

3.2 施工方案介紹

城區(qū)內(nèi)道路管線密集、交通流量大，新建管溝多位于車道上，管線橫穿多，管溝覆土較深，采用明挖施工對周圍環(huán)境影響極大，在施工困難地段采用非開挖施工可有效解決問題。受造價等因素影響，非開挖式施工法主要用于110kV及以上高壓電纜通道。

工藝成熟、應(yīng)用廣泛的非開挖施工主要有盾構(gòu)法、淺埋暗挖法（礦山法）、頂管法、拉管法，以下就各種非開挖式施工法進行簡單的介紹。

1）暗挖法

暗挖法適用于城市中不能采用明挖法施工的地方，亦適用于松散層及含水松散層地層。暗挖法根據(jù)施工工藝的不同分為盾構(gòu)法、淺埋暗挖法等。

a）盾構(gòu)法

盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。

盾構(gòu)施工前應(yīng)先修建一豎井，在豎井內(nèi)安裝盾構(gòu)，盾構(gòu)開挖出的土體由豎井通道送出地面，圓形斷面應(yīng)用較為廣泛。

盾構(gòu)法的主要優(yōu)點：除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進行，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪聲和振動影響；盾構(gòu)推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進行，施工易于管理，施工人員也比較少；土方量少；穿越河道時不影響航運；施工不受風雨等氣候條件的影響；在地質(zhì)條件差、地下水位高的地方建設(shè)埋深較大、較長的隧道，盾構(gòu)法有較高的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。

據(jù)了解，盾構(gòu)機最小斷面為Φ2700mm，施工區(qū)間較長，單位造價高，在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)電纜通道容量需求選擇合理的斷面（見附圖2）。

濟南地區(qū)應(yīng)用案例為大明湖湖底盾構(gòu)，該通道設(shè)計斷面為Φ3000mm，全長約500米，并設(shè)計有相應(yīng)的排水、排風、照明、消防等設(shè)施。盾構(gòu)兩側(cè)設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井、盾構(gòu)接收井，并結(jié)合工井設(shè)置設(shè)備管理用房（見附圖3）。

b）淺埋暗挖法

淺埋暗挖法又稱礦山法，適合于城市地區(qū)松散土介質(zhì)圍巖條件下，隧道埋深小于或等于隧道直徑，以很小的地表沉降修筑隧道的技術(shù)方法。它的突出優(yōu)勢在于不影響城市交通，無污染、無噪聲，而且適合于各種尺寸與斷面形式的隧道洞室。

淺埋暗挖法是一項邊開挖邊澆注的施工技術(shù)。其原理是：利用土層在開挖過程中短時間的自穩(wěn)能力，采取適當?shù)闹ёo措施，使圍巖或土層表面形成密貼型薄壁支護結(jié)構(gòu)的不開槽施工方法，主要適用于粘性土層、砂層、砂卵層等地質(zhì)。

淺埋暗挖法的突出優(yōu)點是工作井不必不放置在工程沿線，可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇工井位置，暗挖至工作面施工，從而避免了工程沿線的開挖。

濟南地區(qū)應(yīng)用案例為橫穿舜華路、經(jīng)十東路、解放路等電纜通道，以舜華路電纜通道為例，該通道設(shè)計斷面為2×（2.6 m×3.0m）電纜隧道（見附圖4），隧道兩側(cè)設(shè)施工工井，并配置設(shè)備用房。（現(xiàn)場施工照片見附圖5）。

2）頂管法

在敷設(shè)管道時，為了不影響地面房屋和其他工程設(shè)施，用千斤頂將預(yù)制的管段或箱涵配合挖土向前頂進，這就是頂管法。

頂管法施工就是在工作坑內(nèi)借助于主頂液壓（或其他機械）產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設(shè)計的坡度頂入土中，并將土方運走。

按照斷面的不同，預(yù)制箱涵形狀有圓形、拱形等。圓形因其抵抗地層中的土壓力和水壓力較好，在工程中最為常見。

工程中常用的有普通頂管法、機械化頂管法等。

a）普通頂管法

普通頂管法一般用于頂入的管節(jié)內(nèi)徑不小于800mm的鋼筋混凝土管和鋼管。頂進長度一般不超過80m，如頂進長度較長，需設(shè)中繼間。施工的坐標誤差一般可達到1cm以內(nèi)。但當管徑大于1800mm時，工作面土壁可能會出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，尤其是土質(zhì)松散或遇到地下水時。

普通頂管首先進行工作井、檢查井的施工，施工完畢后，進行頂進設(shè)備安裝。按照“先挖后頂，隨挖隨頂”的原則，人工在管內(nèi)開挖，千斤頂隨之頂進。（施工步驟見附圖6）

普通頂管法應(yīng)用案例較多，電纜通道斷面由Φ1800至Φ2600均有涉及。

b）機械化頂管

具體又分為三種方法：

一是泥水平衡法，它將水注入開挖工作面，在機頭切削土層時平衡工作面的土壓力和地下水壓力，泥水在土倉中形成泥漿，以泥漿壓力平衡掘進機所處的地下水及土體的壓力，避免地表的沉降或隆起，拌和的泥漿用泵抽出。

二是土壓平衡法，它在刀盤切削土層后利用螺旋輸送機將土送到工作坑后再運到地面，利用刀盤切土后堆放在腔室的容積來保持工作面的壓力平衡，通過控制掘進和出土速度、機頭注漿達到挖掘面的土壓和頂推力的平衡。

三是氣壓平衡法，它利用高壓空氣來保持工作面的壓力平衡，其前部分為三個室，即高壓、置換和常壓室，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。頂管技術(shù)適用于土質(zhì)較硬、變化復(fù)雜、富含地下水、有10%以下含量的粒徑小于20 mm的土質(zhì)，施工中不需降水，可長距離頂進。

工程中應(yīng)用較多的是泥水平衡法（見附圖7），多應(yīng)用于地下水較多地區(qū)。（現(xiàn)場施工見附圖8）

3）拉管法

拉管法即導(dǎo)（定）向鉆進鋪管法，定向鉆進的基本原理：按預(yù)先設(shè)定的地下鋪管軌跡鉆一個小口徑先導(dǎo)孔，隨后在先導(dǎo)孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器回拉擴孔，當擴孔至尺寸要求后，在擴孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管線，回拉鋪設(shè)地下管線。

水平定向鉆進鋪管的施工順序為：地質(zhì)勘探、規(guī)劃和設(shè)計鉆孔軌跡、配制鉆液、鉆先導(dǎo)孔、回拉擴孔、回拉鋪管、管端處理。

拉管法相對經(jīng)濟、靈活，在濟南市城區(qū)電纜通道施工中多有應(yīng)用，但受限于穿管施工對電纜載流量的影響，多用于10kV電纜通道的施工。

4）經(jīng)濟、技術(shù)比較

a）技術(shù)比較

從地質(zhì)、施工要求、電氣需求、工期等多個方面對盾構(gòu)法、淺埋暗挖法、頂管法進行簡單的比較，詳見表1。

b）經(jīng)濟比較

按照同樣地質(zhì)條件下，無地下水，地質(zhì)為普通土，暗挖覆土深度5m，電纜容量設(shè)計約4回110kV電力電纜、30回10kV電纜，對幾種施工方式進行簡單的經(jīng)濟比較，詳見表2。

3.3 今后的改進方向

1）在方案優(yōu)化過程中，應(yīng)有詳細的地質(zhì)、管線資料支撐，這項工作在以往的工作中略有欠缺。

2）應(yīng)積極引進國內(nèi)外先進的電纜通道施工工藝，在工程實踐中不斷改進。

四、補充說明

《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計電纜敷設(shè)分冊》中介紹了多種電纜敷設(shè)典型設(shè)計，其中多為明挖法施工，如直埋、排管、電纜隧道、橋架等，非開挖施工法有頂管、拉管等。

采用非開挖技術(shù)增加了工程結(jié)構(gòu)本體費用，但可以減少大量的工程前期費用，且有利于環(huán)境保護、節(jié)約資源、提高施工安全性，充分體現(xiàn)了國網(wǎng)公司“兩型三新”輸電線路的建設(shè)要求。

暗挖法施工對周圍路面交通及地下管線影響很小，工期依據(jù)豎井個數(shù)，具有可控性；缺點是造價較明挖顯著提高，工程安全性低于明挖施工；盾構(gòu)施工工藝比較成熟，對地面交通及管線基本無影響，缺點為工程工期不可控制，遇地質(zhì)情況突變時難以處理。頂管法轉(zhuǎn)彎半徑需求較大，轉(zhuǎn)彎半徑較小時需在轉(zhuǎn)彎處設(shè)置施工豎井，施工距離較長時需增加中繼間、施工工井。拉管法工井占地較小，施工靈活，在城區(qū)電纜通道建設(shè)中應(yīng)用較廣，多用于配網(wǎng)通道建設(shè)，其受地質(zhì)影響較大，在巖石地質(zhì)中施工難度高、工程造價高，一般不采用。

所以，根據(jù)施工周邊環(huán)境，地質(zhì)情況選擇合適的施工方法尤為重要，同時考慮工程量的大小，工期情況擇優(yōu)選擇施工方法。

在工程設(shè)計過程中，積極推廣典型設(shè)計應(yīng)用，并強化過程管控，設(shè)計過程管理精益化、設(shè)計方案差異化，可以有效的提高設(shè)計質(zhì)量及設(shè)計效率，為提升基建工作管理水平做出應(yīng)有的貢獻。

作者簡介：侯斌（1986），男，學(xué)歷：西安工業(yè)大學(xué)，單位：國網(wǎng)濟南供電公司，研究方向：電力技術(shù)，從事電力企業(yè)基建工程管理工作。