城市電力隧道施工發(fā)展前景及工法比選

周艷文 陳亞軍 龍 彪 彭 帆

(中建五局土木工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

隨著我國(guó)城市發(fā)展越來越塊，人們用電需求不斷增加，電力負(fù)荷不斷飆升，電力供應(yīng)不足已成為城市通病。因此我國(guó)電網(wǎng)也進(jìn)入了密集建設(shè)時(shí)期，然而電網(wǎng)建設(shè)掣肘多、增容改造阻力大、建設(shè)征地難，對(duì)于電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過程中遭遇諸多難題。同時(shí)電力負(fù)荷高速增長(zhǎng)和電力通道資源稀缺是城市電網(wǎng)建設(shè)的主要矛盾，為滿足城市綠色發(fā)展以及生存空間的需求，建設(shè)城市電力隧道勢(shì)在必行[1,2]。

1 電力輸送通道概述

電力輸送通道是電力工程的一部分，擔(dān)負(fù)著電力資源向千家萬戶輸送的任務(wù)，傳統(tǒng)的電力輸送通道主要是在地面上每隔一定的距離架立電線桿或者鐵塔，然后將電線設(shè)置于各電線桿或者鐵塔的頂端，形成有一定高度的架空線，如圖1所示。雖然這種方法在一定程度上減少了電力輸送通道對(duì)地面空間的影響，但是隨著我國(guó)城市規(guī)模的高速發(fā)展，傳統(tǒng)電力輸送通道所暴露出來的問題越來越多，包括如下幾點(diǎn)：

1)傳統(tǒng)電力輸送通道施工難度較大，同時(shí)易發(fā)生斷導(dǎo)線、漏電等事故。

2)由于線路走廊和同桿回路數(shù)受限，高壓架空線輸送受制約，導(dǎo)致許多街道輸送容量跟不上社會(huì)用電的發(fā)展。

3)傳統(tǒng)電力輸送通道的增加嚴(yán)重影響城市美觀。

4)傳統(tǒng)電力輸送通道的運(yùn)行方式落后且不靈活，停電概率高，影響居民正常生活。

5)傳統(tǒng)電力輸送通道往往立于地面10 m以上，因此限制了綠化帶樹木的生長(zhǎng)高度。

因此與架空線路相比，電力隧道運(yùn)行安全、輻射小，輸送線路埋入地下，避免了架空線對(duì)城市造成的所有弊端。

2 電力隧道的特點(diǎn)

與國(guó)外相比，我國(guó)電力隧道的建設(shè)正處于起步階段，主要還是集中于北京、上海、廣州等一線城市。由于國(guó)內(nèi)缺少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，因此在電力隧道的設(shè)計(jì)施工以及運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)等方面均參照地鐵建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)[3-5]。

2.1 建造位置特殊

根據(jù)電力隧道的使用功能，電力隧道的選址往往在城市的繁華鬧市區(qū)域以及主干道附近。然而這些區(qū)域一般均已進(jìn)行過高強(qiáng)度的開發(fā)，可利用的空間較為稀少；同時(shí)在電力隧道的設(shè)計(jì)以及施工時(shí)，還需要考慮電力隧道對(duì)周邊其他構(gòu)(建)筑物和設(shè)施的影響。

2.2 隧道橫截面尺寸和區(qū)間轉(zhuǎn)彎半徑小

電力隧道由于受規(guī)模和造價(jià)的制約，電力隧道直徑較一般的城市軌道交通隧道直徑要小。隧道線路一般規(guī)劃設(shè)計(jì)在道路中間綠化帶下受場(chǎng)地和線路走向的限制，同時(shí)城市建設(shè)規(guī)模和結(jié)構(gòu)已基本成型，為避免與既有地下結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，電力隧道在設(shè)計(jì)過程中往往出現(xiàn)許多小曲線路徑。

2.3 電力隧道過井多

為滿足電纜出線、人員檢修、隧道通風(fēng)功能，基本約500 m設(shè)計(jì)一座過井；標(biāo)準(zhǔn)的過井設(shè)計(jì)，對(duì)運(yùn)行運(yùn)維功能都較好。工作井的規(guī)模和間距直接影響工程總體投資和工期。

3 電力隧道工法比選

電力隧道常用施工工法主要涉及明挖隧道工法、礦山法隧道工法、頂管法隧道工法、盾構(gòu)法隧道工法[6-10]。比較如表1所示。

表1 電力隧道工法比較 萬元/m

3.1 明挖隧道工法

明挖隧道工法(簡(jiǎn)稱明挖法)是當(dāng)前地下工程施工的主要方法，尤其是地鐵車站等大型地下建筑物的施工，如圖2所示。采用明挖法施工的前提就是不影響地面交通和周邊環(huán)境，由于是在地面進(jìn)行明挖施工，因此可以有多個(gè)施工作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行施工，提高了施工的速度、保證了工程質(zhì)量，所以在地面交通和環(huán)境條件允許的地方，都會(huì)盡可能的采用。但是明挖工法建設(shè)場(chǎng)地征用及清理費(fèi)較高，對(duì)工程造價(jià)影響較大，對(duì)工期影響也較大；同時(shí)在明挖施工時(shí)會(huì)占用到既有道路的空間，需要對(duì)道路進(jìn)行持續(xù)的封閉，影響周邊居民生活以及城市交通穩(wěn)定。明挖工法一般包括明挖順作法和逆作法；其中，逆作法又包括蓋挖順作法和蓋挖逆作法。

3.2 礦山工法

礦山工法與明挖工法相比，礦山法的最大的不同就是避免了明挖法施工所需要的征地遷改，最大限度減少了對(duì)建筑及居民生活造成的干擾，減少了對(duì)地面環(huán)境的影響；然而其缺點(diǎn)也是顯而易見的，由于礦山法是大面積的進(jìn)行坑洞的橫向開挖，如圖3所示。因此地下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，在施工過程中常出現(xiàn)沉降過大，在圍巖不穩(wěn)定地層甚至塌方；施工作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，采用爆破開挖工法，對(duì)周邊不良影響較大；混凝土品質(zhì)不均勻，質(zhì)量難保證。

3.3 頂管隧道工法

頂管隧道工法是一種類似于盾構(gòu)工法的地下工程非開挖管道鋪設(shè)方法，它是采用液壓油缸將管段頂入由切削刀盤或掘進(jìn)機(jī)形成的鉆孔中構(gòu)成襯砌的進(jìn)的桶徑缸施工方法。因此，頂管技術(shù)也被稱為液壓頂進(jìn)技術(shù)，其管機(jī)實(shí)質(zhì)是所用頂管在主頂工作站的作用下，由始發(fā)井始發(fā)，頂進(jìn)至目標(biāo)工作井，如圖4所示。其優(yōu)點(diǎn)包括：地面作業(yè)少，振動(dòng)、噪聲引起的環(huán)境影響較?。还し霸靸r(jià)較為穩(wěn)定，工作井的規(guī)模和間距直接影響工程總體投資。然而它的缺點(diǎn)也是很明顯的，包括需要注意接縫防水處理、地表沉降控制等問題；頂推能力有限，無法實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離隧道施工；無法實(shí)現(xiàn)小曲線半徑施工。

3.4 盾構(gòu)隧道工法

盾構(gòu)隧道工法是采用一個(gè)前端具有巖土切削及收集功能的筒體結(jié)構(gòu)，即盾構(gòu)機(jī)在巖土內(nèi)進(jìn)行掘進(jìn)。具體來說，依靠盾構(gòu)機(jī)前端的刀盤進(jìn)行巖土的切削，在盾構(gòu)機(jī)刀盤切削過程中將切削下來的巖土運(yùn)出，與此同時(shí)借助盾構(gòu)機(jī)后端的千斤頂將盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行頂進(jìn)，以保證盾構(gòu)機(jī)在巖土中掘進(jìn)且形成隧洞，如圖5所示；盾構(gòu)機(jī)的外殼能保證圍巖不發(fā)生坍塌失穩(wěn)，同時(shí)在外殼內(nèi)進(jìn)行管片的拼裝形成襯砌，此時(shí)的襯砌管片作為盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)耐屏ψ饔命c(diǎn)，保證盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)。由于盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，圍巖最終將脫離盾構(gòu)機(jī)外殼的支撐，此時(shí)的圍巖將由之前拼裝完成的襯砌管片進(jìn)行支撐，為在此過程中不擾動(dòng)圍巖，通常會(huì)在襯砌管片后進(jìn)行注漿。

盾構(gòu)工法適用于松散土層或者單軸抗壓強(qiáng)度很高的巖土中，如在軟塑性或流塑性的地層，以及中風(fēng)化或微風(fēng)化地層，在富水地層區(qū)域或不穩(wěn)定地層區(qū)域施工時(shí)不會(huì)引起較大擾動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)包括：

1)工法及造價(jià)較為穩(wěn)定，工作井的規(guī)模和間距直接影響工程總體投資。

2)避免了征地拆遷，減少了對(duì)城市交通影響，避免了對(duì)周邊環(huán)境的破壞。

3)安全性高、施工速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低，對(duì)周邊環(huán)境影響小、可控性強(qiáng)。

4)更加靈活的線路布置方式。能夠繞過各種地下構(gòu)筑物，使得電纜能夠連接電源和布置在建筑群中的變電站。

它的缺點(diǎn)包括：1)設(shè)備造價(jià)高，短區(qū)間施工經(jīng)濟(jì)性差。2)施工工藝較復(fù)雜。

4 結(jié)語

從城市地下空間開發(fā)、隧道施工方法等角度分析，可得出以下結(jié)論：

1)由于在新建城區(qū)等周邊建(構(gòu))筑物稀少的區(qū)域施工對(duì)周邊的環(huán)境影響較小，因此適用于明挖工法，同時(shí)埋深不可太深，否則造價(jià)會(huì)很高。

2)若所修隧道距離適中，且斷面直徑大于4 m，則適用于頂管工法。

3)若隧道長(zhǎng)度大于500 m則適用于盾構(gòu)工法。

4)盾構(gòu)法電力隧道安全、高效、省力且對(duì)周邊環(huán)境影響小、可控性強(qiáng)，因此必將是今后電力隧道建設(shè)的一大重點(diǎn)。