顶管技术在市区电力管道工程中的应用！

贵州电力管道之顶管技术在市区电力管道工程中的应用！

      1研究背景

      伴随着我国城镇化的不断进程，城市的规模和数量在不断上升。贵州电力管道发展过程同时也伴随着城市对地面空间、能源、地下空间等的增加。特别是中老型城市，尤其是在老城区，由于历史原因，存在规划思路落伍、城市基础设施输送能力不足等现象，存在的问题包括：

(1)输送型管道（如给水管道、排水管道、煤气或燃气管道）过流能力不能满足城市发展的需求，出现供水不足、“内涝”等现象；

(2)年久失修的旧管道严重威胁着城区的人生财产安全、同时也制约着老城区的重新规划和改造；

(3)数量众多的架空电线、通讯线等严重影响城市形象，同时也带来了诸多安全隐患。

因此，在城市化进程中，需要不断完善城市地下管线的修复及更新、同时也有必要对城市公用设施管道（诸如综合电力管廊、通讯管廊、给排水管廊）进行统一的规划和改造，首先，能够满足城市发展和扩张对城市基础设施的需求，其次能够有效降低城市因为地下公用设施故障而引起的成本。本论文是基于福建省某市架空高压电线入地管网改造工程，通过政府统一引导、市政统一规划设计、邀请具备相应施工能力的企业招投标进行工程施工。作者经历了某市绝大部分电力管网采用非开挖顶管技术改造工程的全过程。本文将从采用顶管技术可行性、综合经济效益、存在问题等方面进行分析。

2技术可行性

    顶管技术是从理论研究、工程实践较为成熟的一项施工技术，但是类似于地下工程施工技术，贵州电力管道在采用顶管技术施工地下管道(线)时，尤其是大口径、大埋深、长距离管道施工情况下，仍然存在很大的技术风险。

笔者将从顶管技术本身进行分析，从顶管技术工艺、设备两个方面说明顶管技术在市政电力管道入地缆化改造工程中应用的可行性。

2.1工艺可行性的选型、顶进距离的选择以及工程造价等。

    确定采用顶管技术进行地下管道的敷设和更新工程之前，需要慎重考虑所拥有设备的性能、适用工艺和设备特点等。

    顶管机作为顶管技术的关键机具,目前国际上顶管机较为先进的是德国的海瑞克顶管机以及日

本的顶管机。主要体现在以下方面：

(1)顶管机具备充足的施工安全盈余；

(2)设备具有可控性良好、性能稳定的液压系统；

目前大量的城市面临着繁华市区管网改造工程，包括：城市雨污分流改造工程、污水管网改造工程、架空电线入地改造工程等。以上管网改造工程区域皆有以下特点：

(1)区域建筑拥挤、道路狭窄、车流量大；

(2)区域通常为政治或经济及文化中心，担当着城市运转的重要角色；

(3)架空线、地下管网皆众多，面临着无空间可利用的程度；

如在上述区域采用大面积开挖进行管网改造

及市政形象改造工程，工程阻力很大，同时政府主管部门以及各地下设施主管部门都会成为工程开

展的主要阻力。

(1)采用非开挖顶管技术具有以下优点：(2)施工速度快；

(3)管道一般具有光滑的内表面，无需二次衬砌；

(4)管道密封性能好，可以避免流体向地层中渗

漏；

(5)可以推进矩形截面的管道，如顶进路下通道等；

(6)施工安全性好；鉴于此，对于大埋深（埋深≥4m）、大口径（直

径≥600mm），在地下原有设施众多复杂、地下水位丰富的繁华地段，贵州电力管道采用非开挖顶管技术能够有效避免因为工程地下管道施工队地面商贸经营和地下

原有设施的影响，实现管道的改造和敷设。

2.2顶管掘进机具

顶管掘进机具是顶管工程中最为关键的机械。顶管性能的好坏、设备的稳定性等均影响工程设备

(3)不同类型地层，顶管机的适用性；

(4)能够实现长距离（超过500m）、高硬度（80MPa以上岩层）顶进；

(5)具备功能完善、可操作性强的PLC控制系统；

国内在借鉴了国外先进顶管机的基础之上，20世纪90年代后期陆续开始引进国外顶管机、消化

吸收并开始研发国产的顶管机，从最开始的手掘式顶管机、土压平衡顶管机、泥水平衡顶管机等机械

式国产顶管机。相比于国外成熟的顶管机，国产顶管机具有以下特点：

(1)具备绝对的价格竞争优势；

(2)设备维修和售后服务及时；

(3)设备性能及稳定性存在欠缺，尤其是遇到多变复杂性地层，国产顶管机的不足之处凸显；

(4)关键部件仍需要国外进口，制约着国产顶管机的发展；

3存在问题

    作为架空高压电缆入地改造工程,是目前我省正在开展的市政管网改造重点工程之一,政府部门在进行多方调研后,确定将顶管技术作为管网改造工程的一项重要工程施工方法之一,在后期大量的工程施工中,基本完成了业主交付的工程要求,完成了地下大口径电力管道的施工。同时在此过程中，出现了诸多问题，包括顶管技术在大口径电力管道工程的使用的技术瓶颈、设备及机具局限和顶管工程施工预决算、设计、工程管理和施工等均出现了不同程度的问题。

    在采用顶管技术敷设大口径电力管道(≥直径2500mm)工程中，无论对管道的敷设埋深、顶进距离、地面沉降控制、设备性能及其稳定性均提出了更高的要求。因此从顶管技术上也对施工单位及主管部门提出了更高的技术要求和储备。

3.1管道埋深

    对于超过埋深超过5m的大口径管道，在采用顶管技术敷设工程中，工程单位需要具备成熟的完成顶管工作井的技术人员；其次，在此深度进行管道顶进，均在地下水位以下，因此需要考虑工作井和管道接头的密封、顶管机具在高地下水位情况施

工的风险。

3.2顶进长度

    市区地下电力管道通风井的距离，考虑通气、排风以及湿度等要求，通常均设置在200m间隔为宜，但是对于特殊区域、特殊地段，往往通风井的设置距离可能更长，部分甚至超过500m，对管道内维修、通风、防火等增加了新的难度要求。因此市区地下电力管道设置的距离将是采用顶管技术施工最为关键的一个控制参数。

    目前在城市市政电力缆化工程中，常见顶进长度均在200m左右，采用较为成熟的国内顶管机设备能够完成敷设。在200m及其以上距离采用顶管技术施工，必须要设置中继站工艺，首先能够降低工作井后座墙的压力，同时也能降低尾部顶进管道的压力。对于超过500m距离的顶管，需要从设备、技术队伍、应急措施等多方面综合考虑后，才能进行施工。

3.3地面沉降控制

    对于采用顶管技术敷设大口径地下电力管道，对地层的扰动是较大的，同时由于工程施工区域往往是对地面沉降控制较为严格的区域，因此在工程施工中做好地面沉降检测是一项重要的工作。由孙平贺博士等在2011年采用Photogramme-try技术对因地下工程施工引起的地面沉降监测技术作了现场的实验，取得较好的监测效果。通过对顶管工艺改进、控制超挖量，并结合Photogrammetry监测技术，能够及时准确的监测因为顶管施工引起的地面沉降。

3.4设备性能及稳定性

对于长距离、高强度地层，贵州电力管道采用顶管技术敷设地下管线，需要对选用设备的性能及稳定性提出了更好的要求。在特殊性地层包括：岩石抗压强度≥80Mpa地层，国产顶管机掘进的效益会显著降低，同时，顶管液压系统、动力给进系统、注浆减租系统、刀盘切削刀具抗碾磨和更换等均由较高要求。

    鉴于此，在遇到长距离、高强度地层，采用非开挖顶管敷设地下管线时，首先需要做出准确的工程设计及设备选型，配备完善成熟的技术队伍。图4给出了不同类型地层对顶管机选型的影响。

4 结论与建议

    笔者亲历了数量众多的大口径、长距离市政高压电线架空入地缆化工程项目，对顶管技术在类似工程中的应用及其出现的问题有较为深刻的认识。通过对当前城镇管网现状及改造背景出发，结合采用顶管技术敷设大口径、长距离地下电力管道的技术可行性以及对顶管机具的要求提出了建议，最后结合工程实践，给出了目前采用顶管技术敷设大口径、长距离电力管道中已出现的问题给予了分析，并提出了可操作性的解决办法。供后期城市高压电缆管网入地改造工程提供参考和借鉴。