導(dǎo)語：頂管對電力工程的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:結(jié)合具體工程技術(shù)條件、工程場地、地質(zhì)水文條件等因素，對頂管特點、施工方法、管材等進行了論述，提出了采用土壓平衡式頂管方案下穿環(huán)城高速公路方案，針對施工場地緊張等制約因素，兩側(cè)施工井推薦采用沉井方式，最大程度降低了施工對高速公路的影響，保證了工程的順利進行。

關(guān)鍵詞:電力頂管，沉井，下穿高速公路

1概述

頂管施工技術(shù)是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來的一種非開挖技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于穿越公路、鐵路、河流、鬧市區(qū)等不具備開挖條件的各種管道鋪設(shè)，可有效降低綜合成本、縮短施工工期、減少對環(huán)境及交通等的影響、提高工程施工的安全性，在市政地下管線中應(yīng)用廣泛。太原某110kV電纜線路工程，線路全長2．72km，與環(huán)城高速公路G2001交叉1次。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，G2001太原環(huán)城高速公路為雙向六車道，穿越高速里程K6+000km處，東側(cè)與本工程新建24孔電纜排管相接，西側(cè)與已建市政隧道相接。整個線路位于城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)，受路網(wǎng)規(guī)劃及現(xiàn)有建筑的限制，施工場地緊張。經(jīng)綜合技術(shù)比較，該段下穿高速公路推薦采用內(nèi)徑2800mm頂管方案，長度110m。

2頂管工程

2．1頂管的特點

頂管施工屬于非開挖施工技術(shù)，不需要進行大量的挖方作業(yè)，施工工作面較小，可在繁華市區(qū)內(nèi)施工。頂管施工首先在兩側(cè)分別設(shè)頂進工作井、接收井。頂進工作井內(nèi)安裝后座墻、主千斤頂及鋪設(shè)管道，作為頂管工作的主要工作空間。接收井主要用于工具機頭設(shè)備的接收。工作原理是利用主頂油缸產(chǎn)生的推力，把工具管、管道和掘進機推向接收工作井，通過接收井的預(yù)留口穿出，形成電力管道(見圖1)。

2．2頂管施工方法分類及其使用條件

2．2．1按管徑大小分類1)大口徑是指2000mm以上的頂管，人員能夠自由通行。2)中口徑是指1200mm～1800mm的頂管，人員能夠半通行。3)小口徑是指500mm～1000mm的頂管，這種管徑的頂管人員無法通行。4)微型頂管口徑很小，通常在400mm以下，最小的只有75mm。本工程頂管尺寸選型根據(jù)電力需求容量，選用內(nèi)徑2800mm，為大口徑頂管。2．2．2開挖距離分類通常把頂進長度超過400m并設(shè)置中繼間的頂管稱為長距離頂管，小于400m的為普通頂管，超過1000m的為超長距離頂管。本工程頂管作業(yè)長度為110m，屬于短距離頂管。

2．3頂管施工方法

頂管施工方法主要有:泥水平衡式、土壓平衡式、擠壓式和人工頂管。針對具體工程，不同地質(zhì)條件及施工要求等，在確保質(zhì)量及安全的條件下，選擇合理的施工方法(見表1)。2．3．1泥水平衡式頂管以全斷面切削土體，將適當(dāng)壓力的泥漿注入到裝置隔板的密封艙內(nèi)，在開挖土體表面形成一層致密的泥膜，利用泥水的壓力來平衡周圍土體壓力及地下水壓力，保證工作挖掘面的穩(wěn)定性，泥水同時也作為輸送棄土的介質(zhì)的機械頂管施工方法。2．3．2土壓平衡式頂管以切制輪開挖的流料作為支撐介質(zhì)，刀盤通過旋轉(zhuǎn)來開挖土層，挖下的土體流料經(jīng)切制輪的開口，壓入開挖腔內(nèi)與塑性土漿混合，通過壓力艙壁將推力傳遞到土漿上，以此來保護未開挖地層土體進入開挖腔內(nèi)的機械頂管施工方法。2．3．3擠壓式頂管在掘進機下部安裝有螺旋輸送裝置，施工中將進入喇叭口形破碎室的泥土通過壓力墻破碎，然后再通過砂石泵排出至地表。2．3．4人工頂管人工頂管是一種以人工作業(yè)為主的施工方法。在施工時，人通過借助輔助工具進行開挖作業(yè)及輸送作業(yè)。常用的開挖類輔助工具有鎬、鍬以及沖擊錘等，輸送類輔助工具有傳送帶、手推車或軌道式的運輸?shù)V車等。2．4頂管機選型頂管機的結(jié)構(gòu)形式的選擇一般由土的穩(wěn)定系數(shù)Nt的計算、對地面沉降的控制要求以及控制技術(shù)措施共同確定，其計算公式為:Nt=γ·h+qSu·n。其中，γ為土的重度;h為機頭中心至地面的高度，m;q為地面荷載;n為折減系數(shù)，一般取1．0;Su為土的不排水抗剪強度。一般情況下:當(dāng)Nt≥6，且地面沉降控制要求很高時，因正面土體流動性很大，需選用封閉式頂管機。當(dāng)4＜Nt＜6，且地面沉降控制要求不是很高時，可考慮采用擠壓式或網(wǎng)格式頂管機。當(dāng)Nt≤4，且地面沉降控制要求不高時，可考慮采用手掘式頂管機。根據(jù)現(xiàn)場勘查以及以往施工經(jīng)驗，本工程對地面沉降量要求很高，故采用封閉式頂管機頭，采用土壓平衡式結(jié)合人工手掘式兩種方法進行頂管作業(yè)。

3管材

3．1頂管管材的材料分類

按頂管管材的材料類型分為如下幾類:1)鋼筋混凝土管道;2)鋼管，包括有縫鋼管和無縫鋼管;3)玻璃纖維加強管;4)球墨鑄鐵管道;5)陶土管;6)塑料管(PVC管);7)石棉水泥管道。

3．2管材選用

目前頂管法施工中使用最多的就是鋼筋混凝土管。一般單根管節(jié)的長度不宜超過頂管機或微型隧道掘進機的機身長度，管道長度通常以2．0m～3．0m為宜。根據(jù)調(diào)查，目前太原地區(qū)生產(chǎn)的最大頂管內(nèi)徑3000mm，壁厚300mm，采用C40混凝土。單節(jié)長度2．5m，參考重量18．3t。根據(jù)國標(biāo)，頂管分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級三種荷載級別。Ⅱ級管用于覆土小于6m時，Ⅲ級管用于6m～9m覆土。

3．3管道的許用頂力

結(jié)合本工程各項設(shè)計指標(biāo)，頂管選用鋼筋混凝土管。鋼筋混凝土管道斷面的允許頂力，對頂管頂進長度、成功與否起著決定性作用，管材本身強度、頂進作業(yè)時的加壓方式、頂鐵與管道端面的接觸狀態(tài)以及受力面積等因素均不同程度影響著管道的實際允許頂力。其中，［Fr］為管道許用頂力值，kN;σc為管體本身抗壓強度，kN/m2;A為受壓面積，m2;S為安全系數(shù)，一般取2．5～3．0。本工程采用2800mm鋼筋混凝土管，管長度為2．0m，管壁厚為300mm，Ⅰ級荷載C50預(yù)制混凝土管道，管道端面垂直度的允許誤差應(yīng)不大于5mm，管道水平方向的偏差最大值應(yīng)不大于10mm，管道外徑的允許誤差不大于12mm。

3．4接口形式

常用的頂管接口形式有平接口、企口、柔性接頭鋼承口、柔性接頭雙插口。本工程采用柔性接頭鋼承口。鋼承口管接口形式又稱為F型管接口，主要是在接口處設(shè)一個橡膠止水圈，材質(zhì)采用遇水膨脹橡膠，在吸收水分以后體積會膨脹1倍～3倍，可有效防止鋼套環(huán)與混凝土管結(jié)合面產(chǎn)生滲漏。

4頂進工作井設(shè)計

4．1管道頂部覆蓋厚度

根據(jù)頂管的施工要求，以及參考《頂管施工技術(shù)及驗收規(guī)范》(試行)、CECS246:2008給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程，管頂覆土層厚度宜大于管外徑的1．5倍，并不小于3m。否則頂管時，頂管機頭會向上漂移。本工程管道內(nèi)徑2800mm，壁厚300mm，覆土層厚度應(yīng)不小于5100mm，根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場地形高差因素，最終高速公路路面到頂管頂部的距離確定為15m。

4．2地面沉降計算

本工程需穿越高速公路，在施工時應(yīng)保證高速路面安全，應(yīng)盡量減少施工對道路正常通行的影響，故需要對該處高速路面沉降量控制提出要求。目前，工程界常采用的理論主要為Peck提出的地面沉降槽理論。由于Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水情況下發(fā)生的，所以地表沉降槽的體積應(yīng)等于地層損失的體積，地面沉降可視土質(zhì)情況、覆土深度、采用的掘進機類型、操作水平等因素而不同，并根據(jù)這個假定給出了地面沉降量的橫向分布估算公式:其中，δx為x位置的地面沉降量，mm;δmax為管道軸線上方的最大地面沉降量，mm;x為離頂管軸線的水平距離，m;i為地面沉槽寬度系數(shù);θ為土壤內(nèi)摩擦角，本工程為22°;Vi為管道單位長度的土體損失量，m3/m;D為頂管外徑，本工程為3．4m;η為土體損失百分率，本工程采用5%;H為頂管埋深，高速公路到頂管頂部的距離為15m。參考CECS246:2008給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程中規(guī)定，頂管造成的公路地面沉降應(yīng)不大于20mm。經(jīng)試算，路面沉降小于20mm則管覆土深度應(yīng)不小于15m，故本工程頂管覆土按15m考慮，并采取相關(guān)技術(shù)措施控制路面沉降。

4．3工作井型式及尺寸確定

工作井坑形狀一般有矩形、圓形、腰圓形、多邊形等幾種，其中矩形工作坑最為常見。本工程受地形限制，永臨結(jié)合考慮后期做電纜井用，同時兼顧降低施工支模難度、減少工程量，選用矩形工作井坑(見圖2)。1)矩形工作坑的底部尺寸參考下式確定:工作坑底部寬度:B=D1+S。其中，D1為頂管管道外徑，本工程為3．4m;S為施工作業(yè)操作兩側(cè)預(yù)留寬度，一般取2．4m～3．2m，本工程取2．6m。綜上，本工程頂進工作井寬度為6m。工作坑的底部長度:L=L1+L2+L3+L4+L5。其中，L1為頂管機機體長度，本工程為5m;L2為千斤頂長度，約為2．5m;L3為后座墻、頂鐵、安裝余度，約為1．5m。綜上，本工程頂進工作井長度為9．0m。2)工作坑深度應(yīng)符合下列公式要求:H1=h1+h2+h3。其中，H1為工作坑地面至坑底的深度，m;h1為地面至管道底部外緣的深度，覆土深度為1．5D=5m，頂管外徑為3．4m，地面至管道底部外邊緣的深度為8．37m，為滿足公路地面沉降要求，最終確定頂管在高速公路下方的覆土厚度為15．0m，現(xiàn)施工地面頂管覆土厚度為10．5m，地面至管道底部外緣的深度為13．8m;h2為管道外緣底部至導(dǎo)軌底面的高度，取0．25m;h3為基礎(chǔ)及其墊層的厚度(不應(yīng)小于該處井室的基礎(chǔ)及墊層厚度)，取0．25m。綜上，頂進工作井的深度為14．5m(如圖3所示)。頂進工作井底部寬度為6．0m，長度為9m，深度為14．5m。接收井的尺寸根據(jù)實際地形，頂管在地下按水平頂進考慮，尺寸確定如下:a．底部寬度為5．5m(頂管機直徑為3．4m，考慮施工余度2．1m);b．底部長度為6m(頂管機長度為5m，考慮1m的施工操作余度空間);c．深度為12．0m。

4．4頂進工作井及接收井開挖方式選擇

本工程受場地限制，頂進工作井位于東環(huán)高速與道路之間，寬約30m;接收井位于東環(huán)高速與市政公路之間，寬約25m，均不滿足放坡開挖條件。同時頂進工作井及接收井較深，為了確保房屋及公路的安全，開挖需采取支護措施，考慮本期頂管施工和后期用作電纜豎井，采用沉井法修筑工作井坑。

4．5地質(zhì)條件

1)穿越高速公路地下廊道巖土工程地質(zhì)條件。線路管道穿越既有東環(huán)高速公路工程，穿越段管道長度約為110．0m，管道材質(zhì)為鋼筋混凝土預(yù)制管，高速路面較兩側(cè)井位處地面高5m～8m，地質(zhì)勘探場地位于兩側(cè)工作井，故提出工作井處地層深度20m以內(nèi)的地基土地層參數(shù)，自上而下劃分為三大層，分別為①層雜填土、②層(黃土)粉土、③層粉土層。2)穿越高速公路天然地基土抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值與建議值(見表2)。3)場地穩(wěn)定性、適宜性評價。據(jù)本次勘察結(jié)果及區(qū)域地質(zhì)資料，穿越地段場地屬穩(wěn)定場地，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)作用。可在②層，③層黃土狀粉土中進行此次穿越。本次勘探深度范圍(20m)內(nèi)未揭露地下水，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)地貌資料進行綜合分析，可不考慮地下水對本工程的影響。

4．6沉井

沉井是由側(cè)壁、刃腳、內(nèi)壁(隔墻)、豎向框架、底板、井蓋等構(gòu)成的。

5后座墻

5．1后座墻的重要性

后座墻主要在頂進管道時提供反作用力。在頂管施工過程中，后座墻不僅要求達到一定的強度，同時還要穩(wěn)定，施工中一旦發(fā)生破壞，頂管施工就要停工，可見后座墻設(shè)計的重要性。

5．2后座墻設(shè)計要求

后座墻設(shè)計首先在強度上要滿足設(shè)計頂進力作用下不被破壞，不變形，卸荷后能恢復(fù)原態(tài)并保證完整，其次應(yīng)安裝方便，便于施工，安裝在垂直管道頂進軸線上，避免偏心受壓，引起傾斜變形發(fā)生事故。

5．3后座墻形式

常用的后座墻一般有現(xiàn)澆混凝土式、裝配式。本工程使用現(xiàn)場澆筑的混凝土后座墻。5．4后座墻反作用力的計算假設(shè)頂進作業(yè)時，作用在工作坑后的土體上的力是均勻的。一般為確保在頂進過程中后座的安全，后座能承受的反作用力或土抗力R應(yīng)為總頂進力P的1．2倍～1．6倍。其中，R為總推力之反作用力，kN;α為系數(shù)，取1．5～2．5;B為后座墻的寬度，m;γ為土的容重，kN/m3;H為后座墻的高度，m;KP為被動土壓系數(shù)，粉土取2．66;c為土的內(nèi)聚力，kPa;h為地面到后座墻頂部土體的高度，m。本工程工作井采用沉井結(jié)構(gòu)，為鋼筋混凝土澆筑結(jié)構(gòu)，故后座墻采用現(xiàn)澆混凝土形式，是比較理想的受力模型。根據(jù)頂進力的大小，對混凝土后座墻的彎拉區(qū)應(yīng)設(shè)置網(wǎng)格鋼筋，混凝土墻的一般厚度應(yīng)根據(jù)管道直徑大小確定，一般為0．8m～1．0m。混凝土的強度為C20以上，在達到其強度的80%以上時才可以承受頂進力。

6結(jié)語

綜上，作為一種市政很常用的非開挖施工方式，頂管及沉井方案也能很好的解決電力工程中遇到的如下穿高速路等特殊地段的施工要求。在保證對高速影響最小的情況下，也能同時保證電力工程順利竣工。目前該工程頂管部分已完成施工。

作者：明俊聰 李之騰 單位：山西元工電力工程設(shè)計有限公司