非开挖技术在电力电缆通道建设中的应用

侯斌　廖德胜　李秀强　刘宁

摘要：在城市电力通道建设中，明挖法需要隔断交通施工，对交通影响极大，对道路周围的单位生产及效益造成不利影响，且一般现状路地下管线密布，受到极大制约，因此非开挖方式施工得到广泛的应用。本文通过结合济南市电缆通道的设计、施工情况，对电缆通道建设中应用的拉管法、浅埋暗挖法、盾构法、顶管等非开挖技术进行了概括总结，从经济性、技术性等方面进行了对比分析。在电缆通道设计施工中，应积极推广新技术、新工艺，结合投资、规划、建设环境等各方面因素，通过设计过程管控及精益化管理，优化设计方案，确定合理的施工方式，从而保证工程的顺利实施。

一、管理目标描述

1.1 管理理念

在城市电网建设中，受规划、建设环境等制约，电缆线路基本上是唯一选择，电缆通道的建设是关键的一环。随着城区电力需求迅速增加，电缆通道建设任务日益严竣，电缆通道的建设逐渐成为制约城区电网发展的主要因素。

电缆通道在修建过程中，一般随道路工程实施，但在穿越道路或现状道路管线密集、受交通制约时，非开挖式施工就势在必行。非开挖技术并不是说完全不开挖，只是尽最大的可能去减少开挖，采用管道不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换。以电缆隧道为例，常用的非开挖式施工方式有拉管法、浅埋暗挖法、盾构法、顶管法等。

非开挖技术在国外已广泛使用，在国内也逐渐普及。不开挖地面，就能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法，非开挖技术在北京、上海等沿海经济发达地区已有了广泛应用。随着济南城市的快速发展，在施工穿越大明湖，经十路、解放路等重点工程建设中，通过非开挖技术的合理应用有效解决了施工难题。

因为不同的施工方式其造价、施工周期、建设环境影响差别较大，通过对设计方案进行多方面的比较，在设计过程中选择合理的施工方式就显得极为重要。

1.2 管理范围

适用范围：城区110kV及以上电缆通道建设工程及主要配网通道建设工程

1.3 管理目标值

在设计过程中综合各方面因素，通过对比，确定施工方式，提出较为合理的工程造价，保证工程顺利实施。

二、主要管理做法

2.1 主要流程

因为不同的施工方式对工程造价影响较大，一般在可研设计阶段中就应确定施工方法，以免影响工程概预算的核准、施工图的设计、实施。设计咨询单位应组成项目小组，按照工程咨询、设计的相关流程进行方案论证，从而确定最优方案（工作流程图见图1）。

2.2 主要流程说明

项目确定后，由经研所所长组织项目参与人员对项目现场勘察，确定路径方案，对非开挖路段施工方案进行初步讨论。协调建设管理单位、规划单位、勘察单位对工程沿线管线情况、规划情况、地质情况进行调查摸底后，组织各专业对施工方案进行仔细论证，形成可行性意见，经与建设管理部门、规划部门协商同意后，形成最终方案并实施。

2.3 确保流程正常运行的人力资源保证

设计单位组成项目小组，由经研所所长或总工任组长，线路专业、规划专业、土建专业各有专人负责方案论证，并协调联系项目管理单位、市规划部门、勘测单位等。

2.4 保证流程正常运行的绩效考核与控制手段

为保证工作流程正常运行，特制定专门的考核制度、考核对象，定期召开各相关专业碰头会，各自汇报遇到的问题、完成的工作、目前的工作状态，能否按流程按时完成各阶段的工作，对流程运行过程做到可防、可控。

三、评估与改进

3.1 管理评估方法

根据工程实际，从施工难易度、工程投资、工期等多个方面分析、综合比较，从而确定经济、合理的施工方式。

3.2 施工方案介绍

城区内道路管线密集、交通流量大，新建管沟多位于车道上，管线横穿多，管沟覆土较深，采用明挖施工对周围环境影响极大，在施工困难地段采用非开挖施工可有效解决问题。受造价等因素影响，非开挖式施工法主要用于110kV及以上高压电缆通道。

工艺成熟、应用广泛的非开挖施工主要有盾构法、浅埋暗挖法（矿山法）、顶管法、拉管法，以下就各种非开挖式施工法进行简单的介绍。

1）暗挖法

暗挖法适用于城市中不能采用明挖法施工的地方，亦适用于松散层及含水松散层地层。暗挖法根据施工工艺的不同分为盾构法、浅埋暗挖法等。

a）盾构法

盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。

盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面，圆形断面应用较为广泛。

盾构法的主要优点：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也比较少；土方量少；穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大、较长的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。

据了解，盾构机最小断面为Φ2700mm，施工区间较长，单位造价高，在设计中应根据电缆通道容量需求选择合理的断面（见附图2）。

济南地区应用案例为大明湖湖底盾构，该通道设计断面為Φ3000mm，全长约500米，并设计有相应的排水、排风、照明、消防等设施。盾构两侧设盾构始发井、盾构接收井，并结合工井设置设备管理用房（见附图3）。

b）浅埋暗挖法

浅埋暗挖法又称矿山法，适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。

浅埋暗挖法的突出优点是工作井不必不放置在工程沿线，可根据现场情况选择工井位置，暗挖至工作面施工，从而避免了工程沿线的开挖。

济南地区应用案例为横穿舜华路、经十东路、解放路等电缆通道，以舜华路电缆通道为例，该通道设计断面为2×（2.6 m×3.0m）电缆隧道（见附图4），隧道两侧设施工工井，并配置设备用房。（现场施工照片见附图5）。

2）顶管法

在敷设管道时，为了不影响地面房屋和其他工程设施，用千斤顶将预制的管段或箱涵配合挖土向前顶进，这就是顶管法。

顶管法施工就是在工作坑内借助于主顶液压（或其他机械）产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。

按照断面的不同，预制箱涵形状有圆形、拱形等。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，在工程中最为常见。

工程中常用的有普通顶管法、机械化顶管法等。

a）普通顶管法

普通顶管法一般用于顶入的管节内径不小于800mm的钢筋混凝土管和钢管。顶进长度一般不超过80m，如顶进长度较长，需设中继间。施工的坐标误差一般可达到1cm以内。但当管径大于1800mm时，工作面土壁可能会出现稳定性问题，尤其是土质松散或遇到地下水时。

普通顶管首先进行工作井、检查井的施工，施工完毕后，进行顶进设备安装。按照“先挖后顶，随挖随顶”的原则，人工在管内开挖，千斤顶随之顶进。（施工步骤见附图6）

普通顶管法应用案例较多，电缆通道断面由Φ1800至Φ2600均有涉及。

b）机械化顶管

具体又分为三种方法：

一是泥水平衡法，它将水注入开挖工作面，在机头切削土层时平衡工作面的土压力和地下水压力，泥水在土仓中形成泥浆，以泥浆压力平衡掘进机所处的地下水及土体的压力，避免地表的沉降或隆起，拌和的泥浆用泵抽出。

二是土压平衡法，它在刀盘切削土层后利用螺旋输送机将土送到工作坑后再运到地面，利用刀盘切土后堆放在腔室的容积来保持工作面的压力平衡，通过控制掘进和出土速度、机头注浆达到挖掘面的土压和顶推力的平衡。

三是气压平衡法，它利用高压空气来保持工作面的压力平衡，其前部分为三个室，即高压、置换和常压室，结构比较复杂。顶管技术适用于土质较硬、变化复杂、富含地下水、有10%以下含量的粒径小于20 mm的土质，施工中不需降水，可长距离顶进。

工程中应用较多的是泥水平衡法（见附图7），多应用于地下水较多地区。（现场施工见附图8）

3）拉管法

拉管法即导（定）向钻进铺管法，定向钻进的基本原理：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉铺设地下管线。

水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管、管端处理。

拉管法相对经济、灵活，在济南市城区电缆通道施工中多有应用，但受限于穿管施工对电缆载流量的影响，多用于10kV电缆通道的施工。

4）经济、技术比较

a）技术比较

从地质、施工要求、电气需求、工期等多个方面对盾构法、浅埋暗挖法、顶管法进行简单的比较，详见表1。

b）经济比较

按照同样地质条件下，无地下水，地质为普通土，暗挖覆土深度5m，电缆容量设计约4回110kV电力电缆、30回10kV电缆，对几种施工方式进行简单的经济比较，详见表2。

3.3 今后的改进方向

1）在方案优化过程中，应有详细的地质、管线资料支撑，这项工作在以往的工作中略有欠缺。

2）应积极引进国内外先进的电缆通道施工工艺，在工程实践中不断改进。

四、补充说明

《国家电网公司输变电工程典型设计电缆敷设分册》中介绍了多种电缆敷设典型设计，其中多为明挖法施工，如直埋、排管、电缆隧道、桥架等，非开挖施工法有顶管、拉管等。

采用非开挖技术增加了工程结构本体费用，但可以减少大量的工程前期费用，且有利于环境保护、节约资源、提高施工安全性，充分体现了国网公司“两型三新”输电线路的建设要求。

暗挖法施工对周围路面交通及地下管线影响很小，工期依据竖井个数，具有可控性；缺点是造价较明挖显著提高，工程安全性低于明挖施工；盾构施工工艺比较成熟，对地面交通及管线基本无影响，缺点为工程工期不可控制，遇地质情况突变时难以处理。顶管法转弯半径需求较大，转弯半径较小时需在转弯处设置施工竖井，施工距离较长时需增加中继间、施工工井。拉管法工井占地较小，施工灵活，在城區电缆通道建设中应用较广，多用于配网通道建设，其受地质影响较大，在岩石地质中施工难度高、工程造价高，一般不采用。

所以，根据施工周边环境，地质情况选择合适的施工方法尤为重要，同时考虑工程量的大小，工期情况择优选择施工方法。

在工程设计过程中，积极推广典型设计应用，并强化过程管控，设计过程管理精益化、设计方案差异化，可以有效的提高设计质量及设计效率，为提升基建工作管理水平做出应有的贡献。

作者简介：侯斌（1986），男，学历：西安工业大学，单位：国网济南供电公司，研究方向：电力技术，从事电力企业基建工程管理工作。