电缆隧道施工方法及应对造价研究

廖家文，鲁 黎，姚 凡，贾春燕

电缆隧道施工方法及应对造价研究

廖家文，鲁 黎，姚 凡，贾春燕

（国网重庆市电力公司经济技术研究院，重庆401120）

结合当地的地质情况，研究电缆隧道各种施工方法的原理、特性、工程量及造价指标，并对造价指标的构成进行分析，找出影响造价的关键因素，再进行横向比较，提出各种施工方法的适用范围以及在不同外部条件下的隧道施工方法优选原则和造价控制措施。

电缆；造价；静态投资

随着国民经济的迅猛发展，城市建设及企业现代化程度不断提高，作为国民经济命脉的电力建设得到了蓬勃发展，用电量日趋增加，我国已成为电力大国。与架空线相比，电缆具有占地面积和空间少，受气候和环境条件的影响小，安全性高、供电可靠、隐蔽、耐用、运行简单方便、维护费用低、环境污染小、市容整齐美观等优点。

电缆隧道作为城市高压电缆线路的一种通道形式，具有维护方便、容纳电缆回路数多、可靠性高、节约走廊占地等优势。截至2014年底，某地区已经建成投运了32条电缆隧道，每年投运电缆隧道统计见表1。

表1 每年投运电缆隧道统计

从表1可见，该地区电缆隧道工程建设无论从规模还是投资上发展速度都呈快速增长。电缆隧道工程属于地下工程，施工条件较为复杂，并且不同施工方法对造价影响非常大，因施工方法变化造成的投资超可研批复的情况时有发生。

针对该问题，现结合当地的地质情况，研究电缆隧道各种施工方法的原理、特性、工程量及造价指标，并对造价指标的构成进行分析，找出影响造价的关键因素，再进行横向比较，提出各种施工方法的适用范围以及在不同外部条件下的隧道施工方法优选原则和造价控制措施［1］。

由于电缆隧道造价高，并且受施工方法影响大，有了对各种施工方法技术适用性以及造价指标的掌握，便可以根据项目实际情况，通过对适用施工方法进行技术经济比选，从而指导设计，优化并控制电缆隧道的投资。

1 电缆隧道施工方法简介

1.1 明挖法

将隧道部位的岩（土）体全部挖除，然后修建洞身，再进行回填的施工方法。

明开挖隧道一般都处于空旷的郊区，地面上建构筑物稀少，或处于市区内，与新规划道路同期修建。因此，进行平面选线时，需要考虑的问题较少，可比较容易地确定线路路径。

1.2 矿山法

主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道的施工方法，为借鉴矿山开拓巷道的方法。

1.3 盾构法

盾构法就是用盾构修建隧道的方法。它使用盾构机在地下掘进，在四周防止开挖面坍塌和开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧道的开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道。

1.4 顶管法

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种暗挖施工方法。施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为一段顶管的起点和终点，工作井中有一面或两面井壁设有预留孔，作为顶管出口，其对面井壁是承压壁，承压壁前侧安装有顶管的千斤顶和承压垫板（即钢后靠），千斤顶将工具管顶出工作井预留孔，而后以工具管为先导，逐节将预制管节按设计轴线顶入土层中，直至工具管后第一节管节进入接收井预留孔，施工完成一段管道。为进行较长距离的顶管施工，可在管道中间设置一至几个中继间作为接力顶进，并在管道外周压注润滑泥浆。顶管施工可用于直线管道，也可用于曲线等管道。

1.5 水平定向钻（拉管）法

水平定向钻拉管技术是利用地表放置的钻机、随钻测量仪器以及有关钻具，沿欲铺设管线设计轨迹钻成一个先导孔，然后回拉扩孔，将孔径扩大到铺管要求的口径，并将管线同步或分步拉入，以实现不开挖铺管的施工技术。

2 电缆隧道造价构成分析

2.1 明挖法施工电缆隧道造价构成分析

明挖法施工电缆隧道断面见图1。

图1 典型明挖隧道断面图

图1中：b为隧道净宽；h为隧道净高；b1为衬砌厚度；h1为隧道覆土深度；h2为顶板防水保护砼厚度；h3为底板厚度；h4为底板防水保护砼厚度；h5为垫层厚度；h6为通道高度；0.5为施工通道宽度；b2为防水保护砖厚度；b3为巡视通道宽度；m为放坡系数；本次设计取0.6；H为明挖基槽深度；B为明挖基槽宽度；H＝h＋h1＋h2＋h3＋h4＋h5；B＝b＋2（b1＋b2＋0.5）。

1）土方工程

挖方量＝1／2（B＋B＋2H×m）×H，单位m3

弃方量 ＝［b＋2（b1＋b2）］×（b＋b1＋h2＋h3＋h4）＋B×h5，单位 m3

填方量＝挖放量－弃方量

2）结构工程

混凝土垫层＝B×h5，单位m3

衬砌混凝土体积＝b×（h3＋b1）＋2×b1×（h＋b1＋h3），单位 m3

巡视通道混凝土体积＝h6×b3，单位m3

钢筋用量（按体积配筋率来算）＝衬砌混凝土体积×配筋率（0.013）×7.85，单位t

3）防水工程

防水卷材＝2×［（b＋2×b1）＋（h＋b1＋h3＋h4）］，单位 m2

防水砖 ＝2×b2×（h＋b1＋h3＋h4），单位 m3

防水层保护砼 ＝h2×（b＋b1＋b2）＋h4×（b＋b1），单位 m3

止水带＝1／30×2×［（b＋2×b1）＋（h＋b1＋h3＋h4）］，单位 m，30为施工缝间距

导水管长度＝1／5×［（b＋b1＋b2）＋2×（h＋b1－0.1）＋2×0.5］＋2×1，单位 m，5为导水环管间距

2.2 暗挖施工电缆隧道造价构成分析

暗挖施工电缆隧道断面图见图2。

图2 典型暗挖隧道断面图

图2中：b为隧道净宽；h为隧道净高；h墙为墙高；h拱为拱高；r为内半径；b1为衬砌厚度；b2为预留变形量；b3为初衬厚度；h1为底板厚度；h2为底板防水层保护砼厚度；h3为垫层厚度。

1）土石方工程

除渣量＝弃土外运量＝土方开挖量

2）超前支护

小管棚（φ42）＝1／d1×3.14×（r＋b1＋b2＋b3）／d2×d3，单位 m3

式中：d1为小管棚纵向间距，d2为小管棚环向间距，一般取0.3～0.4 m，围岩比较软弱或地表沉降控制要求较严时，加密至0.2 m；d3为小导管长度，管长以3.5～5 m为宜。

理论注浆量Q＝Q1×1／d1×3.14×（r＋b1＋b2＋b3）／d2，单位 m3

式中：Q为每延米总的理论注浆量；Q1为单管注浆量。

3）初期支护

喷射混凝土＝2×（h墙＋h2＋h3）＋3.14×（r＋b1＋b2＋b3），单位 m3

锚杆数量 ＝｛1／l排×［（h墙＋h2＋h3）＋3.14×（r＋b1＋b2＋b3）］／l间＋1＋1／l架×4）｝×l×7.85／1 000，单位 t

式中：l排为锚杆排距，一般为 0.6～1 m；l间为锚杆间距，一般为0.6～1 m；l为锚杆长度，m；l架为钢拱架每榀间距，单位m。

钢支撑榀数 ＝1／l架，一般取 0.5～1 m；单榀重量＝［3.14×（r＋b1＋b2）＋2×（l墙＋h1＋h2＋h3）］×m1×7.85／1 000，单位 t

式中：m1为钢架所选型钢每米延重，单位kg。

地拉梁 ＝［b＋2（b1＋b2）］×m2×7.85／1 000，单位t

式中：m2为地拉梁所选型钢每米延重，单位kg。

纵梁 ＝（4～5）×m3×7.85／1 000，单位 t

式中：m3为纵梁所选型钢每米延重，单位kg。

纵向钢筋 ＝［3.14×（r＋b1＋b2）＋2×（l墙＋h1＋h2＋h3）］／0.5×m4×7.85／1 000，单位 t

式中：m4为纵向钢筋每米延重，单位kg。

其他（主要是螺栓、连接钢板等），按钢支撑重量的4%计算。

4）混凝土结构工程

二衬混凝土C30＝3.14×（r＋b1＋b2）×b1＋2×（h墙＋h1）×b1＋b×b1，单位 m3；

钢筋（按二衬混凝土体积配筋率计算）＝［3.14×（r＋b1＋b2）＋2×（h墙＋h1）＋b］×b1×0.013×7.85／1 000，单位 t

通道混凝土 ＝0.1×1，单位 m3；

5）防水工程

防水卷材＝2×（h墙＋h1＋h2＋h3）＋3.14×（r＋b1＋b2）＋b＋2（b1＋b2），单位 m2；

导水管 ＝1／5×［2×（h墙－0.1）＋3.14×（r＋b1＋b2）＋2×0.5］＋2×1，单位 m防水保护砼＝［b＋2×（b1＋b2）］×h2，单位 m3止水带 ＝1／30×［2×（h墙＋h1）＋3.14×（r＋b1）＋b＋2b1］，单位 m

2.3 盾构隧道造价构成分析

盾构隧道断面图见图3。

图3 典型盾构隧道断面图

1）盾构掘进

①负环段掘进：从拼装后靠管片起至盾尾离开出洞井内壁止。

负环段掘进长度＝负环长度＋盾构机长度＝始发井长度＝20 m

②始发段掘进：从盾尾离开出洞井内壁至盾尾离开出洞井内壁40 m止。

始发段掘进长度＝40＋盾构机长度，单位m。

③正常段掘进：从始发段掘进结束到到达段掘进开始。

正常段掘进长度＝隧道长度－始发段长度－到达段长度

④到达段掘进：从盾构切口距接收井外壁5倍盾构直径（D1）起到盾构进洞止［2］。

⑤土石方量 ＝3.14×D1×D1／4，单位 m3

2）衬砌注浆

注浆量：QZ＝VZ×λ

式中：QZ为注浆量，kg／m3；VZ为盾构施工引起的空隙，m3；D1为盾构机直径，m；dz为预制管片外径，m；l为回填注浆段长度，m；λ为注浆率（150%～200%）

3）防水工程

管片设置密封条 ＝1／d×3.14×dz，单位 m

式中：d为管片环宽。

4）管片制作

①预制钢筋混凝土管片C50＝3.14×（（dz2－（dz－管片厚度）2）／4

②钢筋＝预制钢筋混凝土管片C50体积×体积配筋率0.029×7.85，单位 t。

2.4 顶管法施工电缆隧道造价构成分析

以手掘式混凝土管顶进为例进行分部分项工程量计算。断面图见图4。

图4 典型顶管隧道断面图

图4中：d为混凝土管直径；h为混凝土管厚度；R为混凝土管内径。

1）土方开挖

挖方量 ＝3.14×（d＋h）×（d＋h）×1，单位（m3）

弃土量＝挖方量

2）管道顶进

采用混凝土管顶进，混凝土管强度C50，单位m。

3）触变泥浆减阻

式中：QZ为注浆量，kg／m3；VZ为开挖引起的空隙，m3；D1为开挖直径，m；Dz为混凝土管外径，m；λ为注浆率（200%～250%）。

实际上人工开挖超挖量很小，故引起的缝隙较小，注浆量很小，计算造价时套用压密注浆。用触变泥浆减阻后用水泥浆置换触变泥浆注浆。

2.5 水平定向钻（拉管）造价构成分析

水平定向钻（拉管）断面图见图5。

图5 典型拉管隧道断面图

以容纳两回110 kV单芯电缆为例，需布置7孔250×25 mm和4孔120×10 mmM－PP电力护套管。回拖扩孔的孔径不小于7根Φ250×25 M－PP电力护套管及4根Φ120×10 M－PP电力护套管捆绑在一起的外包络圆直径的1.2～1.5倍，拉管回拖扩孔的孔径D取1.2 m。

1）工作坑土方开挖

工作坑长×宽×深：5 m×3.5 m×4 m，入土坑与接受坑共2个。

挖方量＝2×5×3.5×4＝140 m3

填方量＝2×5×3.5×2＝70 m3

2）穿越长度

拉管穿越示意图见图6。

图6 拉管穿越示意图

穿越长度l穿＝按自然地面入土点到出土点的穿越长度，再加6 m（两侧各加3 m），即穿越长度＝穿越水平长度＋6＝L＋6＝J＋a1＋a2＋G1＋G2＋6，单位m。

导向孔钻进长度＝穿越长度l穿

扩孔长度＝穿越长度l穿

3）材料

Φ250×25 M－PP电力护套管＝7×l穿

Φ120×10 M－PP电力护套管＝4×l穿

泥土体积＝3.14×D2／4×l穿，单位m3

所需泥浆量＝K×泥土体积，单位m3

式中：K为土质因数，1＜K＜3，非粘性土质 （沙土，砾石，卵石）

4＜K＜10，粘性土质 （粘土，肥土，细沙）。

包封混凝土＝（3.14×D2／4－7×3.14×0.25×0.25／4－4×3.14×0.12×0.12／4）×l穿，单位 m3。

4）管线回拖

回拖长度＝穿越长度l穿

3 隧道施工方法的优选及造价控制

在进行电缆隧道施工方法选择时，应根据沿线地质、地表，以及周边管网、建构筑物条件及工期要求相应选择适合的一种或者多种方法，并进行技术经济比选。

根据各种施工方法的技术特性，并结合造价合理性，选择合适的施工方法。

首先，在设计上尽量减小设计埋深，通过分析数据，明挖电缆隧道顶部覆土厚度超过4 m时，全机械开挖土石方工程造价已经占到本体造价的45%以上，全人工开挖土石方工程造价已经占到本体造价的59%以上，可见设计埋深对明挖电缆隧道造价的影响是很大的。建议明挖隧道顶部覆土厚度不超过4 m，若超过此值，明挖电缆隧道造价经济性较低。

其次，在施工上需尽量采用机械开挖方式，若受场地条件限制只能采用人工开挖方式时，建议明挖隧道顶部覆土厚度不超过2 m，若超过此值，明挖电缆隧道造价经济性较低。

最后，明挖电缆隧道开挖对地表的破坏面积较大，因此可能存在赔偿。由于不同工程之间赔偿情况差异较大，研究未做分析，仅对工程本体造价指标进行了详细分析。在评估明挖电缆隧道造价经济性时，必须结合赔偿情况，才能准确地判断明挖电缆隧道造价的经济性。

［1］ 聂敏，龚蕾.电力隧道工程造价控制的难点与应对措施［J］.上海电力，2011（5）：413－418.

［2］ 张波，范桂欣，程立忠.小直径盾构电力隧道工程造价分析与控制［J］.电网技术，2011（11）：232－237.

A Study on the Methods of Construction for Cable Tunnels and Corresponding Cost Schemes

LIAO Jiawen，LU Li，YAO Fan，JIA Chunyan
（Economics and Technology Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 401120，P.R.China）

Based on local geological condition，this paper studies the principles，characteristics，project quantities and cost indexes of different methods，analyzes the constitution of the indexes，introduces the key factors influencing the cost，draws a horizontal comparison，and presents scopes of application of different methods as well as optimization principles and cost control measures of the methods under different external conditions.

cable；cost；static investment

U455.4

A

1008-8032（2017）04-0026-05

2016－11－03

廖家文（1985－），工程师，主要从事输变电工程造价管理。