顶管技术在电力工程中的应用

张小强

(武汉供电设计院有限公司， 湖北 武汉 430000)

1 概述

随着城市现代化进程的不断提高，城市对电的需求越来越大，城市内电力通道的敷设越来越多，从而导致电力、给排水、电信、燃气等管线在城市内综合交错，城市地下管网的敷设、维修和更换过程中对城市交通、人们生活、工作的干扰程度，已经成为衡量一个城市基础设施是否完善，城市管理水平高低的标杆。

顶管是地下管道非开挖施工的一种，它的特点是将管道敷设明挖改为暗挖。这对交通繁忙、人口密集、地下密集、地面建筑物众多、地下构筑物和管线复杂的市区来说是非常重要的。

2 应用工程实例

本工程为武汉市轨道交通3号线110kV赵家条地铁变电站线路工程，由于其回数较多且路径处于繁华的黄埔大街，最终决定采用3m内径钢筋混凝土顶管方案。

在本工程中3m内径钢筋混凝土顶管全长1155.7m,1.6m内径钢筋混凝土顶管全长131m。由于顶管长度较长，必须设置中继间，中继间是长距离顶管中必不可少的设备。

3 中继间计算

该工程顶管壁厚300mm，成品管混凝土设计强度等级：C50，顶管受力面积为圆环受力面积，顶管受力面积为：则3m内径顶管轴向允许推力为：fc⋅s1=23.1×3.11×106N=71841kN；工作井背后的土体经过计算可承受后推力15000kN。根据工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。本工程中共使用8只油缸，每只油缸顶力控制在1875kN以下。

总顶力计算公式如下：

式中，F-总推力；

-初始推力；

-每米管子与土层之间的摩擦力。

式中，Bc-为顶管外径；

Pe-挖掘面前土压力；

Pw-地下水压力；

∇P-附加压力，一般取20kPa。

式中，ρ-水的密度；

g-重力加速度；

h-为地下水位到挖掘机的中心深度；

式中，R-综合摩擦阻力；

S-管外周长；

W-为每米管子的自重；

f-为管摩擦系数。

根据以上公式计算，F=35000.46kN。总推力大于工作井的设计顶力，故需要增加中继间。

中继间布置计算公式如下：

式中，P-中继间设计顶力

K-总推力达到中继间总推力的百分比；

N-机头的迎面阻力；

F-每米管壁摩阻力。

最终计算得L=97.65m,取100m,即40节的钢筋混凝土顶管（2.5m/节）。

4 顶管施工

4.1 顶管井设计

顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。

4.2 顶管工作井支护措施

本工程从顶管井的支护须从费用，施工周期，实际场地情况等多方面考虑，对几种常用的支护方式进行对比，本工程位于繁华的黄埔大街，周边住宅，酒店林立，故最终选定对周边建筑物扰动较小的现浇钢筋混凝土的施工方式，其支护方式为钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩。

支护方式对比

待顶管井支护完成，进行主体施工，主要施工流程为：

1.测量放线。

2.挖方，采用人工从上至下逐层用镐、锹进行挖土。

3.井壁钢筋绑扎，采用预先下料、井下绑扎的施工方法。

4.井壁模板支设，井壁模板采用加工好的定型钢模板。

5.井壁砼浇筑，井壁砼浇筑采用商品混凝土。

6.模板拆除，井壁混凝土终凝8个小时后才能拆除支撑，强度达到1MPa以上时才能拆模。

7.井坑地表水及井坑排水，地面排水。

4.3 顶管主体施工及技术措施

顶管主体的施工流程如下：

1.待顶管工作井开挖、养护完成后安放管节。

2.安装导轨。

3.设置后背。

4.安装顶进设备和管节。

5.挖土、顶进、测量及纠偏。

安全措施：

1）施工前先与铁路、公路及市政的有关部门进行协调；

2）挖土和顶进时洞内不准用明火；

3）顶进时停止挖土，传力柱上和两侧不准站人；

4）吊装时井内人员要做好防护措施。

5）顶管内应设给风设施，防止缺氧。

5 结论和建议

顶管设计在电力工程中，特别是高压电缆回数多和电力通道位于交通繁忙的城市主干道时，显得尤为重要。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市电力通道顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术在电力通道中的应用，使之综合设计、施工技术达到国际水平。

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