機械頂管在電力通道中的應(yīng)用
——以成都某地鐵外電通道為例

張 果

（成都市市政工程設(shè)計研究院，四川 成都 610011）

0 引言

頂管施工是修建地下管道的一種重要的非開挖施工工法。它是在施工過程中用頂管機或者工具管在地下掘進，并借助工作坑中千斤頂?shù)耐屏Γ秧敼軝C或者工具管和其后管節(jié)，一節(jié)節(jié)的從工作坑將管道推至接收坑完成管道施工。頂管技術(shù)減少對公共交通、城市市容市貌、市貌出行，提高社會綜合效益。隨著城市化的進程，頂管已成為城市市政建設(shè)一種重要的手段[1]。

改革開放前頂管技術(shù)在北京上海的一線城市進行了實踐推廣，隨著改革開放的大浪潮全國各大城市爭先引進頂管技術(shù)。成都作為西南中心城市，一直以來由于砂卵石地層中機械頂管的土壓平衡不易滿足，減租措施復(fù)雜，綜合單價較高，機械頂管推動較緩慢。

隨著科技發(fā)展和綜合國力的提升，我國頂管機從單一引進國外技術(shù)，發(fā)展到充分吸收消化頂管機技術(shù)并結(jié)合中國實踐進行改進創(chuàng)新，形成了各種口徑的泥水平衡系列頂管機，同時上海市政二公司自主研發(fā)土壓平衡頂管機，并一直引領(lǐng)土壓平衡頂管機的發(fā)展。

成都作為西南中心城市，近年來隨著地鐵等重大市政工程建設(shè)蓬勃開展，對非開挖技術(shù)需求持續(xù)增加。但一直以來由于成都砂卵石地層中的掌子面不易穩(wěn)定，減租措施復(fù)雜，綜合單價較高，機械頂管推動較緩慢。

從頂進過程中，掌子面的穩(wěn)定方式，頂管機分為三大類。氣壓平衡頂管機、泥水平衡頂管機和土壓平衡頂管機。

氣壓平衡頂管機主要用于人工頂管或者半機械式頂管中。它是通過壓縮空氣，保證掌子面有一定的空氣壓力用以疏干掌子面中的地下水，并適當保持掌子面的穩(wěn)定。

泥水平衡頂管機主要通過不同比重的觸變泥漿來平衡掌子面的土體及水壓力，以維持掌子面穩(wěn)定。一般適用于覆土深度大于1.5 倍外徑且透水系數(shù)不太大的砂質(zhì)土和黏土，當采用濃泥漿時可用于砂卵石土層。

土壓平衡頂管機主要主要通過土壓倉內(nèi)的壓力和螺旋運輸機的排土來平衡土壓力和水壓力。土壓平衡具有排出泥土不需要進行二次處理、適用土質(zhì)范圍廣和不需要采用其他輔助手段等特點。在極端情況下可用于不小于0.8 倍外徑的淺覆土中。

1 工程概況

本外電通道是連接220 kV 變電站至地鐵線路的主所，總長度約為4.6 km。考慮到該通道經(jīng)過區(qū)域已開發(fā)形成，不具備大開挖條件，同時線路經(jīng)過既有鐵路、高速公路及河道等，故采用頂管施工工法。采用頂管管徑為d=1.8 m，內(nèi)敷設(shè)4 回電纜。該段頂管的技術(shù)指標如下所示。

（1）土建規(guī)模：d=1.8 m 頂管通道。

（2）輸電等級：110 kV/220 kV；接地系統(tǒng)：TN-S；接地電阻不大于1Ω。

（3）結(jié)構(gòu)安全等級為一級，設(shè)計使用年限為100 a。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1。

（4）結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件耐火等級為一級。結(jié)構(gòu)防水等級為二級。

（5）混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境類別及作用等級：二級a 類。

（6）結(jié)構(gòu)荷載：土壓力、水壓力、地震力、覆土重量及結(jié)構(gòu)自重，地基土承載力特征值不小于220 kPa。

（7）裂縫控制等級：三級；裂縫控制值：0.2 mm 且不得貫通。

（8）結(jié)構(gòu)抗浮：設(shè)計抗浮水位按地面下1 米考慮。在不考慮側(cè)壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.05，在計及側(cè)壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.15。經(jīng)計算，結(jié)構(gòu)滿足抗浮要求。

（9）結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g，反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。地震分組為第三組。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類為乙類。抗震等級為三級。

（10）場地屬Ⅱ類建筑場地。

2 頂管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于頂管受頂管工藝、頂管材質(zhì)等因素影響，頂管設(shè)計差別很大。為確保安全，提出頂管設(shè)計相關(guān)參數(shù)如下。

2.1 頂管管材

本工程所用頂管管材應(yīng)根據(jù)國標《混凝土和鋼筋混凝土排水管(GB/T 11836—2009)》及管道覆土厚度向具有相應(yīng)資質(zhì)的管材生產(chǎn)廠家定制。生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)國標《給水排水管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB 50332—2002)》計算確定管道厚度、配筋量等。管材制造公差等檢驗指標按《混凝土和鋼筋混凝土排水管（GB/T 11836—2009）》規(guī)定控制。鋼筋混凝土管道管材混凝土強度為C 60，P8 防水混凝土，管節(jié)長度2.5 m。

頂管預(yù)制時，應(yīng)同步預(yù)埋管道防水層并預(yù)埋承重地錨、預(yù)埋鋼槽、預(yù)埋鐵、預(yù)埋螺紋套管等預(yù)埋件。

2.2 管道最大頂力

DN 1800 鋼承口鋼筋混凝土管計算允許最大頂力10 115 kN。

3 頂管工法選擇

3.1 頂管管材

本工程線路需多次穿越現(xiàn)狀鐵路、高速公路、城市主干道，對地面沉降要求高。故采用機械頂管施工工藝。

根據(jù)地勘報告，頂管管道基本位于中密卵石層。由于中密卵石層土體滲透系數(shù)較大，普通泥水式頂管機不適用于卵石層頂管。為保證施工安全，頂進管道施工精度，盡量減少對周邊土體的擾動，減少地面沉降。頂管機采用具有泥水平衡功能的濃泥水式頂管機，相對于普通的泥水式頂管機進、排水的泥水相對密度，濃泥水式頂管機的進、排水的泥水相對密度在1.4～2.2 之間。為保證頂進管道中的安全，具體措施如下：

（1）頂進過程中加密地表沉降監(jiān)測。

（2）平整場地頂進路線不得有堆載，同時避免頂部車輛荷載施加，并制定應(yīng)急預(yù)案。

（3）頂管施工期間對路面交通臨時管理，避免頂部車輛荷載施加，同時在頂管管位路面鋪設(shè)1 cm 厚鋼板，擴散荷載。

3.2 減阻措施

為降低管道頂進過程中的管壁摩阻力，應(yīng)采用觸變泥漿技術(shù)。由于本工程頂進管道處于砂卵石層，滲透系數(shù)較大，觸變泥漿采用高分子化學泥漿，管道注漿孔縱向間距為2～4 節(jié)管道，每組壓漿孔在同一橫截面上設(shè)3 個，管底不設(shè)注漿孔。主注漿孔應(yīng)與管道頂進同步注漿，先注漿后頂進。

3.3 減少地面沉降的措施

頂管施工時應(yīng)減少減阻泥漿套的厚度，不可采用大角度糾偏，應(yīng)嚴格控制出泥量，不可超量出泥。

頂管實施前，根據(jù)土層局部采用注漿措施，道路地表注漿應(yīng)避讓現(xiàn)狀管線。同時，應(yīng)建立地面沉降觀察點，頂進過程中需實時監(jiān)測道路沉降，嚴格控制地面沉降。待頂管實施完成后，頂管管外側(cè)與土體的空隙部分必須采用水泥砂漿置換最后一道觸變泥漿，保證頂管所在地面不出現(xiàn)沉降。

4 管道接頭及防水

4.1 管道接頭

頂管管道接頭采用鋼承口接頭。接口密封膠圈采用2 條楔形橡膠圈，橡膠圈采用滑動橡膠圈，膠圈材質(zhì)為三元乙丙橡膠，接口處襯墊材料采用膠合板見圖1。承口鋼板材料為Q 235B 鋼材，承口鋼板外表面應(yīng)采用厚漿型環(huán)氧煤瀝青防腐（一底兩面），管材鋼承口位置應(yīng)設(shè)置聚遇水膨脹條和聚氨酯密封膏，為固定遇水膨脹橡膠條，點焊2 根φ6 定位筋，定位筋沿圓周整圈設(shè)置。

圖1 頂管管道接頭大樣圖（單位：mm）

每個管道接頭需進行密封檢測試驗，承插口抗?jié)B需滿足密封試驗壓力要求（試驗水頭取管道底埋深再加2 m 水頭高度，且不小于0.1 MPa）。加壓至設(shè)計壓力時，持壓5 min，檢查試驗情況，兩側(cè)均沒有出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，則水壓試驗合格。檢測孔宜采用設(shè)有內(nèi)螺紋的預(yù)埋孔成孔，在安裝檢測完畢后用匹配的螺母封堵，可作為后期補漏的注漿孔，預(yù)埋管及螺母的材料應(yīng)滿足耐久性要求。

4.2 管道防水

頂管管道內(nèi)部采用2 mm 厚高密度聚乙烯防水板（多點錨固PE 板）作為內(nèi)防水層，其主要性能指標：斷裂拉伸強度不小于16 MPa；斷裂延伸率不小于550%；不透水性，120 min 不小于0.3 MPa；低溫彎折性：-35℃無裂紋；熱處理尺寸變化率不大于2.0%；錨固體高度19 mm；錨固體拔出強度不小于600 N；燃燒性能等級應(yīng)達到B 1 難燃等級。該防水層與管道一起預(yù)制。

管道接縫處采用閉合的鋼套管雙膠圈遇水膨脹橡膠+熱熔滿焊多點錨固PE 板。

5 結(jié)語

隨著成都軌道交通的大規(guī)模發(fā)展，地鐵主所與外部電源點間大部分位于城市建成區(qū)。采用頂管等非開挖修建方式將大大減少對環(huán)境及城市交通的影響。本文以以成都某地鐵外電通道為例，重點探討了管道結(jié)構(gòu)設(shè)計、頂管工藝選擇、管道接頭形式及防水等內(nèi)容。為今后頂管技術(shù)在電力通道中的應(yīng)用提供參考。