非開挖技術在電力電纜通道建設中的應用

侯斌　廖德勝　李秀強　劉寧

摘要：在城市電力通道建設中，明挖法需要隔斷交通施工，對交通影響極大，對道路周圍的單位生產及效益造成不利影響，且一般現狀路地下管線密布，受到極大制約，因此非開挖方式施工得到廣泛的應用。本文通過結合濟南市電纜通道的設計、施工情況，對電纜通道建設中應用的拉管法、淺埋暗挖法、盾構法、頂管等非開挖技術進行了概括總結，從經濟性、技術性等方面進行了對比分析。在電纜通道設計施工中，應積極推廣新技術、新工藝，結合投資、規劃、建設環境等各方面因素，通過設計過程管控及精益化管理，優化設計方案，確定合理的施工方式，從而保證工程的順利實施。

一、管理目標描述

1.1 管理理念

在城市電網建設中，受規劃、建設環境等制約，電纜線路基本上是唯一選擇，電纜通道的建設是關鍵的一環。隨著城區電力需求迅速增加，電纜通道建設任務日益嚴竣，電纜通道的建設逐漸成為制約城區電網發展的主要因素。

電纜通道在修建過程中，一般隨道路工程實施，但在穿越道路或現狀道路管線密集、受交通制約時，非開挖式施工就勢在必行。非開挖技術并不是說完全不開挖，只是盡最大的可能去減少開挖，采用管道不開挖技術來進行地下管線的鋪設或更換。以電纜隧道為例，常用的非開挖式施工方式有拉管法、淺埋暗挖法、盾構法、頂管法等。

非開挖技術在國外已廣泛使用，在國內也逐漸普及。不開挖地面，就能穿越公路、鐵路、河流，甚至能在建筑物底下穿過，是一種能安全有效地進行環境保護的施工方法，非開挖技術在北京、上海等沿海經濟發達地區已有了廣泛應用。隨著濟南城市的快速發展，在施工穿越大明湖，經十路、解放路等重點工程建設中，通過非開挖技術的合理應用有效解決了施工難題。

因為不同的施工方式其造價、施工周期、建設環境影響差別較大，通過對設計方案進行多方面的比較，在設計過程中選擇合理的施工方式就顯得極為重要。

1.2 管理范圍

適用范圍：城區110kV及以上電纜通道建設工程及主要配網通道建設工程

1.3 管理目標值

在設計過程中綜合各方面因素，通過對比，確定施工方式，提出較為合理的工程造價，保證工程順利實施。

二、主要管理做法

2.1 主要流程

因為不同的施工方式對工程造價影響較大，一般在可研設計階段中就應確定施工方法，以免影響工程概預算的核準、施工圖的設計、實施。設計咨詢單位應組成項目小組，按照工程咨詢、設計的相關流程進行方案論證，從而確定最優方案（工作流程圖見圖1）。

2.2 主要流程說明

項目確定后，由經研所所長組織項目參與人員對項目現場勘察，確定路徑方案，對非開挖路段施工方案進行初步討論。協調建設管理單位、規劃單位、勘察單位對工程沿線管線情況、規劃情況、地質情況進行調查摸底后，組織各專業對施工方案進行仔細論證，形成可行性意見，經與建設管理部門、規劃部門協商同意后，形成最終方案并實施。

2.3 確保流程正常運行的人力資源保證

設計單位組成項目小組，由經研所所長或總工任組長，線路專業、規劃專業、土建專業各有專人負責方案論證，并協調聯系項目管理單位、市規劃部門、勘測單位等。

2.4 保證流程正常運行的績效考核與控制手段

為保證工作流程正常運行，特制定專門的考核制度、考核對象，定期召開各相關專業碰頭會，各自匯報遇到的問題、完成的工作、目前的工作狀態，能否按流程按時完成各階段的工作，對流程運行過程做到可防、可控。

三、評估與改進

3.1 管理評估方法

根據工程實際，從施工難易度、工程投資、工期等多個方面分析、綜合比較，從而確定經濟、合理的施工方式。

3.2 施工方案介紹

城區內道路管線密集、交通流量大，新建管溝多位于車道上，管線橫穿多，管溝覆土較深，采用明挖施工對周圍環境影響極大，在施工困難地段采用非開挖施工可有效解決問題。受造價等因素影響，非開挖式施工法主要用于110kV及以上高壓電纜通道。

工藝成熟、應用廣泛的非開挖施工主要有盾構法、淺埋暗挖法（礦山法）、頂管法、拉管法，以下就各種非開挖式施工法進行簡單的介紹。

1）暗挖法

暗挖法適用于城市中不能采用明挖法施工的地方，亦適用于松散層及含水松散層地層。暗挖法根據施工工藝的不同分為盾構法、淺埋暗挖法等。

a）盾構法

盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。

盾構施工前應先修建一豎井，在豎井內安裝盾構，盾構開挖出的土體由豎井通道送出地面，圓形斷面應用較為廣泛。

盾構法的主要優點：除豎井施工外，施工作業均在地下進行，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪聲和振動影響；盾構推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環進行，施工易于管理，施工人員也比較少；土方量少；穿越河道時不影響航運；施工不受風雨等氣候條件的影響；在地質條件差、地下水位高的地方建設埋深較大、較長的隧道，盾構法有較高的技術經濟優越性。

據了解，盾構機最小斷面為Φ2700mm，施工區間較長，單位造價高，在設計中應根據電纜通道容量需求選擇合理的斷面（見附圖2）。

濟南地區應用案例為大明湖湖底盾構，該通道設計斷面為Φ3000mm，全長約500米，并設計有相應的排水、排風、照明、消防等設施。盾構兩側設盾構始發井、盾構接收井，并結合工井設置設備管理用房（見附圖3）。

b）淺埋暗挖法

淺埋暗挖法又稱礦山法，適合于城市地區松散土介質圍巖條件下，隧道埋深小于或等于隧道直徑，以很小的地表沉降修筑隧道的技術方法。它的突出優勢在于不影響城市交通，無污染、無噪聲，而且適合于各種尺寸與斷面形式的隧道洞室。

淺埋暗挖法是一項邊開挖邊澆注的施工技術。其原理是：利用土層在開挖過程中短時間的自穩能力，采取適當的支護措施，使圍巖或土層表面形成密貼型薄壁支護結構的不開槽施工方法，主要適用于粘性土層、砂層、砂卵層等地質。

淺埋暗挖法的突出優點是工作井不必不放置在工程沿線，可根據現場情況選擇工井位置，暗挖至工作面施工，從而避免了工程沿線的開挖。

濟南地區應用案例為橫穿舜華路、經十東路、解放路等電纜通道，以舜華路電纜通道為例，該通道設計斷面為2×（2.6 m×3.0m）電纜隧道（見附圖4），隧道兩側設施工工井，并配置設備用房。（現場施工照片見附圖5）。

2）頂管法

在敷設管道時，為了不影響地面房屋和其他工程設施，用千斤頂將預制的管段或箱涵配合挖土向前頂進，這就是頂管法。

頂管法施工就是在工作坑內借助于主頂液壓（或其他機械）產生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設計的坡度頂入土中，并將土方運走。

按照斷面的不同，預制箱涵形狀有圓形、拱形等。圓形因其抵抗地層中的土壓力和水壓力較好，在工程中最為常見。

工程中常用的有普通頂管法、機械化頂管法等。

a）普通頂管法

普通頂管法一般用于頂入的管節內徑不小于800mm的鋼筋混凝土管和鋼管。頂進長度一般不超過80m，如頂進長度較長，需設中繼間。施工的坐標誤差一般可達到1cm以內。但當管徑大于1800mm時，工作面土壁可能會出現穩定性問題，尤其是土質松散或遇到地下水時。

普通頂管首先進行工作井、檢查井的施工，施工完畢后，進行頂進設備安裝。按照“先挖后頂，隨挖隨頂”的原則，人工在管內開挖，千斤頂隨之頂進。（施工步驟見附圖6）

普通頂管法應用案例較多，電纜通道斷面由Φ1800至Φ2600均有涉及。

b）機械化頂管

具體又分為三種方法：

一是泥水平衡法，它將水注入開挖工作面，在機頭切削土層時平衡工作面的土壓力和地下水壓力，泥水在土倉中形成泥漿，以泥漿壓力平衡掘進機所處的地下水及土體的壓力，避免地表的沉降或隆起，拌和的泥漿用泵抽出。

二是土壓平衡法，它在刀盤切削土層后利用螺旋輸送機將土送到工作坑后再運到地面，利用刀盤切土后堆放在腔室的容積來保持工作面的壓力平衡，通過控制掘進和出土速度、機頭注漿達到挖掘面的土壓和頂推力的平衡。

三是氣壓平衡法，它利用高壓空氣來保持工作面的壓力平衡，其前部分為三個室，即高壓、置換和常壓室，結構比較復雜。頂管技術適用于土質較硬、變化復雜、富含地下水、有10%以下含量的粒徑小于20 mm的土質，施工中不需降水，可長距離頂進。

工程中應用較多的是泥水平衡法（見附圖7），多應用于地下水較多地區。（現場施工見附圖8）

3）拉管法

拉管法即導（定）向鉆進鋪管法，定向鉆進的基本原理：按預先設定的地下鋪管軌跡鉆一個小口徑先導孔，隨后在先導孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器回拉擴孔，當擴孔至尺寸要求后，在擴孔器的后端連接旋轉接頭、拉管頭和管線，回拉鋪設地下管線。

水平定向鉆進鋪管的施工順序為：地質勘探、規劃和設計鉆孔軌跡、配制鉆液、鉆先導孔、回拉擴孔、回拉鋪管、管端處理。

拉管法相對經濟、靈活，在濟南市城區電纜通道施工中多有應用，但受限于穿管施工對電纜載流量的影響，多用于10kV電纜通道的施工。

4）經濟、技術比較

a）技術比較

從地質、施工要求、電氣需求、工期等多個方面對盾構法、淺埋暗挖法、頂管法進行簡單的比較，詳見表1。

b）經濟比較

按照同樣地質條件下，無地下水，地質為普通土，暗挖覆土深度5m，電纜容量設計約4回110kV電力電纜、30回10kV電纜，對幾種施工方式進行簡單的經濟比較，詳見表2。

3.3 今后的改進方向

1）在方案優化過程中，應有詳細的地質、管線資料支撐，這項工作在以往的工作中略有欠缺。

2）應積極引進國內外先進的電纜通道施工工藝，在工程實踐中不斷改進。

四、補充說明

《國家電網公司輸變電工程典型設計電纜敷設分冊》中介紹了多種電纜敷設典型設計，其中多為明挖法施工，如直埋、排管、電纜隧道、橋架等，非開挖施工法有頂管、拉管等。

采用非開挖技術增加了工程結構本體費用，但可以減少大量的工程前期費用，且有利于環境保護、節約資源、提高施工安全性，充分體現了國網公司“兩型三新”輸電線路的建設要求。

暗挖法施工對周圍路面交通及地下管線影響很小，工期依據豎井個數，具有可控性；缺點是造價較明挖顯著提高，工程安全性低于明挖施工；盾構施工工藝比較成熟，對地面交通及管線基本無影響，缺點為工程工期不可控制，遇地質情況突變時難以處理。頂管法轉彎半徑需求較大，轉彎半徑較小時需在轉彎處設置施工豎井，施工距離較長時需增加中繼間、施工工井。拉管法工井占地較小，施工靈活，在城區電纜通道建設中應用較廣，多用于配網通道建設，其受地質影響較大，在巖石地質中施工難度高、工程造價高，一般不采用。

所以，根據施工周邊環境，地質情況選擇合適的施工方法尤為重要，同時考慮工程量的大小，工期情況擇優選擇施工方法。

在工程設計過程中，積極推廣典型設計應用，并強化過程管控，設計過程管理精益化、設計方案差異化，可以有效的提高設計質量及設計效率，為提升基建工作管理水平做出應有的貢獻。

作者簡介：侯斌（1986），男，學歷：西安工業大學，單位：國網濟南供電公司，研究方向：電力技術，從事電力企業基建工程管理工作。