侯斌 廖德勝 李秀強(qiáng) 劉寧
摘要:在城市電力通道建設(shè)中,明挖法需要隔斷交通施工,對(duì)交通影響極大,對(duì)道路周圍的單位生產(chǎn)及效益造成不利影響,且一般現(xiàn)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(yīng)用。本文通過結(jié)合濟(jì)南市電纜通道的設(shè)計(jì)、施工情況,對(duì)電纜通道建設(shè)中應(yīng)用的拉管法、淺埋暗挖法、盾構(gòu)法、頂管等非開挖技術(shù)進(jìn)行了概括總結(jié),從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性等方面進(jìn)行了對(duì)比分析。在電纜通道設(shè)計(jì)施工中,應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新工藝,結(jié)合投資、規(guī)劃、建設(shè)環(huán)境等各方面因素,通過設(shè)計(jì)過程管控及精益化管理,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,確定合理的施工方式,從而保證工程的順利實(shí)施。
一、管理目標(biāo)描述
1.1 管理理念
在城市電網(wǎng)建設(shè)中,受規(guī)劃、建設(shè)環(huán)境等制約,電纜線路基本上是唯一選擇,電纜通道的建設(shè)是關(guān)鍵的一環(huán)。隨著城區(qū)電力需求迅速增加,電纜通道建設(shè)任務(wù)日益嚴(yán)竣,電纜通道的建設(shè)逐漸成為制約城區(qū)電網(wǎng)發(fā)展的主要因素。
電纜通道在修建過程中,一般隨道路工程實(shí)施,但在穿越道路或現(xiàn)狀道路管線密集、受交通制約時(shí),非開挖式施工就勢(shì)在必行。非開挖技術(shù)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(shù)來進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)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(gòu)法、頂管法等。
非開挖技術(shù)在國外已廣泛使用,在國內(nèi)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(jìn)行環(huán)境保護(hù)的施工方法,非開挖技術(shù)在北京、上海等沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已有了廣泛應(yīng)用。隨著濟(jì)南城市的快速發(fā)展,在施工穿越大明湖,經(jīng)十路、解放路等重點(diǎn)工程建設(shè)中,通過非開挖技術(shù)的合理應(yīng)用有效解決了施工難題。
因?yàn)椴煌氖┕し绞狡湓靸r(jià)、施工周期、建設(shè)環(huán)境影響差別較大,通過對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多方面的比較,在設(shè)計(jì)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(qū)110kV及以上電纜通道建設(shè)工程及主要配網(wǎng)通道建設(shè)工程
1.3 管理目標(biāo)值
在設(shè)計(jì)過程中綜合各方面因素,通過對(duì)比,確定施工方式,提出較為合理的工程造價(jià),保證工程順利實(shí)施。
二、主要管理做法
2.1 主要流程
因?yàn)椴煌氖┕し绞綄?duì)工程造價(jià)影響較大,一般在可研設(shè)計(jì)階段中就應(yīng)確定施工方法,以免影響工程概預(yù)算的核準(zhǔn)、施工圖的設(shè)計(jì)、實(shí)施。設(shè)計(jì)咨詢單位應(yīng)組成項(xiàng)目小組,按照工程咨詢、設(shè)計(jì)的相關(guān)流程進(jìn)行方案論證,從而確定最優(yōu)方案(工作流程圖見圖1)。
2.2 主要流程說明
項(xiàng)目確定后,由經(jīng)研所所長(zhǎng)組織項(xiàng)目參與人員對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)勘察,確定路徑方案,對(duì)非開挖路段施工方案進(jìn)行初步討論。協(xié)調(diào)建設(shè)管理單位、規(guī)劃單位、勘察單位對(duì)工程沿線管線情況、規(guī)劃情況、地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查摸底后,組織各專業(yè)對(duì)施工方案進(jìn)行仔細(xì)論證,形成可行性意見,經(jīng)與建設(shè)管理部門、規(guī)劃部門協(xié)商同意后,形成最終方案并實(shí)施。
2.3 確保流程正常運(yùn)行的人力資源保證
設(shè)計(jì)單位組成項(xiàng)目小組,由經(jīng)研所所長(zhǎng)或總工任組長(zhǎng),線路專業(yè)、規(guī)劃專業(yè)、土建專業(yè)各有專人負(fù)責(zé)方案論證,并協(xié)調(diào)聯(lián)系項(xiàng)目管理單位、市規(guī)劃部門、勘測(cè)單位等。
2.4 保證流程正常運(yùn)行的績(jī)效考核與控制手段
為保證工作流程正常運(yùn)行,特制定專門的考核制度、考核對(duì)象,定期召開各相關(guān)專業(yè)碰頭會(huì),各自匯報(bào)遇到的問題、完成的工作、目前的工作狀態(tài),能否按流程按時(shí)完成各階段的工作,對(duì)流程運(yùn)行過程做到可防、可控。
三、評(píng)估與改進(jìn)
3.1 管理評(píng)估方法
根據(jù)工程實(shí)際,從施工難易度、工程投資、工期等多個(gè)方面分析、綜合比較,從而確定經(jīng)濟(jì)、合理的施工方式。
3.2 施工方案介紹
城區(qū)內(nèi)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(duì)周圍環(huán)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(jià)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(yīng)用廣泛的非開挖施工主要有盾構(gòu)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(jìn)行簡(jiǎn)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(jù)施工工藝的不同分為盾構(gòu)法、淺埋暗挖法等。
a)盾構(gòu)法
盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)這種施工機(jī)械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。
盾構(gòu)施工前應(yīng)先修建一豎井,在豎井內(nèi)安裝盾構(gòu),盾構(gòu)開挖出的土體由豎井通道送出地面,圓形斷面應(yīng)用較為廣泛。
盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn):除豎井施工外,施工作業(yè)均在地下進(jìn)行,既不影響地面交通,又可減少對(duì)附近居民的噪聲和振動(dòng)影響;盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行,施工易于管理,施工人員也比較少;土方量少;穿越河道時(shí)不影響航運(yùn);施工不受風(fēng)雨等氣候條件的影響;在地質(zhì)條件差、地下水位高的地方建設(shè)埋深較大、較長(zhǎng)的隧道,盾構(gòu)法有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。
據(jù)了解,盾構(gòu)機(jī)最小斷面為Φ2700mm,施工區(qū)間較長(zhǎng),單位造價(jià)高,在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)電纜通道容量需求選擇合理的斷面(見附圖2)。
濟(jì)南地區(qū)應(yīng)用案例為大明湖湖底盾構(gòu),該通道設(shè)計(jì)斷面為Φ3000mm,全長(zhǎng)約500米,并設(shè)計(jì)有相應(yīng)的排水、排風(fēng)、照明、消防等設(shè)施。盾構(gòu)兩側(cè)設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井、盾構(gòu)接收井,并結(jié)合工井設(shè)置設(shè)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(qū)松散土介質(zhì)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(shù)方法。它的突出優(yōu)勢(shì)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(xiàng)邊開挖邊澆注的施工技術(shù)。其原理是:利用土層在開挖過程中短時(shí)間的自穩(wěn)能力,采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施,使圍巖或土層表面形成密貼型薄壁支護(hù)結(jié)構(gòu)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(zhì)。
淺埋暗挖法的突出優(yōu)點(diǎn)是工作井不必不放置在工程沿線,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)南地區(qū)應(yīng)用案例為橫穿舜華路、經(jīng)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(shè)計(jì)斷面為2×(2.6 m×3.0m)電纜隧道(見附圖4),隧道兩側(cè)設(shè)施工工井,并配置設(shè)備用房。(現(xiàn)場(chǎng)施工照片見附圖5)。
2)頂管法
在敷設(shè)管道時(shí),為了不影響地面房屋和其他工程設(shè)施,用千斤頂將預(yù)制的管段或箱涵配合挖土向前頂進(jìn),這就是頂管法。
頂管法施工就是在工作坑內(nèi)借助于主頂液壓(或其他機(jī)械)產(chǎn)生的頂力,克服管道與周圍土壤的摩擦力,將管道按設(shè)計(jì)的坡度頂入土中,并將土方運(yùn)走。
按照斷面的不同,預(yù)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(jī)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(jié)內(nèi)徑不小于800mm的鋼筋混凝土管和鋼管。頂進(jìn)長(zhǎng)度一般不超過80m,如頂進(jìn)長(zhǎng)度較長(zhǎng),需設(shè)中繼間。施工的坐標(biāo)誤差一般可達(dá)到1cm以內(nèi)。但當(dāng)管徑大于1800mm時(shí),工作面土壁可能會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性問題,尤其是土質(zhì)松散或遇到地下水時(shí)。
普通頂管首先進(jìn)行工作井、檢查井的施工,施工完畢后,進(jìn)行頂進(jìn)設(shè)備安裝。按照“先挖后頂,隨挖隨頂”的原則,人工在管內(nèi)開挖,千斤頂隨之頂進(jìn)。(施工步驟見附圖6)
普通頂管法應(yīng)用案例較多,電纜通道斷面由Φ1800至Φ2600均有涉及。
b)機(jī)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(jī)頭切削土層時(shí)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(jìn)機(jī)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(jī)將土送到工作坑后再運(yùn)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(jìn)和出土速度、機(jī)頭注漿達(dá)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(gè)室,即高壓、置換和常壓室,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。頂管技術(shù)適用于土質(zhì)較硬、變化復(fù)雜、富含地下水、有10%以下含量的粒徑小于20 mm的土質(zhì),施工中不需降水,可長(zhǎng)距離頂進(jìn)。
工程中應(yīng)用較多的是泥水平衡法(見附圖7),多應(yīng)用于地下水較多地區(qū)。(現(xiàn)場(chǎng)施工見附圖8)
3)拉管法
拉管法即導(dǎo)(定)向鉆進(jìn)鋪管法,定向鉆進(jìn)的基本原理:按預(yù)先設(shè)定的地下鋪管軌跡鉆一個(gè)小口徑先導(dǎo)孔,隨后在先導(dǎo)孔出口端的鉆桿頭部安裝擴(kuò)孔器回拉擴(kuò)孔,當(dāng)擴(kuò)孔至尺寸要求后,在擴(kuò)孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管線,回拉鋪設(shè)地下管線。
水平定向鉆進(jìn)鋪管的施工順序?yàn)椋旱刭|(zhì)勘探、規(guī)劃和設(shè)計(jì)鉆孔軌跡、配制鉆液、鉆先導(dǎo)孔、回拉擴(kuò)孔、回拉鋪管、管端處理。
拉管法相對(duì)經(jīng)濟(jì)、靈活,在濟(jì)南市城區(qū)電纜通道施工中多有應(yīng)用,但受限于穿管施工對(duì)電纜載流量的影響,多用于10kV電纜通道的施工。
4)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較
a)技術(shù)比較
從地質(zhì)、施工要求、電氣需求、工期等多個(gè)方面對(duì)盾構(gòu)法、淺埋暗挖法、頂管法進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較,詳見表1。
b)經(jīng)濟(jì)比較
按照同樣地質(zhì)條件下,無地下水,地質(zhì)為普通土,暗挖覆土深度5m,電纜容量設(shè)計(jì)約4回110kV電力電纜、30回10kV電纜,對(duì)幾種施工方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)比較,詳見表2。
3.3 今后的改進(jìn)方向
1)在方案優(yōu)化過程中,應(yīng)有詳細(xì)的地質(zhì)、管線資料支撐,這項(xiàng)工作在以往的工作中略有欠缺。
2)應(yīng)積極引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的電纜通道施工工藝,在工程實(shí)踐中不斷改進(jìn)。
四、補(bǔ)充說明
《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)電纜敷設(shè)分冊(cè)》中介紹了多種電纜敷設(shè)典型設(shè)計(jì),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(shù)增加了工程結(jié)構(gòu)本體費(fèi)用,但可以減少大量的工程前期費(fèi)用,且有利于環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源、提高施工安全性,充分體現(xiàn)了國網(wǎng)公司“兩型三新”輸電線路的建設(shè)要求。
暗挖法施工對(duì)周圍路面交通及地下管線影響很小,工期依據(jù)豎井個(gè)數(shù),具有可控性;缺點(diǎn)是造價(jià)較明挖顯著提高,工程安全性低于明挖施工;盾構(gòu)施工工藝比較成熟,對(duì)地面交通及管線基本無影響,缺點(diǎn)為工程工期不可控制,遇地質(zhì)情況突變時(shí)難以處理。頂管法轉(zhuǎn)彎半徑需求較大,轉(zhuǎn)彎半徑較小時(shí)需在轉(zhuǎn)彎處設(shè)置施工豎井,施工距離較長(zhǎng)時(shí)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(qū)電纜通道建設(shè)中應(yīng)用較廣,多用于配網(wǎng)通道建設(shè),其受地質(zhì)影響較大,在巖石地質(zhì)中施工難度高、工程造價(jià)高,一般不采用。
所以,根據(jù)施工周邊環(huán)境,地質(zhì)情況選擇合適的施工方法尤為重要,同時(shí)考慮工程量的大小,工期情況擇優(yōu)選擇施工方法。
在工程設(shè)計(jì)過程中,積極推廣典型設(shè)計(jì)應(yīng)用,并強(qiáng)化過程管控,設(shè)計(jì)過程管理精益化、設(shè)計(jì)方案差異化,可以有效的提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)計(jì)效率,為提升基建工作管理水平做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
作者簡(jiǎn)介:侯斌(1986),男,學(xué)歷:西安工業(yè)大學(xué),單位:國網(wǎng)濟(jì)南供電公司,研究方向:電力技術(shù),從事電力企業(yè)基建工程管理工作。