矩形顶管在电缆工程中的应用分析获奖科研报告

矩形顶管在电缆工程中的应用分析获奖科研报告摘

要：顶管技术已广泛应用于地铁、公路、电力、热力、排水等城市隧道工程。圆形隧道因其结构受力合理、施工工艺相对简单而广为采用。与圆形断面相比，矩形断面有效使用面积通常大20%以上。在城市隧道中人行地道、电缆沟、综合管廊等市政隧道工程尤以矩形最为经济，本文结合电缆工程实际对此进行了分析探讨。

关键词：矩形顶管;电缆工程

1矩形顶管方案简介

随着城市中心城区电力需求迅速增加，电缆通道建设任务日益严竣，电缆通道的建设逐渐成为制约城区电网发展的主要因素。城区内道路管线密集、交通流量大，新建管沟多位于车道上，管线横穿多，管沟覆土较深，采用明挖施工对周围环境影响极大，在施工困难地段采用非开挖施工可有效解决问题。

工艺成熟、应用广泛的非开挖施工主要有盾构法、浅埋暗挖法（矿山法）、顶管法，顶管法以其工艺先进、施工速度快、施工安全、质量可靠、对周边环境干扰少等优点应用最为广泛。在敷设管道时，为了不影响地面房屋和其他工程设施，用千斤顶将预制的管段或箱涵配合挖土向前顶进，这就是顶管法。

按照断面的不同，预制箱涵形状有圆形、拱形等。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，施工简便，在工程中最为常见。但圆形断面空间利用率低，与圆形断面相比，矩形断面有效使用面积通常大20%以上。在城市隧道中人行地道、电缆沟、综合管廊等市政隧道工程尤以矩形最为经济。

1.1矩形顶管施工优点

采用矩形顶管法施工，不需要搬迁地下管线，不破坏地面道路结构，也丝毫不影响现有道路交通的正常运行，一切施工均在道路面以下进行。采用先进的土压平衡项管机，施工期间无噪音，地面沉降及地下管线的变形均在可控制范围，断面利用率与明挖电缆沟一样。

1.2明挖法与矩形顶管法经济比较

明挖法施工的优势往往在于土建造价较低，而矩形顶管法地下通道单位长度造价要高于明挖法。但是，如果将地下管线的改迁费用、道路翻新费用一并考虑，在一般大城市，上述两种施工工法的综合经济成本就相当了，对于地下存在搬迁费用较高管线（如信息管、通信管等），则矩形顶管法就有决定的优势。如果将道路通行受阻、施工噪音等社会成本也考虑进来，矩形顶管法相对于明挖法有不可替代的优势。

2矩形顶管管节设计

2.1管节的材质及结构验算

从工程成本考虑，管节以采用预制钢筋混凝土结构为好，但也不排除为特殊需要而加工钢制管节，考虑到一般顶管通道线路长度均不长，顶管段覆土厚度及工程地质、水文地质情况变化不大，故设计可采用统一标准，按荷载及地质条件选取埋深最深，最不利工况进行计算，使工程具有一定的安全可靠性。

2.2管节断面的选取

顶管断面的确定主要取决于工程的使用功能，同时还要考虑施工误差、测量误差、管节加工及运输等因素。首先必须满足电缆容量需求，其次作为人行的非开挖地下电缆通道，一般高度考虑最低1.4m净高，通道的净宽保证在0.65m左右，满足人行的要求。

2.3管节的长度

管节长度越长可使同等长度通道内的接缝越少，漏水环节少，提高了通道的纵向刚度，加快施工进度，降低了工程造价。但管节长度主要受到运输条件及起吊设备的限制，不能无限制的加大，对于混凝土管节宜取长1.5m～2.0m。

2.4管节纵向连接

对于混凝土管节，管节接头采用“F”型承插式，接缝内设由锯齿形橡胶止水圈和双组分聚硫密封膏组成的兩道防水装置。

2.5其它构造

管节四周应设置注浆孔。顶进施工中，对管节四周进行膨润土浆液注浆，以形成泥浆套。减小土对管壁的摩擦力。顶进完成施工后，采用水泥浆进行置换，固结管节周围的±体。混凝土管节设计中应将施工措施中的预埋件及今后设备安装的预埋件一并考虑并预埋到位，以免将来不必要的植筋、打膨胀螺丝等操作对构件混凝土产生的不利影响。

2.6进出洞口接口设计

为适应顶管进、出洞口的防水、连接构造需要，在顶管工作井侧墙进、出洞口处预埋特殊钢环，以确保顶管施工期间及使用阶段接口处的防水需要。

3顶管施工技术

3.1工作井

顶管线路两端均需设置工作井，分别为出发井和接收井：出发井和接收井顶部均留设掘进工具头吊装孔，出发井受顶推工艺限制，长度较长：接收井长度受顶管掘进头大小控制，一般尺寸不大。工作井采用现浇钢筋混凝土结构，采用明挖施

3.2正式顶进

正式顶进前，应调整好工具头及千斤顶的初始状态，并确认各控制参数的初始数据，复核定位测量轴线。初始顶进过程为参数积累调整阶段，顶进速度不应过快，一般可控制在10mm/mln。进入正常顶进后，顶进速度可控制在20～30mm/mln。掘进头和管节设置注浆孔，边顶边注浆，形成润滑面，起到减摩、减少背土的作用。

3.3施工监测及管线保护

顶管顶进前，先埋设地面道路沉降观测点，建（构）筑物沉降观测点，地下管线的直接或间接观测点以及土体分层沉降观测点等。顶管顶进期间，根据各项变形监测数据及顶管施工所采用的参数，不断优化调整，使顶管在全线推进中，能随地质、埋深、环境条件变化而动态地、合适地确定施工参数，将地面沉降控制在+10—一30mm范围内。

4.电缆工程中矩形顶管应用

某电缆工程新建两回电缆线路路径长度为3.5km，全线采用电缆敷设方式，电缆构筑物设计埋深不低于1.2m。其中穿越一处道路该道路南侧有城市排水河沟一处（宽10m，深3.5m）。道路北侧有热力管道一处（管径为