电力隧道顶管施工技术研究

220千伏福州黎明·南门线路工程全线采用电缆敷设，新建线路长度约4.01km。根据设计图要求，本工程采用泥水平衡式顶管法施工技术。其中，#1工井#5工井为新建顶管，项目顶管路径主要在机动车道，个别出于避让桥梁等考虑略偏离机动车道。

1顶管施工机械设备选择

本项目工程顶管采用TLM大刀盘泥水平衡顶管掘进泥水平衡顶管掘进机的主要特点是刀盘能够伸缩。该设备在常态下工作、没有方向矫正时，刀头能够将挖掘机前面的土挖成和机壳大小相同的洞。设备在顶进施工时，刀盘受到的挤压力较少，整体平衡性较好。在土质较硬的环境中，泥水平衡顶管掘进机的挖掘行程同上。设备的前后壳体间设置有纠偏油缸，挖掘机下部同时有进泥管和排泥管，整体结构示意图如下所示：

TLM大刀盘泥水平衡顶管掘进机的主要机理为刀盘伸缩液压系统。如果设备前的土压力高于设定值，刀盘就会后缩，此时刀盘和刀头之间的空间变大，整体进土量增大，前方土压力随之降低。如果设备前的土压力小于设定值，刀盘前伸。挖掘机刀盘始终保持前后浮动状态，使前方土压力维持在设定值附近，实现整体平衡。

2顶管进出洞口技术措施

2.1防工具头“磕头”措施

TLM大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工过程中，顶管出洞过程非常关键。顶管穿墙过程中应避免工具头自重下跌问题。穿墙起始状态下，工具头入土较浅，工具头自身的重量主要靠导轨和入土土体进行支撑。所以，在工具头穿墙初期，要给一个向上约5’的初始角，同时将支托设置在穿墙管下部，保证工具头与管段之间的有效连接：推进工具管的过程中，速度要快，不能让穿墙管中的土体过多暴露在空气中。施工单位还要做好防水工作，避免穿墙位置孔口流失减阻泥浆，产生孔口坍塌事故。

2.2防顶管机反弹措施

顶管刚开始出洞时，要保证顶管、顶管周围及轨道之间的摩擦力低于顶管机正面主动土压力，而在这一受力作用下，顶管机反弹问题就比较容易出现，如果控制不佳，则可能导致顶管机方向失控、顶管前土体坍塌等严重事故。所以，为提升顶管出洞口的稳定性，可在洞口两側架设工字钢，在回缩主顶千斤顶加顶铁的过程中，将第一顶铁与工字钢焊接牢固，以防止千斤顶回收过程中，顶管机出现反弹的问题。

2.3防顶管机扭转措施

顶管机大刀盘在转动过程中，土体与顶管机相互之间会输出一个扭矩。同时，顶管机周围及其和导管间的摩擦力综合较小，无法抵抗土体对顶管机产生的扭矩，顶管机产生扭转。在本项目施工过程中，在顶管机两侧焊接挡板使其地面和导轨面平齐，这样在顶管机扭转时挡板对其产生反作用力，从而避免顶管机扭转。

2.4防高压旋喷桩泥浆管堵塞措施

高压旋喷桩的硬度很大，因此其顶进速度不能太快，不然会造成顶管机严重扭转，甚至直接损坏顶管机。在进行施工时要注意速度的控制，通常其顶进速度为20mmmn。控制水泥流量，防止堵塞泥浆管。

3顶管正常顶进措施

顶管出洞后，继续开展顶进作业，在主顶千斤顶与后座主顶油泵的共同作用下，管道被推动前进，直至达到接收井，从而产生完整的管道。在顶进初期，顶进速度应控制在35±15mm/mn的范围，正常顶进时速度控制在100±50mm/ mn范围内，在正面有障碍物时顶进速度不超过10 mm/min。

排泥时后座主顶千斤顶向前推进，掘进机大刀盘对前方土体进行切削，土体被送入到掘进机泥土仓，大块的土块、石块等通过内外锥体碾压之后成为直径不大于30mm的颗粒：黏土受外壳斜锥处高压喷射水作用形成碎块与泥浆，并受内椎体搅拌形成泥土被带入泥水仓。通过浆管，泥浆在泥水循环作用下被送至泥水仓，混合后的泥浆浓度更大，最后通过机头排出，排出的泥浆进入泥水分离机后，分离出泥沙等固体颗粒，并进行外运，分离出的泥浆则继续进入循环中，保证了连续掘进作业。具体操作过程中，对循环泥浆的浓度要进行合理控制，通常在1.09左右。循环过程中，泥水可提高泥沙的携带作用，而且还可以维持开挖面的稳定性，泥水压力通过泥土仓流体传送到开挖面，避免开挖面坍塌。另外，在泥土仓的作用下，在泥水压力不正常时也不会造成大范围的地面沉降，维持泥土仓土体和开挖面的平衡性。

在操作时先要存储一定量浓度的清泥浆在泥浆箱中。在开始作业后，泥浆通过浆泵与进浆进入泥水仓，和切削下来的土体混合后形成浓泥浆，经排浆泵、排浆管排出井外，排出井外的泥浆进入泥水处理装置，分离出04mm粒径以上的颗粒。经过沉淀池沉淀，泥浆中更细小的颗粒也被分离出来，将浓泥浆转变为清泥浆。通过泥浆水的连续循环将顶管机前方泥土排出到井外。

4顶管顶进中的测量工作

4.1高程控制

首先，结合设计坡度要求，在线路上设置四等水准路线，在井口位置设置临时水准点，方便后期顶管高程放样：其次，以顶管线路布设的水准点、导线点为基础，标定井的深度与位置，以便后期工作井的准确开挖。对接收井、始发井管道中心点进行确定，做好投点（中心点在地面的投设点）标记，做好投点支架搭设和焊接工作：再次，选取一个线路导线点和一条边方位角重新对始发井和接收井之间的导线进行精密测定，也就是贯通导线，联测两井投点。如果有可能，最好把投点作为导线点，以此来获得投点的精确位置。导线点都需要设置牢固标志，方便后期复测操作。以贯通导线和井口投点为基础，确定始发井处放样顶进方向坐标点，和井口投点向下投设方向线，把高程传到井下，设置临时水准标点最后，设置控制观测台。控制观测台设置在井下，带有强制对中仪器基座，可以进行上下左右调节，让观测台上的仪器能够调整到中线位置，让仪器横轴和中线在同一高度。

4.2纠偏

顶管机的测量靶网格为10mm，在计算顶管机斜率时，要以顶管机测量靶激光点的偏移量为基础，对顶管机推进的方向，通过纠偏千斤顶组队进行调整，有效控制顶进方向。在进行纠偏时要缓慢进行，让管节慢慢复位，避免单次纠偏过猛。测量靶设置在顶管机头位置，在观测台上设置激光经纬仪。作业时，激光经纬仪发出的激光束即为管道中心线，该中心线满足设计坡度要求，同时也是顶管导向的基准线。在进行顶进操作时，测量靶中心和激光光束中心重合。在掘进出现偏差时，测量靶中心就会和激光束中心产生偏离，并传出偏离信号，偏离信号传送到操作台监视器，操作人员结合监测结果对顶进方向进行纠偏，保障工具头和激光束在同方向。

工具头在顶进7±3m范围内的允许偏差是轴线50mm，高程30mm。若高于允许偏差则需要对其进行纠偏操作。纠偏操作应缓慢进行，让管节慢慢复位，不能纠偏过猛。在工具头前方设置有纠偏节，其内安装有纠偏千斤顶。在工具头顶进操作时，结合监测结果对纠偏千斤顶进行调整，改变工具头方向，加强对顶进方向的控制。一旦发现工具头的偏差大于10mm，则需要立刻使用千斤顶进行纠偏操作。

顶出穿墙管长度35±5m范围内是纠偏的关键时期，尤其是在出墙洞操作中，受管段长度、工具头自重、洞口土质等多种因素影响，经常会出现工具头下偏问题。在操作中可以考虑通过工具头自身纠偏、千斤顶调整等方式对顶进方向进行控制。

纠偏操作时，通常以5mm幅度为一个单元。在顶进lm时，若测斜仪和激光经纬仪测量偏差仍没有减少的趋势，则考虑增加一个单元的偏差力度。若测斜仪和激光经纬仪测量偏差开始变缓或者趋于稳定，则保持纠偏力度继续顶进。若测斜仪和激光经纬仪测量偏差开始趋向反向时，则减少纠偏力度。

纠偏工作应落实到顶进施工的全过程，加强对顶管偏差位置的监测，结合监测结果进行及时纠偏，控制好顶进方向保障施工质量。顶管施工中允许偏差具体如下：①轴线位置允许偏差50mm：②管道内底高程管道内径<1500mm允许偏差+30~-40mm，管道内底高程管道内径>1500mm时允许偏差+40~-50mm：③相邻管间错口（玻璃钢夹砂管道）允许偏差15%壁厚且不大于20mm；④对顶时两端错口允许偏差50mm。

5结论

本工程最长顶管一次超过800m，属于长距离顶管。结合工程项目实际情况和设计要求，项目采用了泥水平衡式顶管法施工技术，并取得了良好的效果。

 

本文摘自《屋舍》中的《电力隧道顶管施工技术研究》沈文馨，如有侵权请联系删除。