电力隧道顶管施工技术研究

电力隧道顶管施工技术研究
摘要：随着国家的不断发展和社会的快速进步，顶管技术在管道工程建设中
得到了广泛的应用，具有良好的应用价值。

本文对电力隧道顶管施工技术进行了
探讨，以提供参考。

关键词：电力隧道；顶管施工技术；研究
引言
顶管技术在电力隧道施工中的应用，可以有效地降低工程难度，减少工程量。

然而，电力隧道的施工环境往往非常复杂，因此，施工人员必须深入了解顶管施
工的技术原理，结合工程现场的实际情况，不断优化施工细节。

1顶管施工技术的概况
顶管是一种非开挖施工方法，主要通过不开挖或少开挖的方式完成管道施工
工艺。

顶管施工是在基坑顶部和设备顶部，克服管道与附近土体之间的摩擦，管
道按设计坡度进入土壤，带走土方。

将管道的一部分顶入土壤中，然后将管道的
第二部分顶入土壤中。

主要利用主顶油缸、管道和继电器的推力，将工具管或掘
进机通过工作坑土层推至接收坑。

管子靠近工具管或掘进机后，在两个坑中间保留。

随着盾构施工的不断成熟，顶管施工层出不穷。

作为地下管线施工方法之一，它不仅不需要开挖土层，而且可以穿越公路、铁路、河流、建筑物、地下构筑物
和各种地下管线。

顶管施工采用工具管或掘进机从工作井穿过土层，通过顶管与
主油缸之间的推力将管道提升至接收井。

同时，两井将直接埋设在工具管或隧道
附近的管道中，以进一步完善地下管道非开挖敷设的施工手段。

2顶管施工的操作方法分析
顶管施工技术与常规开挖技术相比，具有开挖土量少、对环境影响小的突出
优点，但施工难度较大，需要专用机械进行施工。

施工中通常采用以下操作方法：首先在管道一端开挖工作井，形成基本施工环境，然后在工作井内进行水平开挖
施工，并根据管道的实际尺寸和具体位置开挖适当尺寸的孔洞。

最后，施工人员使用千斤顶等工具将管节一段段从预留孔中顶出，并将其放入预设轴线，直到第一个管接头的头部被推到接收井的预留孔上。

3工程概况
110kV猎桥输变电工程—电力隧道由110kV猎桥变电站东侧负一层起，全线沿临江大道南侧景观绿化带，穿过猎德大桥，再向东至海清路对出临江大道路口绿化带止，隧道全长约494.628m。

顶管段隧道截面为结构内径3.0m,外径3.55m 的圆形顶管，隧道上覆土厚度为5～8m。

根据设计图纸要求，本工程采用泥水平衡顶管法。

其中，#1工井-#5工井是一种新型顶管方式。

本工程顶管路径主要在机动车道，为避开桥梁，部分顶管路径略有偏离机动车道。

本工程顶管采用TLM大型刀盘泥水平衡顶管。

泥水平衡顶管掘进机的主要特点是刀盘可以伸缩。

当设备在正常条件下工作且无方向修正时，刀头可将挖掘机前方的土壤挖入与套管尺寸相同的孔中。

设备顶进施工时，刀盘受挤压力较小，整体平衡良好。

在硬土环境下，泥水平衡顶管掘进机开挖行程同上。

设备前后壳体之间设有纠偏油缸，挖掘机下部同时设有进泥管和排泥管。

总体结构图如图1所示。

TLM型大型刀盘泥水平衡顶管掘进机的主要机构是刀盘伸缩液压系统。

如果设备前面的土压力高于设定值，则刀盘会缩回。

此时，刀盘与刀盘之间的间距将变大，整个进土口将增大，前方土压力将减小。

如果设备前面的土压力小于设定值，则刀盘向前延伸。

挖掘机的刀盘始终保持前后浮动，以保持前土压力接近设定值，实现整体平衡。

图1 TLM大刀盘泥水平衡顶管掘进机结构示意图
4关于施工中顶管施工技术应用分析
4.1 安装顶管机的措施和出洞措施
顶管材料和顶管设计准备就绪后，将顶管机安装在轨道上，调整其位置、垂直度和标高，并将电缆、排泥和水安装到顶管机内。

安装完成后，可以测试顶升系统。

顶管系统正常运行后，顶管机将穿入墙口钻孔板。

为了保证板坯的安全起吊，在顶管机的刀头上必须留有0.3m的间距。

完成所有顶升准备工作后，打开闷板。

闷板吊装顺利后，立即推入墙口，并用高压旋喷桩加固墙洞口土体，导致无法正常施工，顶进速度必须减慢，通过刀盘对加固土体进行切削，才能穿越加固区，穿越加固区后方能进行施工。

4.2 顶管进出洞口技术措施
①防工具头“磕头”措施。

在TLM大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工过程中，顶管拔出过程是非常关键的。

顶管穿墙时，应避免工具头自重坠落。

在穿过墙壁的初始状态下，工具头在土壤中较浅，工具头的重量主要由导轨和土壤支撑。

因此，在工具头穿墙的初始阶段，应给出一个向上约5'的初始角度，并在穿墙管道的下部设置支架，以确保工具头与管段之间的有效连接；推工具管过程中，速度要快，穿墙管内的泥土不能过多暴露在空气中。

施工单位还应做好防水工作，避免孔口减阻泥浆通过墙体流失，造成孔口坍塌事故。

②防顶管机反弹措施。

顶管开始出孔时，必须确保顶管、顶管周围和轨道之间的摩擦力低于顶管机前部的主动土压力。

在这种力的作用下，顶管机更容易发生回弹问题。

如果控制不当，可能导致顶管机方向失控、顶管前土体坍塌等严重事故。

因此，为了提高顶管出孔的稳定性，可在孔两侧架设工字钢。

在收回主顶升千斤顶和顶铁的过程中，第一顶升铁和工字钢可以牢固焊接，以防止顶管机在收回千斤顶的过程中反弹。

③防顶管机扭转措施。

顶管机大刀盘旋转时，土壤和顶管机之间会输出扭矩。

同时，顶管机周围及顶管机与导管之间的摩擦力较小，无法抵抗土壤对顶管机产生的扭矩，顶管机产生扭转。

本工程施工过程中，顶管机两侧焊接挡板，使地面与导轨面平齐，使挡板扭曲时对顶管机产生反作用力，避免顶管机扭曲。

④防高压旋喷
桩泥浆管堵塞措施。

高压旋喷桩硬度大，其顶进速度不能太快，否则会造成顶管
机严重扭转，甚至直接损坏顶管机。

施工过程中注意控制速度。

顶进速度一般为
20mm/min，控制水泥流量，防止泥浆管堵塞。

4.3 高程控制
第一，结合设计坡度要求，在线路上设置四等水准线，在井口设置临时水准点，便于后期顶管高程放样；第二，根据顶管线上布置的水准点和导线点，标定
井深和井位，以便于后期工作井的准确开挖。

确定接收井、始发井管道中心点，
做好投点（中心点为地面投设点）标记，做好浇筑点支架的搭设和焊接工作；第三，选择一个线路导体点和一条边方位角，重新精确测量始发井和接收井之间的
导体，即贯通过导体，共同测量两个井的投点。

如果可能，最好以投点作为导线点，以获得投点的准确位置。

所有线点都需要设置牢固的标志，以便于以后的复
测操作。

根据贯通导线和井口投影点，在始发井处确定放线顶进方向坐标点，并
与井口投影点向下设置方向线，将高程转移到地下，设置临时水准标志；最后，
建立一个控制观测台。

控制观测台设置在地下，具有强制定心仪器底座，可上下
左右调节，使观测台上的仪器调整到中心线，使仪器水平轴与中心线处于同一高度。

4.4 纠偏
顶管机测量靶网格为10mm，计算顶管机斜率时，根据顶管机测得的激光点偏
移量，调整顶管机的推进方向，组成纠偏千斤顶组，有效控制推进方向。

纠偏应
缓慢进行，让管节慢慢复位，避免单次纠偏过多。

测量靶设在顶管机头上，激光
经纬仪设在观测平台上。

作业时，激光经纬仪发出的激光束为管道中心线，满足
设计坡度要求，也是顶管导向的基准线。

在顶升操作过程中，测量目标的中心与
激光束的中心重合。

如果在隧道中出现偏差，测量目标的中心将偏离激光束的中心，偏差信号将传输至控制台监视器。

操作员将结合监测结果纠正顶升方向的偏差，以确保工具头和激光束位于同一方向。

工具头在7±3M顶升范围内的允许偏
差为轴线50mm，高程30mm。

如果高于允许偏差，则需要进行修正。

纠偏作业应
缓慢进行，使管接头能缓慢复位，纠偏不要太激烈。

所述工具头前方设有纠偏接头，其中安装有纠偏千斤顶。

工具头顶升作业时，结合监测结果调整纠偏千斤顶，
改变工具头方向，加强顶升方向控制。

一旦发现工具头偏差大于10mm，应立即使
用千斤顶进行纠偏。

纠偏的关键周期在顶管穿墙管长度的35±5m范围内。

特别
是在壁孔作业中，由于管段长度、工具头重量、孔内土质等多种因素的影响，工
具头经常出现下偏现象。

在操作中，可以考虑通过工具头本身的偏差校正和千斤
顶的调整来控制顶升方向。

在纠偏过程中，通常以5mm振幅为单位。

当顶进1m
时，如果测斜仪和激光经纬仪的测量偏差仍不减小，则考虑增大一个单元的偏力。

如果测斜仪和激光经纬仪的测量偏差开始变慢或趋于稳定，则保持校正力并继续
顶升。

如果测斜仪和激光经纬仪的测量偏差趋于反向，则应减少偏差校正力度。

纠偏工作应贯穿顶管施工全过程，加强顶管偏差位置的监测，结合监测结果及时
纠偏，控制顶管方向，确保施工质量。

顶管施工允许偏差如下：①轴线位置的允
许偏差为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）错缝允许偏差为壁厚的15%，且不大于20mm；④对接时，两端错缝允许偏
差为50mm。

4.6 运用顶管施工技术科学选择顶管长度
顶管长度关系到顶管施工技术和工程质量。

施工前应全面了解工程情况，参
考现有工程技术、顶管施工技术研究和经验等资料，结合施工人员的技术水平和
工作能力，选择合适的顶管长度。

除了科学选择顶管长度外，还要准确设计管座
直径，保证顶管长度与管座的适应性，保证顶管施工工艺和工程质量。

特别是在
给排水管道的长期使用过程中，避免顶管施工技术不足造成的质量问题，增加维
护工作量和成本。

5注意事项
顶管施工前，应制定安全、合理、可行的施工技术方案。

根据实际情况，遵
循地下顶管法施工技术要求，符合规范、规程和标准。

作业井应有防毒、防爆、
防火、防淹、防缺氧、防窒息的安全措施。

施工电源应配备能够自动切换的双向
电源，以区分电源和照明电源。

不得以一种方式提供两组动能。

工作面移动照明
电源电压不宜过大，宜采用低压电源。

顶管后座安装时，顶管过程中如发现枕木
受压不均或后壁不平，必须调整使枕木受压均匀或平整，加固后才能顶起枕木。

土壤质量差时，地下水会流入土壤，容易造成坍塌。

为了增加水压，应填充顶管头。

结束语
目前，电力隧道顶管施工技术的应用越来越多，优化顶管施工技术内容，保证顶管施工技术的效果，保持其在施工应用中的优势，是保证施工技术的关键之一。

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