双孔电力顶管隧道下穿高速公路技术研究

双孔电力顶管隧道下穿高速公路技术研究

李兵兵，赵贞欣，杨朋飞

(中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，石家庄市，050031)

摘要: 以雄安某工程双孔电力顶管隧道穿越高速公路为例，研究下穿段顶管隧道结构、防水、施工、预防控制措施等关键问题。考虑高速公路的重要性，方案中采取一系列确保高速安全的措施。

关键词：双孔隧道；电力顶管；高速公路；下穿设计；

Research on the Design of Double-hole Electric pipe-jacking Tunnel under expressway

Li Bing-Bing，Zhao Zhen-Xin，Yang Peng-Fei

(POWERCHINA HEBEI ELECTRIC POWER ENGINEERING CO,LTD ，Shijiazhuang，050031, China)

Abstract:Taking a double hole power pipe jacking tunnel of a project in xiong'an as an example, this paper studies the key problems such as the structure, waterproof, construction, prevention and control measures of the pipe jacking tunnel in the lower crossing section. Considering the importance of expressway, a series of measures to ensure the safety of expressway are taken in the scheme.

KEYWORDS: Double-hole Tunnel； Electric pipe-jacking；South-to-North Water persion Project；expressway;

1 引言

随着雄安新区大规模建设的铺开，电力建设也逐渐进入了高峰荣乌高速横贯雄安境内，总体呈东西走向，某电力隧道下送工程总体为南北走向，送电侧变电站位于天津干线北侧，受电侧变电站位于天津干线南侧，两工程存在一次必然交叉，故本项目的建设穿越荣乌高速是不可避免的，无其他绕行方案。荣乌高速贯通后，其他工程大型双孔顶管下穿荣乌工程的工程案例极少［1-5］。由于荣乌高速的重要性，下穿工程施工必须将对高速的影响降至最小且可接受，以避免水资源损失及污染。本文依托雄安某电力下送通道工程下穿荣乌高速，研究了下穿段顶管隧道结构、防水、施工、预防控制措施等关键技术问题，可为其他工程下穿荣乌高速提供参考。

2 下穿段顶管设计方案

2.1 工程地质概况

线路所在区域处于华北平原中部河流冲洪积平原区，地形平坦开阔，地势西北高东南低，坡度平缓。线路沿线40.00m 深度范围内地层岩性主要为填土、黄土类土、粉土、黏性土及砂类土等。地下水主要为赋存于孔隙中的潜水，稳定在地下22米左右。地下水对钢筋混凝土结构均及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性；地基土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性。

2.2线路总体布置

工程采用顶管下穿荣乌高速，下穿段路径长度221m，交叉角度为83度，穿越方式为2×3500mm(两个顶管外壁距离6300mm)顶进钢筋混凝土圆管。荣乌高速路面最小覆土厚度为12.46米，荣乌高速公路边沟最小覆土厚度为6.92米，从荣乌高速北侧做始发井，南侧做接收井，始发井距高速公路边坡底的水平距离为133.5米、接收井距高速公路边坡底的水平距离为48.1米，荣乌高速公路现状为双向4车道，路宽20米，沥青混凝土路面，顶进施工采用泥水平衡机械顶进施工工艺。

图1  平面布置图

图2  纵断面布置图

图3  横断面布置图

2.3 主要技术标准

隧道结构的设计使用年限为100年，隧道结构安全等级为一级，隧道防水等级为二级［6］。

2.4 顶管管材

钢筋混凝土顶管采用C50混凝土，采用Ⅲ级管，抗渗等级不低于P10；管节长2.5m。顶管内径3.5m，管壁厚320mm。顶管设置吊装孔，压浆孔，外侧顶进时注浆减少摩擦。

4 施工技术要求

4.1顶管施工工艺

泥水平衡顶管是采用泥水平衡顶管机施工，利用顶管机泥水仓内的泥水压力来平衡顶管机所处土层中土压力和地下水压力，同时利用排除的泥水来送弃土的一种顶管施工工艺。在工作时，注入减阻泥浆，通过大刀盘及仿形刀盘对机头正面土体的全断面切削，利用主顶设备把机头向前推进，把切削下来的泥土挤进机头土压仓内，通过调节机头顶进速度和螺旋输送机的转速来控制土压仓内的压力，其排土量与掘进机头切削刀盘破碎下来的土的体积处于一种平衡状态，确保地层路基稳定。被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，进入泥浆仓，连续通过排泥管道排至地面。

4.2顶进

(1)在每节管道的顶进全过程中,必须测量和控制管道的管底标高和中心线,工作坑内应设置临时水准点,并随时进行校核。

(2)顶进测量仪器安放时,其视准轴应与管道顶进中心线相互一致,以测定顶进管道的中心线偏差,同时整平仪器,以测定管道的管底标高偏差。

(3)严格控制顶进速度,并根据顶进情况随时调正。

(4)拆除注浆管路后，应将管道上的注浆孔封闭严密，对全部注浆设备清洗干净。

(5)管道在顶进过程中要控制管道的旋转，管道内的设备和管路要布置匀称。

(6)在管道顶进过程中,要注意文明施工、安全施工，做好各方面的保障措施。

(7)在顶进过程中，经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进1节混凝土管节测量1次，在进洞、出洞、纠偏，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。

4.3 触变泥浆压注

制定合理的操作规程，使顶进时形成的建筑空隙及时用润滑泥浆所填补，形成泥浆套，减少摩阻力和地面沉降，严格执行顶管注浆操作规程，由专人操作，质量员检查严格把好质量关。压浆时必须坚持先压后顶、随顶随压、及时补浆的原则，补浆应按顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。

(1）同步跟踪注浆  地面泥浆站配制好的触变泥浆，经液压注浆泵增压后进入输浆总管，通过环形分管注入顶管机及管节的压浆孔形成泥浆套。当管节顶进时，利用掘进机尾部环向均匀布置的4只压浆孔与顶进同步进行跟踪注浆，以确保当掘进机向前时在其后形成的环形空隙立即被泥浆所充填，从而形成完整的泥浆环套。

(2）补压浆  顶进过程中由于部分浆液流失到土层中去，因此必须利用混凝土管节上的压浆孔进行补压浆。一般在一节管节顶进结束后就补压浆，而且还要视每段顶进的阻力情况随机分段补压浆。

(3）压浆量与注浆压力  压浆量原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的5倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积的3倍左右。注浆压力值不宜过高也不应过小，据采用浆液的粘度和管路输送长度，通过试顶后，压浆站的压力控制在0.28～0.3Mpa较为合适。

4.4 质量标准

(1)顶向不偏移，管节不错口，每一顶程管底坡度不允许倒落水，管道接口腰箍须嵌打密实，不渗不漏。

(2)顶管顶进允许误差

表1 顶进允许误差

5 重点工序预防控制措施

5.1路面在沉降控制措施

在正常情况下，路面不会发生影响车辆通行的沉降，一旦发生意外情况出现较大的沉降，沉降影响了车辆的正常通行，需要采取以下措施，尽快恢复交通并确保通行车辆安全：

(1)在顶进施工前，须与交通部门联系，在顶进处路面发生意外时，立刻封闭出现问题的车道。

(2)停止顶进，分析沉降原因，采取加大注浆压力或其他相应措施，确保顶进时不再出现较大沉降。

(3)快速修复路面。根据路面破坏情况采用压浆或铺钢板等方法快速修补路面，尽快恢复交通。

(4)路面沉陷挖补处理。顶管施工结束180天后道路观测沉降量≥1.4cm时，对沉降路面进行挖补处理，具体方法为：管涵中线两侧各25米内洗刨2cm沥青层，并采用原路面面层结构加铺至原路面高程。

5.2应急处置预案

施工时2km范围设置限行、限速施工标志等交通设施，并应满足《公路养护安全作业规程》(JTGH30-2015)相关要求。

图4 安全设施布置

5.3路面测量监控

公路路面主要监测地面沉降、水平位移。在顶管施工前在路面范围沿路径中心向两边布设监测点，具体布置为：沿路径中心向两侧25米范围内每2米布设一个监测点，25~35米范围内每5米布设一个监测点，并对每一测点高程和水平位置详细记录，同时观察记录路面的裂缝情况，在顶进过程中对这些测点的高程、水平位移和路面的裂缝情况作定时监测和顶进时的监测。

图5 路面测量监控

5.4路基变坡边沟加固：

施工完毕后应对被交路两侧路基边坡及边沟采用浆砌片石防护，防护长度为电力顶管外壁两侧各5m，共计25m。

图6路基变坡边沟加固平面示意图        图7 路基变坡边沟加固立面示意图

5.5施工期间交通安全措施

(1)标识设置

穿越管线时，应在地面上设置耐久性标识，标识应在管线中心线与公路用地外沿的交点。标识内容包括：管线产权单位、管线输送物质名称、管道压力、管道埋深及紧急联系电话。

图8 标志桩设置位置立面图

图9 标志桩正/背面图

(2)穿越施工作业区应设置安全警戒区，防止无关人员进入施工现场，避免发生安全事故。

(3)穿越施工路障设置时一定要明显，在夜间时要设置警示标志，路障处设专人执勤，必要时请交警部门配合。

(4)施工时设置限行、限速施工标志等交通设施，并应满足《公路养护安全作业规程》相关要求。

6 结论

(1)根据工程的实际条件，确定了大型电力双顶管下穿荣乌高速的设计方案。

(2)根据下穿段的特殊性，采用了一系类工程措施，保障了双顶管下穿施工中的安全。

(3)本文确定下穿荣乌高速施工、预防控制措施等一系列技术，可作为其他工程下穿高速公路提供参考。

参考文献

[1] 郭延辉，孔志军，李斯桂，何进. 天然气管涵顶管下穿对高速公路的影响研究[J]. 地下空间与工程学报,2021,17(6):1958-1964.

[2] 王凤喜． 新建隧道建设中下穿既有高速公路施工的力学 探 讨［J］． 公 路 工 程，2018,43(3): 162-166

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[5] 魏纲，吴华君，陈春来．顶管施工中土体损失引起的沉降预测．岩石力学与工程学报，2007， 28 (2):359-363

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部．地下工程防水技术规范: GB50108—2008［S］.北京: 中国计划出版社，2009．

第一作者简介：李兵兵（1983-），男，汉族，山西省吕梁市兴县，硕士，高级工程师，电缆隧道结构设计方向，主要从事输电线路结构设计工作。