CN103711492B - 一种顶进式电缆套管通道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶进式电缆套管通道施工方法，包括下列步骤：(1)端头电缆井沉井施工：在需要穿越的障碍物的两端分别设置端头电缆井，采用沉井工艺进行施工；(2)顶管施工：采用顶管顶进装置从一个端头电缆井向另一个端头电缆井进行顶进作业，构建连通两个端头电缆井的顶管通道；(3)排管施工：在顶管通道内排列布置套管，顶管通道内设置有与顶管通道壁固定的扁铁固定件，由扁铁固定件将排列的套管分隔限位；(4)在顶管通道内各套管间灌注混凝土；(5)在一端的端头电缆井放入引线，在另一端的端头电缆井采用牵引装置牵引，实现电缆穿线。本发明方法可广泛适用于地面有障碍物，不能拆迁或拆迁成本过大的电缆管道铺设工程。

Description

一种顶进式电缆套管通道施工方法

技术领域

本发明涉及一种管路通道施工方法，具体涉及一种用于电缆管道的地下通道的施工方法。

背景技术

目前全国倡导绿色出行，轨道交通运输量大、绿色环保，各地都在不断规划、新建轨道交通系统，特别是地下轨道交通系统。电力系统是轨道交通的血液，确保电缆的安全铺设与使用至关重要。

电缆通过专用通道把变电站的电力供应给车站，但车站与变电站往往距离较远，途径的地面障碍物往往较多，经常需要通过左右平移、折线绕行等方式通过；对于拆迁量大或暂时无法拆迁的障碍，很难实施。

为解决上述问题，顺利通过障碍物，把电缆从变电站安全送到车站，可以考虑下穿绕行方式。但是，作为轨道交通的电缆系统，考虑到安全原因，需要将各种电缆分隔布置，并且需要保证管道不渗漏，尤其是在进行混凝土施工时，如何实现抗浮固定，这些都是进行下穿施工时需要解决的难题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种顶进式电缆套管通道施工方法，通过方法的改进，在较深土体内、各种土层中实现较长距离的一次顶进并铺设电缆套管通道，既保证地面建筑物等障碍物的安全，又保证管体结构的安全，并实现洞内无人操作，以加快施工进度。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种顶进式电缆套管通道施工方法，包括下列步骤：

(1)端头电缆井沉井施工：在需要穿越的障碍物的两端分别设置端头电缆井，采用沉井工艺进行施工，所述两个端头电缆井的直线距离不大于250米；

(2)顶管施工：采用顶管顶进装置从一个端头电缆井向另一个端头电缆井进行顶进作业，构建连通两个端头电缆井的顶管通道；

(3)排管施工：在步骤(2)获得的顶管通道内排列布置套管，所述顶管通道内设置有与顶管通道壁固定的扁铁固定件，由扁铁固定件将排列的套管分隔限位；

(4)在所述顶管通道内各套管间灌注混凝土；

(5)在一端的端头电缆井放入引线，在另一端的端头电缆井采用牵引装置牵引，实现电缆穿线。

步骤(1)中，所述沉井工艺为分段浇筑、分次下沉工艺，每段浇筑混凝土达到设计强度后进行下沉作业，下沉到位后，绑扎底板钢筋，进行封底，待混凝土初凝后，立即抽水回灌到井内，保证坑底上下压力平衡。

步骤(2)中，顶进作业方法为土压平衡法或泥水平衡法。

步骤(2)中，所述顶管顶进装置的机头处设有顶管机头调节油缸，顶进过程中，通过光学传感器测量机头的仰角和滚动角，通过顶管机头调节油缸对顶进装置的机头顶进方向进行修正纠偏操作。

步骤(3)中，排管时，将顶管通道用隔离钢板分隔成多个施工段，每个施工段长度为40m～60m，所述隔离钢板上分布有穿设套管的通孔，各套管采用对缝排管方式排列。

混凝土采用分段灌注方法，所述隔离钢板上部设有出气孔管道。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明采用顶管顶进方法，并采用扁铁固定件构成抗浮装置，保证管道的稳定性，改变传统错缝排管为对缝排管并灌注混凝土，保证套管间包裹牢固，不渗漏。

2、本发明方法可广泛适用于地面有障碍物，不能拆迁或拆迁成本过大、一次顶进距离控制在250m以内的电缆管道铺设工程。

3、本发明充分利用顶管可在较深土体内、各种土层中实施的优势，既能保证地面建筑物等障碍物的安全，又能保证管体结构的安全，并可实现洞内无人操作，加快了施工进度，相对巨额拆迁补偿费用，顶管施工的费用相对较小，综合效益明显。

附图说明

图1是实施例一中扁铁固定件加固断面图。

图2是图1中扁铁与砼管连接节点局部放大图。

图3是图1的纵断面图。

图4是实施例一中穿线施工示意图。

其中：1、扁铁固定件；2、套管；3、顶管；4、沉井；5、膨胀螺栓；6、电缆线；7、牵引机构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种顶进式电缆套管通道施工方法，包括端头电缆井沉井施工、顶管施工、排管施工、灌注混凝土、电缆穿线步骤。

1、端头电缆井沉井施工

沉井工艺流程如下：准备工作→砖胎模及素砼垫层拆除→凿毛→取土下沉→下沉速度控制→沉井纠编→沉井封底、底板砼浇筑。

过程中需注意以下几点：

地下水控制

电缆井在下沉过程中如遇粉土层，为防止冒砂，沉井四周可采用搅拌桩体隔离法，可采用多轴机，也可采用旋喷桩形成止水帷幕，并设管井降水做应急处理。

掏土工艺

为确保作业人员安全，减少坑内人员作业，可采用常规人工掏土法，也可待遇小型挖机坑内作业、大型长臂挖机坑外配合的掏土工艺，可加快施工速度，降低劳动强度，同时应保证施工精度。

分段下沉施工技术

根据沉井深度，可采用分段浇筑、分次下沉工艺，每节浇筑砼达到100％设计强度后方可下沉，下沉阶段重点跟踪下沉均匀性，下沉到位后，要及时绑扎底板钢筋，快速进行封底，待砼初凝后，立即抽水回灌到井内，保证坑底上下压力平衡。

2、顶管施工

顶管施工根据工程土质及顶进长度，可采用土压平衡法、泥水平衡法等方法进行施工，下面以泥水平衡法进行说明。

泥水平衡法顶管系统包括机头、控制室、泥水回路、主顶、搅拌池、压浆等组成。

顶管总体施工工序：施工开始→测量翻样→工作井设备安装→出洞→循环(推进→排运泥浆→测量及方向纠正→下管、拼装)→顶进到位→管内设备拆除→结束。

测量控制

顶管施工采用全站仪对顶管轴线进行测量控制，仪器支架与沉井后靠背脱离，在沉井内设置独立支架。

顶管内接收激光束的光靶传感器和数据处理系统组成了顶进姿态测量控制系统，用来测量以激光导向点为参照的顶管机切削舱的测量板的垂直和水平位移、激光入射水平角及顶管机切削舱仰角及滚动角。

地面控制室操作人员通过远距离摄像监控及微机系统，对测量数据进行处理计算并将处理结果反应出来的顶管机位置偏差显示在操作室屏幕上，室内控制纠偏千斤顶对顶管机进行修正纠偏作业。

顶进参数

在计算机控制下，千斤顶一般可以100mm/min速度顶进，同时，流量计测量流量，使排泥管流量保持在1.07m³/min，泥水比重1.15t/m³，泥水舱压力80Kpa左右，泥水流量Q1≤0.65m³/min，保持泥水舱压力。

初始顶进

顶管机初始顶进是顶管施工的关键环节之一，其主要内容包括：出洞口前地层降水和土体加固、设置顶管机始发基座、顶管机机组装就位调试、安装密封胀圈、顶管机试运转，拆除洞临时墙、顶管机机贯入作业面加压和顶进等。

工作井外侧采用桩体止水时，由于泥水机器刀头慢速磨碎后仍然有较大的石块，宜采用大口径排污泵。

工作井洞口止水装置应确保良好的止水效果，根据设计预留的法兰，在法兰上安装两道工作井洞口止水装置，利用在橡胶止水法兰之前预埋的注浆孔，压注膨润土泥浆。

顶管机姿态控制

顶进过程中，机头有可能出现旋转偏差、方向偏差等情况，根据“勤测、勤纠、少纠”的原则，利用机头设置的可伸缩式千斤顶多次微调顶进方向。

泥浆减阻控制

为利用泥浆进行顶进减阻，可采用机头外径比管径大30mm，即管外与土体可形成15mm的触变泥浆膜，减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力。

顶管注浆系统分为机头同步注浆和管道补浆，分别选用A浆和B浆二种不同配方的浆液。

浆液配置技术指标参数表

注浆压力：大于地下水压力，注浆量为建筑空隙的3～5倍。

根据试验段监测数据，调整泥浆配比，在整个管道中每间隔2个管子设1个补浆断面共4个注浆孔，补浆应按顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。

出洞控制

顶管机出洞时，正面加固土体强度较高，由于顶管机与地层间无摩擦力，顶管机易旋转上飘，并易形成较大转角，需加强顶管机姿态测量，可采用刀盘正反转等措施进行调整出洞偏差，并控制在规范允许范围内。

由于管节为标准节，顶管长度与标准节长度模数不一定匹配，出洞后，应及时对管节进行切割处理，建议采用机械无损切割，最后砌筑封门结构。

3、排管施工

排管优化布置

各层排管尽量对缝排布，保证通道畅通，以确保砼灌注密实，并满足《电力工程电缆设计规范》(GB50217-2007)对套管间距的要求。

施工段隔断技术

考虑人员操作的安全性、泵送的压力及泵管的畅通，宜将整段顶管划分为若干施工段，并控制在40m～60m左右为一个施工段，并用定制8mm厚隔离钢板隔开，并根据排布确定后的套管孔位置预先完成冲孔，钢板与顶管内壁紧密连接固定。

排管方法

参见图1至图3所示，顶管3内套管2排布较为困难，先把预制管运输到顶管内，操作工人逐根自下先上排布。

抗浮技术

由于管材较轻，管材必须固定牢固，特别要避免浇筑过程中的上浮情况，管材间设计采用自制带螺杆5式扁铁固定件1，把各层排管固定住，确保浇筑砼时不飘浮。

4、砼灌注施工

根据设计要求，套管间必须灌注砼，以保证穿线时套管稳固不变形。由于一般设计布管数量较多，人也无法站立施工，为保证施工质量，我司自创了预排自制泵管、分段灌注自密实细石砼的施工工艺。

根据施工段划分设置隔离板，并排布套管固定后，利用管道内剩余上部空间，采用φ180钢管逐段焊接后送入管内用于泵送砼。

根据试验结果，高流态自密实细石砼自流距离约为25m，根据施工段长度，计算出泵管深入施工段内的长度，逐段浇筑。

为确保砼灌注密实，先把起始段作为试验段，为保证封闭段内灌注砼后空气及时排除，预留一个出气孔管道，浇筑前用木塞临时封堵，避免管内灌入混凝土。

灌注完成后通过强光手电、灌水法等，检测所有排管内是否被堵塞。

5、穿线施工

参见图4所示，首先在沉井4一侧放入引线，在另一侧，通过专用牵引装置7逐段牵引，可顺利完成一次性穿线，并保证电缆6不受损坏。

实施例二：

某地铁线路车站电力从西侧的主所引入，全长约1150米，其中200多米区段周边环境较为复杂，先后需穿越运河、砂石场、油库。

该区段因无法进行开挖，采用了较为经济的中口径顶管(1.8m内径)施工。本工程顶管区域管道底标高-8.3m～-6.0m，埋深约为6.5m～10m，主要穿越粉土层及粉质粘土层，根据本工程的土层及环境特点，顶管施工采用泥水平衡法。

顶管端部设置2个电缆井，7#工作井为圆井，直径8.5m，深度为10.5m；9#接收井为方井，平面尺寸为9.3m×6.3m，深度为8.0m，沉井四周采用旋喷桩施工止水帷幕。

沉井工艺流程如下：准备工作→砖胎模及素砼垫层拆除→凿毛→取土下沉→下沉速度控制→沉井纠编→沉井封底、底板砼浇注。

经过计算土体与井壁的摩擦力，本工程7#沉井采用“三次浇筑，二次下沉”施工技术，9#接收井采用“二次浇筑，二次下沉”，沉井到位后，立即“快速封底”。

顶管总体施工工序：施工开始→测量翻样→工作井设备安装→出洞→循环(推进→排运泥浆→测量及方向纠正→下管、拼装)→顶进到位→管内设备拆除→结束。

地面控制室操作人员通过远距离摄像监控及微机系统，对顶管内测量数据进行处理计算并将处理结果反应出来的顶管机位置偏差显示在操作室屏幕上，室内控制纠偏千斤顶对顶管机进行修正纠偏作业，纠偏采用勤测勤纠的方法。

工程采用机头同步注浆和管道补浆技术，利用管外与土体形成的触变泥浆膜，减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力。在整个管道中每间隔2个管子设1个补浆断面共4个注浆孔，补浆应按顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注，合理控制泥浆对开挖面的渗透量，避免泥浆流失过快，导致的开挖面坍塌、失稳现象发生。

通过对油库区域建筑物、地面、管道等主要监测对象进行了沉降监测，监测结构完全满足《建筑基坑工程监测技术规范》G850497-2009相关规定执行，油库建筑物最大累计沉降量为-11.48mm，油库地表最大累计沉降量为-10.40mm，变形速率及累计变量均处于控制指标内。

顶管机出洞后，及时对管节进行机械无损切割，浇筑封门结构。

本工程选用F型钢承插口成品管，顶管一端设置钢套环，一端设置企口，环内套上橡胶密封圈，管材间采用胶合板材加工的木衬垫，柔性连接，密封性能好，顶管完成后，管内无渗漏现象。

本工程设计布管数量多，管内剩余空间小，人无法站立施工，采用预排专用泵管、分段灌注自密实细石砼的施工工艺。

通过试验段，优化了排管布局，各层排管尽量做到对缝排布，以确保砼灌注密实，保证排管管道稳固，确保穿线不松动。

考虑人员操作的安全性、泵送的压力及泵管的畅通，将整段顶管划分为40m～60m左右的施工段，并用自制留孔钢板隔开，钢板与顶管内壁紧密连接固定。

顶管内管道排布较为困难，先把预制管运输到顶管内，操作工人逐根自下先上排布，并用含连接螺栓的扁铁固定件分割、固定预制管，确保浇筑砼时不飘浮，浇筑前用木塞临时封堵，避免管内灌入混凝土。

每个施工段排管完成后，利用剩余上部空间，逐段焊接钢管用于泵送砼，根据试验段分析，高流态自密实细石砼自流距离约为25m，第一段自制砼灌注泵管长度设置为施工段长度的2/3即30m左右，首先浇筑管内30-45m内砼，通过外接泵管的压力分析及施工人员的洞内观察后，利用另外排设的一道12米长左右的管道，灌注12-30m段的砼，最后浇筑剩余段砼。

灌注完成后通过高强手电、灌水法等，检测所有排管内是否被堵塞。

本工程采用机械穿管方式一次完成穿线工作，首先放入引线，在7#井下放电缆线，9#井通过专用牵引装置逐段牵引，顺利完成穿线，电缆未受损坏。

本工程电缆通道经过河道、沙场、油库区，施工条件恶劣，其中河道段原设计采用围堰施工，需经航道局备案并要赔偿沙场损失费，后经优化采用本工法后，通过加深工作井，直接从河底穿越，省去了围堰费用及沙场赔偿费。

顶管段原设计采用3个电缆井，其中一个在沙场内，后经优化采用本工法后，电缆井仅设置2个，1个工作井、1个接收井，228米长一次顶进，省去了沙场赔偿费及一个工作井的费用。

过油库段不允许在油库区内开挖施工，无法采用明挖法施工，必须采用地下暗挖法施工，本工法费用约为隧道式大口径电缆通道造价的1/2左右，满足了使用要求，经济效益明显。

Claims (6)

1.一种顶进式电缆套管通道施工方法，包括下列步骤：

(1)端头电缆井沉井施工：在需要穿越的障碍物的两端分别设置端头电缆井，采用沉井工艺进行施工，所述两个端头电缆井的直线距离不大于250米；

(2)顶管施工：采用顶管顶进装置从一个端头电缆井向另一个端头电缆井进行顶进作业，构建连通两个端头电缆井的顶管通道；

(3)排管施工：在步骤(2)获得的顶管通道内排列布置套管，所述顶管通道内设置有与顶管通道壁固定的扁铁固定件，由扁铁固定件将排列的套管分隔限位；

(4)在所述顶管通道内各套管间灌注混凝土；

(5)在一端的端头电缆井放入引线，在另一端的端头电缆井采用牵引装置牵引，实现电缆穿线。

2.根据权利要求1所述顶进式电缆套管通道施工方法，其特征在于：步骤(1)中，所述沉井工艺为分段浇筑、分次下沉工艺，每段浇筑混凝土达到设计强度后进行下沉作业，下沉到位后，绑扎底板钢筋，进行封底，待混凝土初凝后，立即抽水回灌到井内，保证坑底上下压力平衡。

3.根据权利要求1所述顶进式电缆套管通道施工方法，其特征在于：步骤(2)中，顶进作业方法为土压平衡法或泥水平衡法。

4.根据权利要求1所述顶进式电缆套管通道施工方法，其特征在于：步骤(2)中，所述顶管顶进装置的机头处设有顶管机头调节油缸，顶进过程中，通过光学传感器测量机头的仰角和滚动角，通过顶管机头调节油缸对顶进装置的机头顶进方向进行修正纠偏操作。

5.根据权利要求1所述顶进式电缆套管通道施工方法，其特征在于：步骤(3)中，排管时，将顶管通道用隔离钢板分隔成多个施工段，每个施工段长度为40m～60m，所述隔离钢板上分布有穿设套管的通孔，各套管采用对缝排管方式排列。

6.根据权利要求5所述顶进式电缆套管通道施工方法，其特征在于：混凝土采用分段灌注方法，所述隔离钢板上部设有出气孔管道。