城市电力隧道施工发展前景及工法比选

周艳文 陈亚军 龙 彪 彭 帆

(中建五局土木工程有限公司，湖南 长沙 410004)

0 引言

随着我国城市发展越来越块，人们用电需求不断增加，电力负荷不断飙升，电力供应不足已成为城市通病。因此我国电网也进入了密集建设时期，然而电网建设掣肘多、增容改造阻力大、建设征地难，对于电网规划建设过程中遭遇诸多难题。同时电力负荷高速增长和电力通道资源稀缺是城市电网建设的主要矛盾，为满足城市绿色发展以及生存空间的需求，建设城市电力隧道势在必行[1,2]。

1 电力输送通道概述

电力输送通道是电力工程的一部分，担负着电力资源向千家万户输送的任务，传统的电力输送通道主要是在地面上每隔一定的距离架立电线杆或者铁塔，然后将电线设置于各电线杆或者铁塔的顶端，形成有一定高度的架空线，如图1所示。虽然这种方法在一定程度上减少了电力输送通道对地面空间的影响，但是随着我国城市规模的高速发展，传统电力输送通道所暴露出来的问题越来越多，包括如下几点：

1)传统电力输送通道施工难度较大，同时易发生断导线、漏电等事故。

2)由于线路走廊和同杆回路数受限，高压架空线输送受制约，导致许多街道输送容量跟不上社会用电的发展。

3)传统电力输送通道的增加严重影响城市美观。

4)传统电力输送通道的运行方式落后且不灵活，停电概率高，影响居民正常生活。

5)传统电力输送通道往往立于地面10 m以上，因此限制了绿化带树木的生长高度。

因此与架空线路相比，电力隧道运行安全、辐射小，输送线路埋入地下，避免了架空线对城市造成的所有弊端。

2 电力隧道的特点

与国外相比，我国电力隧道的建设正处于起步阶段，主要还是集中于北京、上海、广州等一线城市。由于国内缺少相关标准规范，因此在电力隧道的设计施工以及运营养护等方面均参照地铁建设的经验[3-5]。

2.1 建造位置特殊

根据电力隧道的使用功能，电力隧道的选址往往在城市的繁华闹市区域以及主干道附近。然而这些区域一般均已进行过高强度的开发，可利用的空间较为稀少；同时在电力隧道的设计以及施工时，还需要考虑电力隧道对周边其他构(建)筑物和设施的影响。

2.2 隧道横截面尺寸和区间转弯半径小

电力隧道由于受规模和造价的制约，电力隧道直径较一般的城市轨道交通隧道直径要小。隧道线路一般规划设计在道路中间绿化带下受场地和线路走向的限制，同时城市建设规模和结构已基本成型，为避免与既有地下结构发生碰撞，电力隧道在设计过程中往往出现许多小曲线路径。

2.3 电力隧道过井多

为满足电缆出线、人员检修、隧道通风功能，基本约500 m设计一座过井；标准的过井设计，对运行运维功能都较好。工作井的规模和间距直接影响工程总体投资和工期。

3 电力隧道工法比选

电力隧道常用施工工法主要涉及明挖隧道工法、矿山法隧道工法、顶管法隧道工法、盾构法隧道工法[6-10]。比较如表1所示。

表1 电力隧道工法比较 万元/m

3.1 明挖隧道工法

明挖隧道工法(简称明挖法)是当前地下工程施工的主要方法，尤其是地铁车站等大型地下建筑物的施工，如图2所示。采用明挖法施工的前提就是不影响地面交通和周边环境，由于是在地面进行明挖施工，因此可以有多个施工作业面同时进行施工，提高了施工的速度、保证了工程质量，所以在地面交通和环境条件允许的地方，都会尽可能的采用。但是明挖工法建设场地征用及清理费较高，对工程造价影响较大，对工期影响也较大；同时在明挖施工时会占用到既有道路的空间，需要对道路进行持续的封闭，影响周边居民生活以及城市交通稳定。明挖工法一般包括明挖顺作法和逆作法；其中，逆作法又包括盖挖顺作法和盖挖逆作法。

3.2 矿山工法

矿山工法与明挖工法相比，矿山法的最大的不同就是避免了明挖法施工所需要的征地迁改，最大限度减少了对建筑及居民生活造成的干扰，减少了对地面环境的影响；然而其缺点也是显而易见的，由于矿山法是大面积的进行坑洞的横向开挖，如图3所示。因此地下作业风险较大，在施工过程中常出现沉降过大，在围岩不稳定地层甚至塌方；施工作业中产生的粉尘对环境污染严重，采用爆破开挖工法，对周边不良影响较大；混凝土品质不均匀，质量难保证。

3.3 顶管隧道工法

顶管隧道工法是一种类似于盾构工法的地下工程非开挖管道铺设方法，它是采用液压油缸将管段顶入由切削刀盘或掘进机形成的钻孔中构成衬砌的进的桶径缸施工方法。因此，顶管技术也被称为液压顶进技术，其管机实质是所用顶管在主顶工作站的作用下，由始发井始发，顶进至目标工作井，如图4所示。其优点包括：地面作业少，振动、噪声引起的环境影响较小；工法及造价较为稳定，工作井的规模和间距直接影响工程总体投资。然而它的缺点也是很明显的，包括需要注意接缝防水处理、地表沉降控制等问题；顶推能力有限，无法实现超长距离隧道施工；无法实现小曲线半径施工。

3.4 盾构隧道工法

盾构隧道工法是采用一个前端具有岩土切削及收集功能的筒体结构，即盾构机在岩土内进行掘进。具体来说，依靠盾构机前端的刀盘进行岩土的切削，在盾构机刀盘切削过程中将切削下来的岩土运出，与此同时借助盾构机后端的千斤顶将盾构机进行顶进，以保证盾构机在岩土中掘进且形成隧洞，如图5所示；盾构机的外壳能保证围岩不发生坍塌失稳，同时在外壳内进行管片的拼装形成衬砌，此时的衬砌管片作为盾构机千斤顶的推力作用点，保证盾构机向前掘进。由于盾构机向前掘进，围岩最终将脱离盾构机外壳的支撑，此时的围岩将由之前拼装完成的衬砌管片进行支撑，为在此过程中不扰动围岩，通常会在衬砌管片后进行注浆。

盾构工法适用于松散土层或者单轴抗压强度很高的岩土中，如在软塑性或流塑性的地层，以及中风化或微风化地层，在富水地层区域或不稳定地层区域施工时不会引起较大扰动。它的优点包括：

1)工法及造价较为稳定，工作井的规模和间距直接影响工程总体投资。

2)避免了征地拆迁，减少了对城市交通影响，避免了对周边环境的破坏。

3)安全性高、施工速度快、劳动强度低，对周边环境影响小、可控性强。

4)更加灵活的线路布置方式。能够绕过各种地下构筑物，使得电缆能够连接电源和布置在建筑群中的变电站。

它的缺点包括：1)设备造价高，短区间施工经济性差。2)施工工艺较复杂。

4 结语

从城市地下空间开发、隧道施工方法等角度分析，可得出以下结论：

1)由于在新建城区等周边建(构)筑物稀少的区域施工对周边的环境影响较小，因此适用于明挖工法，同时埋深不可太深，否则造价会很高。

2)若所修隧道距离适中，且断面直径大于4 m，则适用于顶管工法。

3)若隧道长度大于500 m则适用于盾构工法。

4)盾构法电力隧道安全、高效、省力且对周边环境影响小、可控性强，因此必将是今后电力隧道建设的一大重点。