成都交子公园金融商务区能源站对外接驳施工技术研究

中图分类号：TU990.3

在新型城镇化与能源结构转型的双重驱动下，地下能源站凭借其空间集约、环境友好等优势，成为城市能源供应体系的重要支撑。对外接驳工程作为地下能源站与城市能源网络的衔接枢纽，其技术体系的科学性与先进性直接影响能源输送的能效、稳定性及全生命周期安全性。当前，该领域研究多聚焦单一技术应用，缺乏系统性理论建构与多学科交叉研究。本研究以成都交子公园金融商务区供冷供热工程为典型案例，基于多学科理论框架，对地下能源站对外接驳施工技术进行深度解构与创新探索，旨在填补理论空白，为行业发展提供新的学术视角与实践路径。

1 工程概况与地质条件分析

1.1 工程概况

成都交子公园金融商务区供冷供热工程（分布式能源河东 1#站）位于城市核心区域，承担着为约 70 万㎡商办建筑供冷供热的重要任务。项目总建筑面积 9799 ㎡，设计总冷负荷 55540KW，总热负荷约 27890KW。该项目分两期开发建设，一期工程旨在满足约30 万㎡区域的近期能源需求（见表1）。

表 1 成都交子公园金融商务区供冷供热工程（河东 1# 站）一期工程主要参数

由于项目地处城市核心区域，周边环境复杂，施工场地受限，加之管网布局复杂、供能标准严苛，对对外接驳施工技术提出了极高要求。在能源输送过程中，需确保供冷供热的稳定性和高效性，满足商业办公建筑的多样化需求。因此，该工程在对外接驳施工技术的应用上具有典型的示范意义（见图1）。

别，进而有的放矢地规划应对策略。而且，组织岩土工程、结构力学、管道工程等多领域专家会审，全面评估施工方案的科学性与创新性，保障其技术可行、经济合理。

物资设备管理层面，采纳供应链协同模式，能显著提效施工。依循精准的施工进度规划，实现资源按需精准调配，确保各类物料、设备在关键节点精准供应。引入物联网技术，全程监控关键设备，实时追踪设备运行、维护状态，故障隐患可及时排除，设备性能得以稳定，施工延误风险随之消弭。

施工工艺流程秉持“先地下、后地上，先深、后浅”原则，构建起多工序紧密协作体系。降水井施工巧用真空井点降水与管井降水相融的复合降水法，依据渗流力学精准计算，明确降水井布局与抽水量，使地下水位稳降至施工面之下，为后序工序铺就坦途。支护桩开孔采用旋挖钻机搭配套管护壁工艺，依土压力理论严控成孔参数[2]。旋挖钻机钻孔高效，套管护壁则稳住孔壁，防止孔壁坍塌。施工全程，以实时监测数据为指引，实现工序动态衔接。例如依据降水井水位监测，合理调配支护桩开孔、管道安装时间，形成闭环控制系统，保障施工连续可控。

2.2 顶管施工技术

顶管施工作为热力管道接驳核心工艺，深度融合岩土力学的土压力传递理论与机械工程的动态载荷建模理论，施工前通过全站仪（测量精度 ±1mm）与卫星定位系统（RTK 定位精度 ±2cm）构建毫米级空间坐标基准，结合地层力学参数（如卵石层内摩擦角38°、黏聚力 8kPa、天然重度 19kN/m³）建立基于太沙基松弛土压力理论的顶进力学模型，推导顶进总阻力公式（其中侧压力系数、覆土厚度、地面超载、顶进长度、管壁摩擦角，经计算理论顶力为11750kN，与现场实测值误差 <2% ，并通过有限元模拟优化顶进路线坡度至 1.5°，使地表沉降预测值降低 18% 。施工时采用泥水平衡顶管技术维持开挖面稳定，基于水土压力平衡方程（静水压力、土压力、安全储备压力），通过电磁流量计（精度±0.5%）与压力传感器（精度 ±0.2%FS）构建闭环控制系统，利用 PID 控制算法（比例系数、积分时间微分时间）实现泥水压力波动 ±10kPa 精准控制。顶力控制遵循“分级加载、实时反馈”原则，通过压力传感器（采样频率 10Hz ）与西门子 PLC 控制器搭建智能控制系统，根据顶进阻力动态调整顶力（控制精度 ±5kN），避免土体扰动导致地面沉降。监测体系融合分布式光纤布里渊散射技术（应变监测精度 ±1με）与全站仪自动监测（平面位置中误差 ±2mm），实时采集土体位移、管道轴线偏差等参数，基于 LSTM 神经网络建立施工参数与监测数据关联模型（训练集位移预测均方根误差 2.8mm ），当监测到土体位移超预设阈值（如 30mm ）时，系统自动触发泥水压力与顶进速度协同调整机制（顶进速度从 20mm/min 降至 10mm/ min），实现施工风险的智能预警与闭环控制。该技术体系通过力学模型精准建模、智能系统动态调控、多源监测数据融合的跨学科协同，构建了“理论预测 - 过程控制 - 风险预警”的全链条技术范式，解决了复杂地层条件下顶管施工的力学响应精确分析与安全风险智能防控难题，为同类工程提供了基于多学科理论的标准化技术路径，显著提升了地下能源站接驳施工的科学性与可靠性。

图 1 成都交子公园金融商务区供冷供热工程（河东 1# 站）地理位置示意图

1.2 地质条件分析

本工程区域属大陆季风气候区，地质构造总体稳定，但地层条件错综复杂。自上而下分布杂填土、素填土、细砂、卵石层及泥岩等。其中，卵石层因粒径参差不齐、密实度差异较大，在顶管施工时易加剧刀盘磨损，同时削弱周边土体稳定性。泥岩层遇水易发生软化，对管道接口的密封耐久性极为不利。此外，区域地下水位较浅、水力梯度复杂，若降水措施不当，易引发流沙、管涌等地质灾害，导致施工风险显著增加。故施工技术需精准适配地质，经岩土力学缜密分析，制定专项工程举措，保障施工安全与工程质量[1]。

2.1 施工准备与工艺流程

施工准备是对外接驳施工顺利开展的根基。在技术筹备上，运用 BIM（Building Information Modeling）技术模拟施工意义非凡。将详实的地质勘察资料纳入模型，搭建三维地质模型，能让地下地质形态一目了然。借由提前预演施工流程，如管道穿过多层土层时的安装障碍、降水措施对周边土层稳定性的干扰等风险点均可提前识

2 对外接驳施工技术要点

2.3 管道接口处理

管道接口处理作为能源输送系统密封性与结构完整性的核心控制环节，本工程采用焊接与法兰连接复合技术，深度融合材料科学的相变理论、焊接工程的热过程控制及机械设计的接触力学理论。焊接工艺基于管道材质 Q345B 的化学成分（ C=0.20% 、Mn=1.40%、 Si=0.35% ）与力学性能（屈服强度 345MPa、抗拉强度470MPa），通过碳当量公式计算得，判定需采用预热工艺防止冷裂纹。运用MTS 全自动焊接机器人，基于焊接热循环模拟（采用双椭球热源模型，热输入量）优化焊接参数：预热温度 120±10^∘C ，焊接电流 180-220A，电弧电压 22-25V，焊接速度 300-350mm/min，层间温度控制≤ 250℃。通过分段退焊工艺（每段长度 300mm ，间隔时间 5min）降低焊接残余应力，经 ANSYS 模拟验证，纵向残余应力从 320MPa 降至 250MPa，降幅达 21.9%。拉伸试验（GB/T228.1-2021）显示接头抗拉强度 515MPa，断裂位置均位于母材，焊缝金属冲击韧性（-20℃）达 85J，满足《压力管道规范》（GB/T 20801-2020）要求。法兰连接环节遵循 ASME B16.20 标准，针对热力管道高温（150℃）高压（1.6MPa）工况，采用金属缠绕垫片（材质 304SS+ 柔性石墨）与 8.8 级 M30 螺栓组合。基于接触力学理论建立法兰 - 垫片系统有限元模型（Solid186 单元，网格尺寸2mm），模拟不同螺栓预紧力（30-60kN）下的垫片压缩率（目标值 15%-20%）与接触应力分布，优化螺栓预紧力至 45-50kN，使密封面平均接触应力达 120MPa（≥标准要求的 80MPa），接触应力不均匀度系数从 1.52 降至 1.18。螺栓紧固采用液压扭矩扳手（精度 ±3%），遵循“对称分级”原则：分 3 次加载至额定扭矩（首次 30%、二次 60% 、最终 100% ），每次间隔 5min，通过应变式扭矩传感器实时监测预紧力衰减，确保螺栓受力偏差≤ 5%。气密性试验采用 1.1 倍工作压力（1.76MPa）保压 30min，运用氦质谱检漏仪（检测精度）测得泄漏率 0.032%/h，优于 ASMEB16.5 标准限值（0.1%/h）。

2.4 防水与回填技术

要保证地下能源站长期稳定运行，关键得构建“防、排、截、堵相结合，刚柔相济”的综合防水体系。管道外壁用环氧煤沥青防腐涂层搭配聚乙烯夹克管做双层防护，既靠电化学防腐原理，又通过物理隔离，大大提升抗腐蚀能力——环氧煤沥青防腐涂层在管道表面形成紧密保护膜，从源头上阻止电化学腐蚀，聚乙烯夹克管再额外加一层物理防护，隔绝外界侵蚀。接口处采用遇水膨胀止水胶和丁基橡胶密封带复合防水，利用材料遇水膨胀、弹性密封的特性，打造多道防水防线，遇水膨胀止水胶沾水就迅速膨胀填满缝隙加强密封，丁基橡胶密封带弹性好、耐老化，双重保障接口防水效果。

周边回填采用级配砂石和灰土分层回填，依据压实度理论和土体力学特性，经优化确定合适的回填材料配比和分层厚度。回填时振动压实和静压交替使用，用核子密度仪实时监测压实度，保证回填土密实度符合设计要求。

3 质量控制与安全保障措施

3.1 质量控制措施

质量控制体系围绕PDCA 循环，打造覆盖全过程、涵盖全要素、全员参与的质量管控模式，搭建基于物联网和大数据的质量信息管理平台，实现原材料溯源、施工过程监控及质量检测数据的实时采集与分析。对原材料及相关构配件检验实行双随机抽检，增加耐久性、耐候性试验，确保材料满足工程全生命周期需求。

施工过程质量控制采用“三检一验”制度，即班组自检、工序互检、专职质检员专检与监理单位验收。运用智能检测设备对关键工序进行质量检测，如采用激光扫描技术检测管道安装轴线偏差，利用超声波探伤仪检测混凝土结构内部缺陷。建立质量追溯与责任追究机制，通过质量奖惩制度激励全员参与质量管控。

3.2 安全保障措施

安全保障体系以风险预控为核心，构建“风险辨识 - 评估 - 管控 - 应急”的全链条安全管理模式。采用 LEC 作业条件危险性评价法对施工过程中的危险源进行系统辨识与风险评估，确定风险等级并制定相应管控措施。施工现场安全管理实施网格化管理，明确各网格安全责任人。运用智能监控系统对施工现场进行全方位、无死角监控，实现安全隐患的自动识别与预警[3]。

为让作业人员安全意识和应急处置能力同步达标，安全教育培训打破常规，将理论知识教学与虚拟现实模拟融合，让作业人员在沉浸式体验中掌握安全要点。应急管理体系构建分级响应机制，针对不同情况制定专项应急预案，还定期组织演练，确保在紧急情况下能够有效应对。同时备足配齐应急救援设备和物资，与周边医疗机构、消防部门建立紧密联动机制，一旦突发意外，就能迅速、高效开展救援，最大限度降低损失。

4 结论

本研究聚焦成都交子公园金融商务区供冷供热工程，深入研究构建起一套完整的地下能源站对外接驳施工技术体系，从多学科融合的角度出发把施工技术和工程地质、结构力学、流体力学之间的联系都分析清楚，进而提出极具创新性的技术方案。这套成果不仅能给类似工程提供现成的技术模板直接拿来用，还为相关学术研究提供了新的理论依据。随着城市地下空间开发不断推进能源技术也在持续迭代，这个领域肯定会遇到更多挑战但同样也充满机遇，所以还应加大多学科交叉研究的力度不断推动技术创新，这样才能跟上城市可持续发展的步伐。

参考文献

[1] 李成思 . 未预留接驳地铁车站新增通道施工方法及管理要点分析 [J]. 中文科技期刊数据库 （ 引文版 ） 工程技术 ，2025（3）：138- 141

[2] 许世雄 . 南京某地下能源站深基坑支护施工技术 [J]. 上海建设科技 ，2023（1）：42- 45

[3] 郑刘孙 . 地铁站接驳地下商业空间连接通道给排水设计分析[J]. 安徽建筑 ，2022，29（8）：74- 76

作者简介：何方祥（1989.05），男，汉族，籍贯贵州省遵义市，硕士研究生学历，毕业于浙江大学，结构工程专业，高级工程师，施工技术研究；