阐述直径大直径顶管工程施工工艺及策略

论文导读：次下沉，冷缝连接采用预埋钢板止水。（2）主要工艺流程地基处理基坑测量放样降水井布设刃脚垫层施工立井源于：论文格式范文模板www.7ctime.com筒内模和支架钢筋绑扎立外模和支架浇捣混凝土养护及拆模封砌预留孔凿除垫层挖土下沉沉降观察沉井到位混凝土封底绑扎底板钢筋浇捣底板混凝土混凝土养护沉井四周注浆。3.2
【摘 要】本文以武汉市杨春湖地区高压线路迁建友谊大道隧道顶管工程为例，对大直径顶管工程施工工艺及方法进行了分析，本文通过对该类工程的设计施工过程的中遇到的各类问题进行了总结分析，希望本文的分析为大直径顶管工程施工的施工规划做出的有益的帮助。
【关键词】工程施工；大直径；顶管工程
1、引言
随着我国城市化进程的不断推进，地下空间的利用和开发受到越来越多人们的重视。顶管法作为一种暗挖施工技术，是一种在不挖开表层土地的基础上，完成管道敷设的技术，其技术优势独特，具有无可比拟的优点，得到越来越广泛地应用。但是顶管法施工不可避免地会引起地下和地面土体的移动，在土中产生附加应力。当土体位移过大时，将对周围建（构）筑物和邻近地下管线构成危害，因此，顶管工程是隧道类工程中难度较大的工程，其工程难度较大，本文以武汉市杨春湖地区高压线路迁建友谊大道隧道顶管工程为例，对大直径顶管工程施工工艺及方法进行了分析。

2、大直径顶管工程的原理及施工控制难点

2.1 顶管工程的原理

顶管施工就是借助于主顶油缸及管道中继站的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直顶至接收井内。与此同时，也把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间。在顶进过程中，通过工具管或掘进机平衡正面土体的压力，同时通过管道将机头内掘进的土体运出井外。

2.2顶管工程的特点

（1）设备的专用性较高，对设备的依靠程度大
每一项顶管工程均需根据其管径、壁厚和地质情况等设计制造该工程的专用设备。即使同一直径的顶管，也会因地质条件不同而选用不同切土形式、不同循环方式和不同止水结构的顶管机。
（2）具有一定的风险性，必须技术超前
顶管工程是地下工程，一旦遇到地质与设计不符、顶管机头故障或渗漏进水等意外情况，处理起来比地面复杂，甚至不可收拾而使整个工程失败。要求善于总结、技术超前、对可能出现的问题更有预见性，从而避免意外和风险出现。

2.3顶管工程的施工控制难点

顶管为非开挖施工，因此在施工过程中对以下几点进行控制。
（1）根据不同地质选择顶管机和刀盘。在顶管施工中，对地质情况的了解至关重要，不同的地质对顶管机和刀盘都有较高的要求，也是整个工程施工的成败关键点。在实施顶管工程之中，要在探明地质情况后正确的选择设备是顶管施工成败的基础。
（2）克服长距离顶管施工过程中磨阻力不断增大的影响以及顶力的损失。
（3）顶管施工穿越软硬不均土层时可能出现轴线偏移，顶管起拱、机头下沉等现象的控制。

3、大直径顶管工程施工工艺及方法

3.1 工程简介

武汉市杨春湖地区高压线路迁建友谊大道隧道顶管工程位于青山区友谊大道建设十路和王青公路之间，原设计方案为开挖土体后，施工钢筋混凝土箱涵。后由于地下障碍物的影响和保护周边建筑物等原因，将部分地段调整为顶管施工。本工程顶管内径为D3000mm，外径为D3600mm，顶管分为友谊大道段和三环线段，友谊大道共两段长度分别为530m和420m，由二座工作井和一座接收井相连接组成。三环线段总长397m，由一座工作井和一座接收井相连组成。其中，顶管管节中心线标高位于地面以下约-9.3m处，顶管管节直径为3.6m，壁厚30cm，混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P10，顶管外接头处设置有两道环状楔形橡胶圈；工作井和接收井底标高（刃脚底部处）位于地面以下-15.5m处，底板顶标高为-1

2.3m，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为P8，壁厚为1m。

3.2 主要工程施工工艺及方法

3.

2.1沉井施工

（1）工程概况 本工程工作井、接受井采用沉井施工法施工，沉井施工采用水泥搅拌桩止水，同时结合深井降水法进行挖土下沉干施工。接收井、工作井井壁分二次浇筑，二次下沉，冷缝连接采用预埋钢板止水。
（2）主要工艺流程
地基处理基坑测量放样降水井布设刃脚垫层施工立井源于：论文格式范文模板www.7ctime.com
筒内模和支架钢筋绑扎立外模和支架浇捣混凝土养护及拆模封砌预留孔凿除垫层挖土下沉沉降观察沉井到位混凝土封底绑扎底板钢筋浇捣底板混凝土混凝土养护沉井四周注浆。

3.

2.3顶管施工

（1） 概况 顶管管径为DN3600，管节为2.5m一根，混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P10，顶管外论文导读：。此时的土体难以对机头产生较大反力，难以对机头起到导向约束作用，故此时产生的偏差很难纠正，甚至是纠不过来的。因此，出洞顶进时一定要注意，用激光经纬仪随时测量监控，保证顶头和第一节管子位置正确。采用上述洞口结构和周密的操作技巧，可避免出洞这一关键工序中可能出现的诸多问题，确保顶管出洞万无一失。顶管机下
接头处设置有两道环状楔形橡胶圈。三环线顶管总计397m，管径为DN3600，顶管施工穿越粉质粘土和淤泥质粘土，水平直线顶进。
（2）顶管工艺的选择
DN3600 管道主要穿越地质为粉质粘土层和淤泥质粘土层，根据我单位长期施工的经验和各种顶管机头的优劣来分析，三环线顶管采用泥水平衡顶管工艺，该工艺适用土质范围较广，沉降较小，进度较快。
正常顶管时，顶管机及管道内的操作均由地面操作者完成，所有的操作元件均由电缆、油管集中至地面操作室进行控制，所有运行数据由电缆传输信号至地面操作室以便操作者监控并发出操作指令。顶管机能持续自动地记录其各种状态及管道线路的位置等数据。自动记录系统包括泥土和地下水压力，机头倾斜、旋转，纠偏状态，前进速度，顶进长度，泥水压力、刀盘扭矩，顶进负荷，及中继间运作等。此系统在自动系统出现故障时能手动监测，以保证管道在自动系统的修复过程中能继续前进。
（3）顶管主要的施工方法
（1）顶管出洞、进洞技术
A、顶管出洞
顶管出洞是指顶管机和第一节管从工作井中破出洞口封门进入土中，开始正常顶管前的过程，是顶管的关键工序，也是容易发生事故的工序。
顶管出洞前在洞口安装止水出口器，出口器由内径略小于管节外径的橡胶密封圈和内径略大于管节外径的钢法兰组成。顶管机头在井内管床就位，调试完毕，作好出洞的一切准备后，便将机头穿进橡胶密封圈顶入预留的洞中，首先将洞口的砖墙切磨机头随之顶入土体中间。同时在机头与洞口的缝隙中注满膨润土泥浆，以润滑管道，支护土体。
顶管出洞对操作者要求也很高，这是因为出洞时顶管机未被土体包裹，处自由状态，而使顶头出洞的主千斤顶顶力是巨大的，因此，控制操作哪怕出现少量不均匀或土质不均匀，使各千斤顶的行程不等，也足以使顶头和第一节管子偏离设计轴线。此时的土体难以对机头
产生较大反力，难以对机头起到导向约束作用，故此时产生的偏差很难纠正，甚至是纠不过来的。因此，出洞顶进时一定要注意，用激光经纬仪随时测量监控，保证顶头和第一节管子位置正确。
采用上述洞口结构和周密的操作技巧，可避免出洞这一关键工序中可能出现的诸多问题，确保顶管出洞万无一失。顶管机下方两侧设有止退插销，在顶管机出洞时，当千斤顶松开时应插入止退插销，防止顶管机被土压力向后推回。
B、顶管进洞
顶管进洞，是指一段管道顶完，顶管机破进洞口封门进入接收井，并作好顶管机后一节管与进洞摘自：本科毕业论文评语www.7ctime.com
口的密封联接的过程。
顶管机进洞前也应对洞口外土体进行防渗注浆，并留有足够的固化时间。顶管机进入加固土体并到达洞口外侧时，割除钢封门，将顶管机顶入接收井。
（3）膨润土泥浆减阻及置换
优质膨润土泥浆具有良好的触变性与润滑性，将其压到管外壁，包裹住管子，可大大减小管外壁与土壤间的摩阻力。若压浆技术得当，压浆管分布合理，膨润土质量好，摩阻力可大为降低。
注浆孔应合理分布，机头及其后面10节管每节都设有注浆孔，使泥浆及时填充管壁与土间的全部空隙（机头外径比管节外径大20mm，故有空隙），其后逐步过渡到每3节管加设一节带有注浆孔的管节，及时补浆，使全线管壁都包裹在泥浆套中。注浆管节分为四孔出浆的A型管和三孔出浆的B型管两种，间隔布置。
顶力在控制值之内十分重要。若顶力过大，会带来一系列问题，各方面的控制都会困难，故膨润土泥浆压浆绝不可轻视。
（4）中继间的应用
1）中继间工作原理
本工程顶管距离较长，且该地区土质有一定遇水膨胀性，因此顶管施工必须使用中继间。中继间把一次顶进的管道分成若干个推进区间。在顶进过程中，先由若干个中继间按先后程序把管子推进一小段距离后，再由主顶油缸推进最后一个区间的管子。
中继间的结构主要由壳体、油缸、密封件等组成。中继间油缸的供油方式有两种：一是利用主顶油泵通过高压供油管把压力油供到中继间油缸，另一种是在中继间附近安装一台中继间油泵。本工程管径较大，距离较长，采用在中继间附近安装一台中继间油泵较好，压力损失很少。
2）中继站使用数量的设计
本工程顶管距离较长，且该地区土质有一定遇水膨胀性，因此顶管施工必须使用中继间。中继间把一次顶进的管道分成若干个推进区间。在顶进过程中，先由若干个中继间按先后程序把管子推进一小论文导读：
段距离后，再由主顶油缸推进最后一个区间的管子。
目前，顶力计算公式较多，且计算值相差很大，设计中继站所使用的公式很多时候不能反映实际顶力变化情况。因顶管的不可预见性，影响顶力的随机因素较多，如沿途地质条件发生变化，常会使顶力发生突然变化，为安全起见，设计中继站时通常比较保守，一般采取取高保险系数和设计计算时参数按较大情况考虑，综合考虑技术因素和经济因素。
设计中继站数量时，总顶力可做如下分配：工具管的迎面阻力由1#中继站承担，其余中继站各承担其前面管道的阻力。主顶泵站承担最后一段管道的顶进。具体如下：
中继间在管道顶进中要反复伸缩，其结构必须可靠、橡胶圈必须有抗磨损措施，因中继间出问题可能会导致顶管全线失败。根据中继间顶力、管节允许承受的顶力、膨润土泥浆的润滑效果以及顶管工程所必须的安全系数。
（5）掘土及出土
泥水平衡顶管机前部土体通过切削刀头切削土体，通过压力水进行充分搅拌后，变为泥水，泥水通过泥水软管依靠污泥泵的强大动力输送至工作井上部泥水沉淀池内。刀盘遇到砾石、石灰岩、砂砾石及砾质粘性土后，安装在切削刀盘上的滚刀可对砾石等进行一次破碎，圆锥破碎机构利用剪切原理对进入破碎室的石块进行第二次破碎，使石块破碎成能进入排泥管的大小尺寸，泥水经沉淀后，再通过高压水泵进入顶管机前部，完成一个循环。沉淀池内沉淀的泥浆采用轮式反铲挖掘机挖掘，装入全封闭的泥水运输车，运至堆场。
a）注浆减摩
注浆减摩是顶管中十分重要的一个环节，尤其在长距离顶管中它是顶管成功的及其重要的关键环节。
顶管中管节与土体表面的摩擦属于滑动摩擦中的湿润摩擦。顶管工程中，如注入的润滑浆套能够在管道的外周围形成一个较完整的浆套，那么其减摩效果会十分满意。在长距离顶管中，如这一段管道直到加中继间前，一直很正常。但随着距离的增长，这段管道在经过不同的土质时，推力上升得很快，中继间的推力业不得不提高。一旦超过混凝土管所能承受的极限时，混凝土管很可能被破坏，工程极有可能报废。其中起到润滑减摩的浆套无法形成或无法完全形成则是可能是主要的原因之一。
顶管施工中注浆润滑材料主要使用膨润土。膨润土有钙基膨润土和钠基膨润土。钠基膨润土与钙基膨润土相比，浆液的膨润性增加，触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都变好。顶管施工用的膨润土应选用钠基膨润土。
注浆效果的好坏除与注浆材料有关外，还与注浆孔的布置、注浆泵的选用和注浆压力有关。
为使浆套更容易形成，将注浆孔布置在管子的止水钢环处，浆液出来先在钢套环与混凝土管外壁之间的空隙先形成一个浆套，然后继续注浆，浆液就从这个空隙中挤出。这样浆套比较容易形成，注浆效果容易明显。一般在顶管掘进机后连续放置10节有注浆孔的管子，不断注浆，使浆套在管子外面保持得比较完整以后再间隔几节管子放置一节有注浆管的管子用以补浆。在注浆孔中安装一只单向阀，浆液注出后不会返回，外面的土砂也不可能流回使注浆管路堵塞，确保注浆管路的畅通。
注浆泵应该选用脉动很小的螺杆泵，浆液不会因脉动的峰值压力最高时扩散到土体中。
注浆压力不宜用的过高，因注浆压力太高易产生冒浆，不易形成浆套，并且过高压力作用在管子上时会增加管子周边的正压力，会使顶进时的推力增大。

4、软硬不均土质的顶进

根据地质报告本工程顶管截面内包括了粘土层和淤泥层，这给控制顶进轴线带来较大困难。顶管穿越该类软硬不均土层时可能出现轴线偏移，顶管起拱、机头下沉等现象，对于此现象采取的措施有以下几方面：
①控制顶进速度
在进入软硬不均地段时，顶进过程中时刻注意观察泥土仓压力，保持泥土仓的泥水压力平衡，避免土体超挖和顶管机的过量挤进引起地面隆起和沉降，保持掘土与顶进始终处在动态平衡状态。
②加强膨润土泥浆压浆和采用压载配重消除沉降和隆起
泥浆在顶管中起润滑与支护双重作用，在管外壁与土间始终充满膨润土泥浆，支护着管周土体不挤向管外壁，可以减小沉降。当管节拱起上浮时，采用砂袋压载配重的方式压制管节上浮起拱。
③采用千斤顶纠偏
轴线发生偏移时使用千斤顶对轴线进行纠偏，千斤顶分别布置在顶管机前后段筒体的铰接处相对于“十”字中心线沿圆周45°位置；进行纠偏设定时应遵守对角线的两组千斤顶伸出量之和与另一对角线的两组千斤顶伸出量之和相等论文导读：
的原则；每组千斤顶设置一个内置行程传感器，可以真实的将千斤顶的行程数据传递给控制系统和显示仪表，控制系统按照设定的数据调整千斤顶的行程；调整四组千斤顶的不同行程，可以使得顶管机的前段筒体相对于后段筒体沿圆周任意方向作不大于2.5°的摆动，从而改变顶管机的顶进方向，实现对顶管机方向的控制；纠偏操作时严禁使用最大行程进行极限纠偏，必须每两组一起进行，严禁单组进行纠偏，通过“勤纠偏，小纠偏量”的原则，实现对管道顶进的轴线控制。
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