大口径双排平行顶管施工的几点措施

大口径Φ3500双排平行顶管施工的几点措施

一、前言

上海市污水治理二期工程于99年底全线建成通水，通过全面检测、验收，总体质量达到优良，这一切除了箱涵及泵站的一系列技术革新和精细施工外，还要归功于大口径Φ3500双排平行顶管在该工程中的广泛运用，成功地穿越了建筑物、公路、河浜、公用管线、地上及地下构筑物等，取得了常规施工所无法实现的效益。笔者就污水治理二期工程大口径Φ3500双排平行顶管施工中有关的技术措施与大家作一次探讨。

二、工程概况

浦东输送总管始于黄浦江岸边的SA泵站，终于白龙港的WWT/2.1标出口泵站，全长约19.8Km，SSI/2.1标至SSI/2.6标六个标段的设计中均运用了大口径Φ3500双排平行顶管，上海金山市政工程总公司中标承建SSI/2.3标、联合中标承建SSI/2.5标，以及参建了SSI/2.1、SSI/2.2、SSI/2.4、SSI/2.6的Φ3500双排平行顶管施工，完成近

5.0Km(以单孔计)的顶管工作量。

97年10月，SSI/2.6标曹家沟顶管工程首次采用大口径双排前后平行顶管的先进施工技术，将Φ3500“F”型钢筋砼管顶进到195.0m，首次长距离不使用中继间，一次贯通；98年7月10日~10月27日间，SSI/2.2标南线钢顶管工程，首次将Φ3500双排钢顶管顶进到

373.5m，且一次贯通；在国内同行业中Φ3500大口径长距离“F”型钢筋砼顶管、钢顶管居领先水平，为大口径顶管的推广应用提供了宝贵的经验。

三、双排前后平行顶管施工的干扰和影响范围的控制（一）、安全性验证

在顶管界有双排顶管中心距与管顶扰动宽度的理论，认为工具管顶扰动宽度小于或等于两孔中心距即为安全。

即：Be≤L

Be=D{[1+Sin(45°-ψ/2)]/Cos(45°-ψ/2)}

式中：Be——管顶土体扰动宽度（m）；

D——工具管的等效外径（m），对于土压式平衡式顶管：D=D0；

ψ——土的内摩擦角（°）；

D0——工具管外径（m）

例：SSI/2.6标曹家沟顶管，经计算土压式工具管Be=8.98

因此，我公司选用国内自行研制的多刀盘土压式平衡工具管应用于6个标段的顶管施工，经实践证明：是科学合理的。

（二）、错位纵距的控制

双排平行前后同步顶进的先进技术，两管前后错位纵距的合理确定，对于减少两管相互干扰和影响及管间土体的扰动至关重要。

施工前采用以下的力学简化模式来估算前后纵距Lmin：

在土压平衡式工具管的施工中，其正面对土体的施力状况是按

（45°+ψ/2）向前方360°扩散，其纵向影响距离推算如下：

P=F

P=P0π[D/2+dtg(45°+ψ/2)]2

F= P pπD2/4 按施工中控制土压力上限考虑。

则：d=D/2×[(P p/P0) 1/2] × ctg(45°+ψ/2)同时，考虑到前方管因纠偏所引起对侧向土体的扰动因素，以及工具管无注浆孔，其侧壁摩擦剪力对侧向土体的扰动因素，取γ系数来解决，则：

双排管前后最小纵距为： L min=γ×(d+H)

式中：H——前方工具管管长，如果工具管后三节做刚性联结，则H 应为工具管管长与后三节砼管长度之和（m）。

γ——由土质性质决定的系数，取1.5—2.0

D——工具管外径（m）

P p、P0——土的被动土压力、静止土压力 (KPa)

L min——双排管前后纵距的最小值（m）。

例：SSI/2.6标曹家沟顶管，全程顶距195m×2，双排管中心距9.0m，采用“F”型φ3500钢筋砼加强施工（外径φ4140mm），管顶平均覆

土厚度约7.20m。顶管由西向东穿越唐陆公路、大众毛纺厂、曹家沟河浜，且南侧有已建的龙东大道；公路地下管线复杂，路面与厂房沉降要求高，要求控制在1.0cm以内，施工难度大。顶管穿越地层为灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土，饱和、流塑，具有高压缩性。

根据上式，相应推算出曹家沟顶管前后纵距：

d=2.07×[(0.2/0.13)1/2-1] ×Ctg(45°-9°/2)=0.42(m)

Lmin=(0.42+6+3*3) ×1.55=24(m)

实践证明：曹家沟顶管顶进前后管错位在30m左右，是安全可靠的，从双管顶进轨迹曲线来看，未发现双管有明显的相互影响和干扰的迹象；同时，对前方管道的侧向位移进行了跟踪监测，利用施工导向用的激光经纬仪进行监测，并绘制侧向位移——顶距曲线图，与工具管顶进轨迹曲线相对照，未发现有明显的超过工具管侧向位移的情况。这也验证了前后纵距Lmin值的确定是合理的、安全的。

四、大口径顶管穿越构筑物与管线沉降的控制

在顶管穿越的路段，不是有建筑物、公路、河浜，就是有地上、地下公用管线、及地下构筑物等，所以控制土体沉降，减少施工引起的财产损失就成了至关重要的控制目标。

例1：SSI/2.2标南线顶管穿越上游引水三孔箱涵沉降控制SSI/2.2标南线钢顶管，全程顶距373.5m×2，采用Φ3500钢顶管施工，管顶覆土厚度约10m，顶管施工穿越外环线的新桥港河道及上游引水三孔箱涵。该箱涵顶覆土厚1.2m，宽10m，高3.14m,，箱涵底距管顶3.5m，其走向基本与2.2标钢顶管斜交，处于工具管顶进施工的影响范围内，该箱涵提供市区三分之一人口的饮用水，因此引水箱涵前后50m范围内，上水公司及业主对此次穿越箱涵的沉降要求非常严格，只允许沉降±5mm。施工时间98年7月10 日——10月27日。

穿越上游引水三孔箱涵，沉降控制是施工的重中之重，稍有不慎，将会导致箱涵变形过大而产生箱涵供水破坏，后果不勘设想。

为此，施工前针对该箱涵，从理论上按Peak公式进行计算：

以地层损失率控制在2.0%，半径R=1.79m，埋深H=10m计；

地层损失V=2%×（π×1.792）=0.201m2/m；

沉降槽宽度参数i=R×(H/2R)0.8=4.089m;

横向最大沉降δmax=V/2.5i=19mm；

沉降槽宽度：L=5i=20.45m；

根据GMF法地面沉降预测，得到顶管穿越上游引水箱涵的纵向和横向沉降槽曲线如下：