3 项目实施情况分析报告

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郑州市重大科技公关专项曲线顶管技术在三环线快速化工程的应用研究

项目实施情况报告

郑州征远建设工程有限公司

公路高架桥，江河湖泊等等，这就要求顶管施工对于周围环境的影响要严格控制，争取做到微扰动施工，但从目前的施工水平和控制工艺来看，顶管法施工产生的扰动仍然较大，相比较而言盾构法仍然具有一定优势。

从目前的国内外研究资料可发现，对于顶管法穿越微扰动施工，在理论分析、试验技术、设计方法、施工技术等方面的综合研究还较少，在理论及实践上均存在着许多不完善之处。国内在工程实践中的应用也才刚刚起步，以目前的设计、

施工技术水平，不停运进行顶管地下穿越微扰动施工还有较高的技术难度。因此，结合我国基础设施建设中不断涌现的顶管下穿越工程，深入研究顶管法下穿越工程合理的微扰动设计理论、施工技术及控制措施等是十分必要的、紧迫的，其研究成果对于促进生态地下工程的建设，减少地下穿越工程施工对地面环境、地下环境的影响具有重要的现实意义，同时也具有巨大的社会效应和经济效益。

从国内外顶管掘进机的资料来看，对根据地质条件进行切土量、排泥量和顶进量动态平衡方面的研究还较少，为了控制顶管下穿越施工对周围重要性建（构）

崛起的号角已经吹响，城市跨越式发展的战鼓也已擂动，扩大城市规模、提高城市化水平、完善城市综合服务功能、提升城市形象是当前郑州市发展的重要任务，这需要对郑州市的城市框架、基础设施和区域交通环境进行重大完善、调整和投资。

由于目前施工在城市建筑物密集区域且不良地质条件下，采用机械顶管的方式穿越建筑物铺设管道时会对周边建筑物造成不可避免的不良影响，此时采用曲线顶管的方式可以有效的避开密集建筑物，最终能保证周边建筑物的安全的前提

下完成管道铺设任务。曲线顶管技术的应用主要取决于以下几方面：（1）城市交通的需要。由于各类管道归属于不同的产权业主，因此管道的建设、使用、维护管理存在的许多问题，最典型的是同一路段反复无序的开挖，频繁“开膛剖肚”，“马路拉链”现象使城市道路遭到严重“毁容”，给城市交通带来不便。对于繁忙而脆弱的城市交通系统，开挖敷设地下管道势必会造成交通中断，特别是敷设横穿城市主干道下地管道，大开挖埋管必然带来交通阻断，造成巨大的经济损失。这些地下管道往往埋深较小，在非开挖状态下对这些管道进

（5）地层沉降特点及机理研究；

（6）管节结构、制作质量等的要求研究；

（7）施工测量纠偏研究；

（8）浆料配比压浆工艺研究。

2.2设定关键技术

为了完成项目目标，在整个研发阶段需要重点突破如下关键性技术难题：

（1）优化超长距离顶管注浆工艺及技术措施；

（2）顶管下穿越施工的扰动指标体系研究；

（3）顶管下穿越微扰动施工的检测技术及理论预测研究；

（4）顶管下穿越微扰动施工控制原理与控制技术研究；

（5）顶管轨迹控制与纠偏技术；

（6）顶管顶力预测计算方法;

法及其相应的技术装备，在不停运等前提下利用本项目的微扰动穿越施工技术实现在复杂环境下的顶管穿越施工。

根据规划线路，顶进过程中将下穿多道市政地下管线和多幢居民楼等障碍物，通过本项目研究，可以减少地下管线的改道费用、居民楼拆迁费用合计大约5000万左右，另外可以大大缩短需要拆迁耽误的工期，也间接节省了大批工程资金。

4项目实施情况

4.1研究技术路线

本项目依托北三环排污工程，首先通过文献资料的统计分析，初步对粉土和粉质黏土中曲线顶管施工对周围土层的作用机制，以及导致周围土层扰动的各影响因素进行了研究；其次，通过室内试验，研究了膨润土润滑作用的机理，并分析了鹏润土的掺量和物质组成、搅拌效果、温度等对触变泥浆润滑效果的影响；再次，在室内试验的基础上，通过室内模型试验，分析了触变泥浆中膨润土、纯碱、CMC和水掺量变化对管片外壁减阻效果的影响；再次，根据地面沉降变形规

（4）2012年6月-2013年4月建立FLAC3D数值模型，分析曲线顶进施工中地面变形沉降规律及分布特征，着重研究机头压力、泥浆套、土体抗力等因素对地面沉降变形规律的影响。

（5）2013年5月-2013年9月总结前面研究成果，并在此基础上借鉴工程经验提出顶管机选型建议，地面、周围管线和建筑物变形控制措施、顶管进出洞控制措施、以及纠偏技术措施等等。

（6）2013年10月-2014年4月数据资料整理、补充研究、编写报告。

（7）2014年5月-2014年12月成果总结、鉴定。

4.3主要研究内容

本项目将立足郑州地区工程地质特点及顶管施工技术水平，在以下几方面开展深入系统研究：

4.3.1统计与理论分析

冻后膨胀过程又会重新继续下去，在这种情况下，须将冻结的时间计入膨胀时间之内；

（4）如果悬浮液中的膨润土含量在全部推顶距离上保持不变，那么对粗粒土壤来说，由于需要悬浮液的膨润土含量较高以保证支承作用，故而推顶阻力以及因之所需的推顶力就会比细粒土壤的情况下更大一些。

（5）但孔隙一旦被膨润土悬浮液充满，并因而形成支撑环带时，于是粗粒土壤的状况也就无异于细粒土壤了。因而在这种情况下，为了在推顶过程中支承

土层，悬浮液中的膨润土只需要达到稳定极限所要求的最小含量40kg/m3即可。

4.3.3室内模型试验研究

粉土和粉质黏土中曲线顶管施工过程中泥浆套成套技术研究。通过室内模型试验，分析了触变泥浆中膨润土、纯碱、CMC和水掺量变化对管片外壁减阻效果的影响。

（1）混凝土面板与各浆土混合物间的最大静摩擦系数以及滑动摩擦系数基本呈随质量比ξ的增大而逐渐减小的变化趋势，在ξ＝0（纯粘土）时最大，

影响时间越长。

（2）摩阻力越大，机头正上方地表土体变形越小，即当机头通过时，其正上方的土体沉降越小，其前方土体的隆起值也越大，对前方土体的影响范围也越大；在机头后方（0～-20m）范围内，摩阻力越大，沉降越小；机头后方20m处，不同摩阻力作用下地表的沉降量相同；离开挖面20m之后，当摩阻力较小时，沉降基本稳定，而当摩阻力较大时，沉降发展较快，且摩阻力越大，沉降值越大。