7长距离顶管法

4．触变泥浆减阻 为减少长距离顶管中管壁四周摩阻力，在管壁外压注触变 泥浆，形成一定厚度的泥浆套，使顶管在泥浆套中顶进，以 减少阻力。 5．中继间接力顶进 在长距离顶管中，只采用触变泥浆减阻单一措施仍显不够， 还得采用中继间接力顶进，也就是在管道中间设臵中继环， 分段克服摩擦阻力，从而解决顶力不足的问题。
7.4 触变泥浆减阻
对于一定的土层和管径，其迎面阻力为一定值，而沿程摩 擦力则随着顶进长度的延长而增加。管壁周围与土体之间的摩 擦阻力在压力不变的情况下，摩擦系数是主要影响因素。采用 触变泥浆以后，管道周围的摩擦系数，与管道的覆土深度无关， 与土层的物理力学性质关系也不大。管道摩阻力增大的主要原 因是管道的弯曲。管道弯曲时，管壁局部对土体产生附加压力， 管壁与土体之间的触变泥浆被挤掉。 因此，局部摩阻力迅速增加。 要减小摩擦阻力是设法降低 摩擦系数值，即设法改变管壁与土体之间的界面性质。目前主 要采用将润滑介质灌于管壁周围的方法。
7.4.1泥浆的组成 顶管工程中主要采用的润滑介质是以膨胀土为主要材料的 泥浆，称为触变泥浆。 其成分为：膨润土、水 、外掺加剂 。 （1）对于触变泥浆使用的膨润土的要求有两点： 1）膨润倍数值一般要大于6； 2）要有稳定的胶质价，保证泥浆有一定的稠度，不致因重 力作用而颗粒沉淀。 （2）水 造浆用的水除对硬度有要求外，再无其他要求。 （3）外掺剂 主要有碳酸钠、羟甲基纤维素、腐殖酸盐、铁铬木质硫酸 盐等。使用时根据现场土的性质和泥浆性能指标要求，合理地 加以试验调配
7.4.2泥浆的性能和配比 ⑴泥浆的性能 ①重度。泥浆中的膨润土用量大，泥浆的重度就大，相应 就提高了泥浆的粘度和稳定性。重度越大，泥浆造价越高。同 时泵送压力也越高，耗能量增加，提高了工程成本。一般情况 下，触变泥浆的重度采用1.13～1.15之间。 ②粘度。粘度越大，泥浆流动的性能越差，泵送压力也越 高。但粘度大的泥浆能较好地在土壁上形成薄膜，阻止泥浆向 土层内渗透而流失。顶管使用的触变泥浆的粘度控制在60～ 80s内。 ③胶体率和稳定性。单位体积的泥浆经过一定时间后，土 颗粒与水分离的程度称为胶体率，以%表示。稳定性是指经过 一段时间后，上部泥浆与下部泥浆的重度之差。合格的泥浆胶 体率不应低于98%。
7.4.3泥浆的输送和灌注 泥浆拌制后，由泥浆泵输送。由于泥浆本身具有良好的润 滑作用，在压力管路输送过程中，沿程压力损失很小。 当泥浆输送距离在200m以内，泵压为0.1~0.15N/mm2； 有地下水时，出口压力要大于地下水压力。压浆量一般控制在 理论压力量值的1.5倍左右，在顶管壁后的泥浆厚度要保持 20～30mm。在长距离顶管施工中，触变泥浆容易流失。为 了弥补第一次注浆不足并补充流失的泥浆量，在第一个注浆孔 后15～20m设第一个补浆孔，此后每距30～40m设臵补浆孔， 以保证泥浆充满管壁周围。 为了使泥浆能及时将管壁周围的孔隙注满，注浆速度与顶 进速度相适应，随顶随注，避免由于未及时注浆，造成塌方， 将注浆道路堵塞。注浆时应观察压力表变化，若发现压力突然 上升或下降，要沿管线检查原因。
若全部管段分成三段，中间安装两个中继环，其顶进原理如下： 1．不启动①和②中继环，全部管段由后背③的主压力千斤 顶顶进，如图7.5（a）所示。此时管段后背承受的顶力应该克 服阻力，该阻力由正面阻力和周围的摩阻力两部分组成 。 2．当启动第①中继环，而第②中继环以后不动时，顶力分 析状态如图7.5（b）所示。当第①中继环停止顶进，开动第② 中继环的千斤顶，此时在第二段顶进的同时，①中继环千斤顶 油缸退程，顶力分布状态如图7.5（c）所示。当①、②中继环 停止顶进时，后背主压千斤顶顶进第三节管段，②中继环的千 斤顶的回程。顶力分布状态如图7.5（d）所示。由此可见，采 用中继接力技术后，管段顶进长度不再受后座顶力的限制，只 要增加中继环的数量，就能延长管段的顶进长度，中继接力是 长距离顶管的必要的技术措施。
7.2.2 顶进设备 顶进设备主要包括后座、主油缸、顶铁和导轨等。后座设臵 在主油缸和反力墙之间，每只油缸配臵一块，其作用是将油缸 的集中力分散传递给后墙。 主油缸是顶进动力，一般对称布臵4～6台，其中顶力和行 程可根据工程实际选定。 顶铁主要是为了弥补油缸形成设臵的，其厚度应小于油缸 形成。 导轨起顶进导向作用，在接管时又起管道吊放和拼焊平台 作用。
7.2 顶管基本设备与工作状况
顶管施工系统的基本设备主要包括管段前端的工具管，后部 顶进设备以及贯穿前后的出泥与气压设备，此外还有通风、照 明等设施。 7.2.1 工具管及其工作状况 工具管是长距离顶管中的关键设备，它安装在管道前端，外 形与管道相似，其作用有定向、纠偏、防止坍方、出泥等。 三段双铰型的构造形式因管体结构及工作面的 状态 不同各异。但基本上都由套管、千斤顶、缓冲 垫、 密封装置等部件组成。它必须具备足够的刚度、 强 度和顶力，伸缩时具有良好的动密封性能。图 7.6是 某钢管顶进用中继环的构造示意图。
3．中继环的自动控制 中继环是按照设臵在工具管控制室的指令启动或停止的， 并严格按照预定的程序工作。当接入管道的中继环数量超过 三只时，从1号环的第二循环开始，4号环可与1号环同时工 作，5号环可与2号环同时工作，依此类推。因此，只有前三 只中继环的工作周期占据实际顶进时间，其余中继环的工作 不再影响顶进速度。这一顶管中的平行作业程序，为较长距 离管道的中继环施工提高了工效。
我国在1981年4月完成的浙江镇海穿越甬江工程，2.6km 的管道采用五只中继环从甬江的一岸单向顶进58lm，终点偏 位上下左右均小10mm。 1986年，上海市基础工程公司，用四根长度在600m以上 的钢质管道先后穿越黄浦江，其中黄浦江上游引水工程关键之 一的南市水场输水管道，单向一次顶进l120m。在此超千米顶 管施工中，成功地将计算机、激光、陀螺仪等先进技术有机地 结合，用计算机控制中继环、压浆系统和激光导向，计算机指 导纠偏施工，顶进轴线精度达到左右＜150mm，高低＜ 50mm。顶进施工还有效地控制了地面沉降，成功地穿越了地 面建筑区，节省一只中间井，避免1.2万m2建筑物的拆迁，节 省投资560万元，创一次顶进国内新纪录，达到国际先进水平。
7.2.2 顶进设备 顶近设备主要包括后座、主油缸、顶铁 和导 轨等，如图7.2所示。后座设置在主油缸与 反力 墙之间，每只油缸配置一块，其作用是将油 缸 的集中力分散传递给后墙。
7.2.3 出泥设备 被水枪破碎的泥浆，通过吸泥口、吸泥管等被吸泥机排放到 管外。 水力吸泥机结构简单，性能可靠，能连续运输，出泥效率高。 为了克服一般吸泥机中，泥水挟带着泥砂、块石等通过水力吸 泥的弯道，撞击管壁、扩散管磨损严重、摩阻大，能量损失多、 效率较低等弊端，现常采用高压水走弯道，泥水混合体走直道 的吸泥机，它效率高，扬程大。 7.2.4 气压设备 在水下进行长距离顶管的工具管有时必须采用局部气压施工， 而且时间较长，有时还需要在气压下排除故障，即所谓气压应 急处理。上述两种情况对压缩空气的要求不同。局部气压要求 气量大，允许气压波动且无净化要求。而气压应急处理，是指 在水力吸泥机停止运转的情况下需工人带压作业，压缩空气需 要气压稳定外，尚需要符合卫生条件。
7.3.1 中继环接力顶进原理 中继环接力顶进是将长管段分成若干段，在段与段之间设 臵中继环（如图7.4所示）。每一中继环均臵于前后两管段 中间，中继环内若干中继油缸呈环状分布。当中继油缸工作 时，后面的管段成了后座，前面管段被推向前方。中继环按 先后次序逐个启动，管道分段顶进，因此可减少阻力，达到 长距离顶管的目的。图7.5为顶进中设有中继环时，管段在 顶进过程中顶力的分布状态。
三段双铰型工具管的压缩空气供气系统如图 7.3所示。从贮气仓和减压阀出来的压缩空气 分成两个分支，一支供气量大，供局部气压 使用，另一支空气经过滤清，专供气压应急 处理使用。
7.3 中继环接力顶进
长距离顶管的阻力主要包括管道的正面阻力和管道周边的 摩阻力。对某—类型的工具管，正面阻力在施工过程中变化 不大，但侧阻力与顶进长度成正比增加。为了达到长距离顶 进的目的，采用中继环接力顶进是项有效的技术。
④触变性与静切力。泥浆静止时虽呈凝胶状，但搅动后就 恢复其流动性。这种既能形成胶体又能回复其流动性的特点称 为触变性。使静止状态的泥浆开始流动所需要的最小的力称为 静切力。静切力大大泥浆其触变性也大，因此静切力是测定泥 浆触变性的主要指标。 ⑤失水量和造壁能力。泥浆灌入管壁和土体的间隙时，泥 浆中的水分从土中渗走，这种现象称为失水。失去的水量称为 失水量。泥浆失水后，膨润土颗粒粘附在土壁上形成一层泥浆 皮，泥浆的这种性能叫造壁能力。泥浆失水量小，能在土壁上 形成一层致密的泥皮，保护土壁和防止泥浆流失，说明泥浆造 壁能力强。 ⑥pH值。泥浆的pH值一般控制在8～10以内。
7
长距离顶管施工技术施工技术
概 本 章 内 容
述
顶管基本设备与工作状况 中继环接力顶进 触变泥浆减阻
7.1 概 述
长距离顶管的施工程序是：先在管道的一端挖掘工作坑 （井），完成后在其内安装顶进设备将管道顶入土层，边顶 进边挖土，将管段逐节顶入土层内，直到顶至设计长度为止。 在顶进过程中，常采用润滑剂减阻和中继接力技术。 随着科学技术的发展，触变泥浆润滑技术和中继接力技术 的应用，在长距离顶管方法已取得了良好的效果。国外某一 顶管工程，采用触变泥浆减阻和16个中继接力顶进，一次顶 进长度达1200m。美国1980年曾创造9.5h顶进49m的纪录。
2．纠偏与导向 顶管必须沿设计轴向顶进，应控制顶进中的方向和高程，若 发生偏差，必须纠偏。以往纠偏工作是当管道头部偏离了轴线 后才进行；但这时管道已经产生了偏差，因此管轴线难免有较 大的弯曲。管道偏离轴线，其一个主要原因是顶力不平衡而致。 如果事先能消除不平衡外力，就能更好防止管道的偏位。 3．局部气压 顶管在流砂层和流塑状态的土层中顶进，有时因正面挤压力 不足以阻止坍方，则易产生正面坍方，出泥量增加，造成地面 沉裂。管轴线弯曲，给纠偏带来因难，而且还会破坏泥浆减阻 效果。为解决这类问题，常采用局部气压。局部气压的大小视 具体情况而定，一般土层以不坍方为标准。