大直径长距离曲线顶管施工技术在软硬地层中的应用

大直径长距离曲线顶管施工技术在软硬地层中的应用

发表时间：2018-06-20T10:26:51.347Z 来源：《防护工程》2018年第4期作者：肖国微

[导读] 本文结合三山岛内110kV及220kV架空线路迁改工程顶管工程实例,对长距离、曲线、复合地层中的施工过程控制的技术要点进行分析

肖国微

广东省基础工程集团有限公司 510000

摘要:本文结合三山岛内110kV及220kV架空线路迁改工程顶管工程实例,对长距离、曲线、复合地层中的施工过程控制的技术要点进行分析,在为今后的长距离曲线顶管工程施工提供一定的参考和经验总结，达到服务于同类工程的目的。

关键词:大直径、软硬地层、长距离、曲线顶管

引言：

近年来随着我国经济建设的不断发展，对可持续发展及环境保护工作越来越重视。在城市建设过程中，明挖法将会受到越来越多的制约，顶管法作为一种非开挖方法由于技术先进、合理，必然得到越来越多的采用。另外，在顶管的设计与施工过程中，由于在平面上受到道路形状的制约、地面建筑物环境保护因素的影响，竖向上存在地质条件的差异性、地下建（构）筑物拥挤等因素，迫使工程线路必然向曲线方向发展；在适应性方面，发展宽范围、全土质型顶管机是必然趋势。随着技术及需求的不断发展，地下管线的综合性越来越强，需要克服土质越来越复杂，并朝着综合管廊的方向发展，顶管施工也更趋向于大直径、长距离、全土层、非直线顶进。

一、工程概况：

三山岛内110kV及220kV架空线路迁改工程项目是为配合三山新城的建设开发，将现有的高压架空线路改为电缆线路型式，并沿着三山大道和港口路建设电缆隧道用于铺设迁改的电缆，全线采用顶管法施工。

2#～1#顶管段原设计分为两段直线顶进，但由于场地限制，以及沿线管线存在大量高压电缆、军用光纤电缆、高架桥墩、自来水管和雨水管线等，拆迁难度极大。通过综合研究后改为单段顶进，一次性顶进长度为679m，在距始发井420m处进入曲线段绕开广珠西线桥墩，曲线段长度约154m，最后直线顶进106.5m。如此大直径（外径4.14m）、长距离（长度679m）、硬岩（抗压强度88.6MPa）、曲线（曲率半径1000m）顶管集成为一体的综合顶管工程，迄今为止在广东省内还是首例。

二、顶管工作井及线地质情况：

顶管工作井1#井和2#井基坑支护等级为一级，1#井支护方式采用地下连续墙+环框梁，地下连续墙厚度800厚，采用两道支撑；2井支护方式采用灌注桩+环框梁，灌注桩直径1米，设一道环框梁和冠梁。

2#-1#全线长度约679m，其中距始发井420m处进入曲线段，曲率半径为R=1000m，曲线段长度约154m，管径为DN3500，平均覆土厚度为5.5m，破岩长度约80m。顶管顶进区间主要的地质土层为淤泥、粉质粘土、中风化粉砂岩、微风化粉砂岩。微风化岩的单轴抗压强度高达88.6 MPa。

三、顶进施工过程中的技术要点

3.1控制好曲线顶管顶力

曲线顶管顶力分为两部分：正面阻力和四周的摩擦阻力，而直-曲线顶管中，管壁四周的摩擦力=直线段管壁摩擦力+曲线段管壁摩擦力；在顶进过程中，采用双路注浆技术以减少顶进的阻力。注浆孔的形状及布置：在每节管的前端布置一道触变泥浆注浆孔，数量为4个，孔的大小呈90度布置，经过不间段压浆，在管外壁形成一个泥浆套。触变泥浆管设置在顶管机后面4节管每节管都设置触变泥浆管，在管节外壁形成完整的浆套。以后的管节间隔3节管设置一道，用来对泥浆套进行补浆。

3.2后靠背稳定性验算

在一般情况下，顶管工作井所能承受的最大推力应由所顶管节能承受的最大推力为先决条件，然后再验算工作井后座能否承受该最大推力的反作用力。若能承受，那么就把这个推力设计为最大推力，如果不能承受，则必须以后座所能承受的最大推力设计为最大推力。

3.3顶管机的选型

3.3.1大直径硬岩顶管，顶管机应配备足够的刀盘扭力，切削岩层时具备较大动力DN3500顶管机动力应不小于270kW。

3.3.2刀盘采用面板式刀盘设计。在岩层施工中，刀盘结构稳固，可承受更大的推力和扭矩。刀盘开口率约25％。采用适应复杂地层的复合型刀盘，刀盘上安装中心刀、滚刀、刮刀和边刮刀。刀盘设计应带有很阔的进料口。

3.3.3 破碎舱设置四个喷嘴。喷嘴的布置为成对配置，分布在2、4、8、10点钟位置。其中：3、10点钟位置的喷嘴由上至下冲刷刀盘内表面，主要是适应粘性地层；4、8点钟位置的喷嘴冲刷锥形破碎舱的排土格栅，主要是适应松散地层。

3.4长距离顶管配电

为了解决长距离顶管电缆电损和压降问题，顶管机配电采用升降压装置进行高压送电，并设置为顶管机供电专用线，其他配套设备另外布专线供电。

3.5中继间的设置

3.5.1中继间的设置应根据顶力计算进行设置；

3.5.2每个中继间之间推力应有一定的富余量，通过计算第一个中继间应有50%的富余量，其他总推力应不大于中继环总推力的75%。

3.6曲线段轴线测量

3.6.1因为在管内测站会随着隧道顶进长度的变化而移动，因此，在曲线顶进过程中必须在管内设置测站，测站在隧道内采用“之”字形折线布置，并保证通视要求。

3.6.2为提高测量精度，利用固定转点测站进行引测，防止测点在测量过程中移动影响测量精度；为提高测量速度，每个转点均采

用强制对中法进行仪器安装；为配合测点安平，每个棱镜头配一个棱镜基座。为减少误差，采用多次回测进行误差分析。

3.7控制曲线段管节张口

曲线顶进过程中，对进入曲线段管节接口及时塞垫片，并观察每一接口垫片的松紧，对松动垫片进行更换或增加一垫片。如果管节接口出现裂缝应及时分析原因，并调整顶进速度，防止裂缝的持续扩展。注意观察张口管节间止水效果。

3.8复合地层顶管顶进施工

3.8.1粘土地层：为减少顶管机在粘土层顶进中形成泥饼，裹住顶管机刀盘，前方土体无法切屑和排出，造成顶管顶力偏大，刀盘电流突增等问题。要求在该地层顶进需要减慢顶进进度（顶进速度<20mm/min），同时加快刀盘转速（通过控制顶管机运行频率来控制顶管机刀盘转速，顶管机采用变频器启动），让粘土充分进行搅拌。并使用高压清水进行高压冲洗（压力不小于0.6MPa），减少泥饼的形成。循环泥浆粘度应尽量控制在22s以下。

3.8.2淤泥地层：淤泥地层含水率大、孔隙比大、压缩性高、承载力较差，由于顶管机特别是带破岩功能的综合性顶管机，自身重量较大，在承载力较差的淤泥层极易产生下沉，因此，在顶管机发现淤泥层时，特别是硬质地层转入淤泥层时，应将顶管机下纠偏双千斤顶伸出10mm～20mm，并加快顶进速度（每分钟30mm～50mm），严格控制好进排浆压力。泥水仓泥水压力应比地下水位高出20kPa～40kPa。循环泥浆粘度应尽量控制在22s～25s。

3.8.3流砂地层：流砂层顶管，很容易产生地面沉降，因此，在该地层顶管施工时要求严格控制循环泥浆粘度（粘度控制在25s～30s），泥水仓泥水压力应比地下水位高出30kPa～40kPa。严格控制渣土超排现象。另外，流砂地层摩擦系数较大，对压浆减阻要求较高。特别是长距离顶管，顶力的大小直接决定顶管的成败。该项目采用了双路注浆，即顶管机头前50米单独采用一路压浆系统，剩余采用另外一路压浆。

3.8.4硬岩地层：顶管机在硬岩段顶进时，应采取“低转速、慢顶进、小推力、多压水、勤补浆”的理念。另外，在顶进岩石段时，要控制好顶管机姿态，一旦出现偏差，要奉行“长掘进，缓纠偏”的思想。

3.9长距离顶管通风

在长距离顶管中，通风是一个不容忽视的问题。因为在长距离顶进过程的时间比较长，人员在管子内要消耗大量的氧气，久而久之，管内就会出现缺氧，影响作业人员的健康。还有，在作业过程中还会有一些粉尘浮游在空气中，也会影响作业人员健康。所有以上这些问题，都必须靠通风来解决。通风的形式，采用鼓风抽风组合形式。鼓风式通风是把风机置于工作井的地面上，且在进风口附近的环境要好一些，把地面上的新鲜空气通过鼓风机和风筒鼓到顶管机或管内。长距离鼓风式通风需要采用高压送风。抽风式通风是将抽风机安装在管内，因为风机在抽风时产生负压，而鼓风机刚好产生气压，管道内有循环的空气，这样才能获得较为良好的通风效果。结论：

三山岛内110kV及220kV架空线路迁改工程中的2#—1#段顶管隧道工程历时2个多月顺利贯通，通过应用该项长距离曲线顶管技术避免了大量地下管线拆迁和路面交通疏解，社会经济效益显著，非开挖顶管施工在类似的工程施工中有着广阔的发展前景。该顶管工程施工综合了机械化施工技术、信息化施工技术、减阻材料技术、测量纠偏技术，复合地层顶进技于一体，形成一套较为完整有效的信息化顶管施工工艺技术，成功地解决了大直径长距离曲线复合地层顶管的施工技术难题，达到了优质高效施工的目的，可以给类似的顶管施工工程提供参考。

参考文献:

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