长距离曲线顶管技术综述

长距离曲线顶管技术综述

摘要：目前明挖法施工地铁车站一般有施工周期长、占地面积大、污染环境等问题，为了解决目前地铁车站施工问题，本文提出了一种新型的非开挖施工技术—曲线顶管法，该工法施工车站从开挖到结构全部采用非开挖技术在地下完成.曲线顶管施工技术以其特有的优势和应用领域，越来越受到重视。

关键词：曲线顶管；非开挖技术；轨迹控制与纠偏

中图分类号：TU374

Summary of the long distance curve

pipe-jacking technology

Abstract：To solve the problems in the current subway station construction by cut and cover method, such as long - term construction period, large site areas, environment pollution, and so forth, this paper p resents a new con2struction method-curve p ipe jacking method, Because of the advantage and application field, curved pipe jacking technology is paid more and more attention.

Keyword：curve jacking pipe; trenchless technology; trajectory control and deviation rectification

1、动机与意义

顶管施工是非开挖技术的一种，随着国外、国内的广泛应用，由于具有不开挖地面，能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过的特点，当前是管道施工时最安全有效环境保护的施工方法。曲线顶管适用于旧城改造中的管线埋设，在穿越河、海、己有地下管线时也常常使用。曲线顶管可以避免在不可开挖地段设置工作井，减少工程投资。曲线顶管包括平面曲线和竖向曲线以及三维空间曲线。

曲线顶管是顶管的前沿技术，只有当顶管被工程界广泛采纳后才会提出曲线顶管问题。目前曲线顶管各国尚处于研究发展阶段，有些曲线目前已能施工，有些曲线还不能。例如弯曲半径太小，有可能造成管道失稳，管道裂缝等严重后果。曲线顶管多用于旧城区的改造，旧城区马路弯曲，管道一般沿马路敷设，这就需要采用曲线顶管。另一种情况是过江过河的混凝土顶管，有时为了减少投资，

把管轴线设计成倒虹管或者抛物线形状，这也需要采用曲线顶管。[1,7]曲线顶管比较适合于混凝土管。曲线顶管用于钢管则需要很大的弯曲半径，而且必须有中继环。长距离曲线顶管是顶管的前沿技术，目前长距离曲线顶管各国尚处于研究发展阶段，曲率半径过小的曲线顶管受施工工艺和技术水平限制，还不能实施。

2、历史与现状

顶管施工方法已经有上百年的历史了，它最初是在工业发达国家广泛使用，在1892年在美国麻省举行的学术会议上论及美国的北太平洋铁路铺设工程中顶管应用是最早的引证文献。据资料记载，日本最早的一次顶管施工是在1948年，施工地点是在尼崎市的一条铁路下面，现在，这条铁路也已经废弃了，当时顶的是一根内径为600mm的铸铁管，顶距只有6m，主顶是一种手摇液压千斤顶，直到1957年前后，日本才采用液压油泵来驱动油缸作为主顶动力。目前项管在穿越铁路、公路、江河和湖泊的管道施工中得到广泛应用，顶管也由原来的小直径、短距离向大直径、长距离发展，目前直径4米、一次顶进2000米的顶管施工已经不是什么很困难的事了。[3,4,5]就顶管形式而言，除直线顶管外，还有曲线顶管。项管技术和所有的应用技术一样，为满足社会需求而发明和发展，已明显向多元化方向发展。

我国的顶管施工始于1953年的北京，后来上海也在1956年开始顶管试验。但一开始都是些手掘式顶管，设备也比较简陋。在1964年前后，上海一些单位已进行了大口径机械式顶管的各种试验。当时，1：3径2m的钢筋混凝土管的一次推进距离可达120m，同时，也开创了使用中继间的先河。[1,3,6]

随着顶管长度越来越长，运用范围越来越广泛，并要求在不同土层作业，于是促进了挖掘机的机械化，同时一系列作业设备，如切削设备遥控钻进设备等应运而生。在管材方面，适用于顶管的种类越来越多，构造日趋合理。较为普遍的钢筋砼管接口处理更为完善，钢管作为传统的顶管材料在很多工程中仍在使用。最新有钢筒砼管和玻璃钢夹砂管，也用于顶管工程。在工作井接收井方面，各种技术可靠，经济合理的形式不断出现。[2,4]传统的沉井、钢板桩运用广泛，作为围护结构的钻孔灌注桩加高喷桩、树根桩，地下连续墙和SMW工法井等都可以作为工作井和接收井的结构形式，根据不同地形、土质进行选择。[8]今天在中国，我们可以看到长达2km的一次性超长距离顶进管道，可以看到

大到3.5m直径的大口径顶管和小到100mm直径的微型顶管，我们还可以看到三维的S型曲线顶管。顶管技术已作为常规的施工方法正从经济发达地区向中西部内地发展，从软土地质条件下向地质复杂的广东地区发展。[4,6]

3、长距离曲线顶管技术

3.1 顶管施工技术

顶管施工就是借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接受坑内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法（见图1）。

图1顶管技术

Fig.1 Pipe-jacking technology

3.1.1三种平衡理论

顶管施工目前主要有三种平衡理论，分别是：气压平衡理论、泥水平衡理论和土压平衡理论。[9,12]

全气压平衡使用的最早，它是在所顶进的管道中及挖掘面上都充满一定压力的空气，以空气的压力来平衡地下水的压力。而局部气压平衡则往往只有掘进机的土仓内充以一定的空气，达到平衡地下水压力和疏干挖掘面土体中地下水的作用。气压平衡工具管本体结构合理简单，而且实用性强，几乎没有机械故障。该