浅谈曲线顶管技术的应用

浅谈曲线顶管技术的应用摘要：顶管施工技术的主要应用范围一直局限于直线或者大曲率半径的曲线顶管。为了能够实现更小曲率半径的曲线顶管或S-曲线顶管，故对此进行不断的研究和探索，并提出相应的解决方法。关键词：非开挖曲线顶管施工在顶管的设计与施工的过程中，因为地质条件的差异、地面建筑物的环境保护要求以及原来的地下各类管道拥挤等原因，顶管路线总是会被迫定为曲线。在这样的情况下，采用顶管或盾构机械设施使管节的中心线按照设计的弧线前进的施工技术，称为曲线顶管技术。曲线技术在国外早已开始使用，并取得了一些成功的经验。德国Zueberlin公司曾将直径2500mm的钢筋混凝土管曲线一次顶进约1500m。从国内外曲线顶管技术发展状况来看，曲线顶管的管径主要以中、大口径为主，曲线类型有平面的、垂直线的，还有S型的，基本上能按工程的要求而变换。工程概况福建省福州市建新-先农220kV线路工程，起于已建220kV建新变，止于在建220kV先农变，全线单回路电缆敷设6.10公里。其中大开挖隧道净空断面2.8X2.5长160米；顶管隧道净空断面①3200长5713米；路径中心工作井、接收井共21座。其中19#〜22#顶管长度481m，起于19#工作井，终于22#接收井，下穿湖边、先农等村菜地，采用3.2米F型钢筋混凝土管。本段地下水极为丰富，土层从上到下依次为：杂填土；粉质粘土；淤泥质土；细中砂层。顶管断面土层主要在淤泥质土和细中砂层中。双曲线顶管段需穿越细中砂层180米，施工过程阻力特大，因此必须增加中继间个数方能确保穿越此段。工程主要难点三维复合小曲率半径，轴线的变化较大；三维复合小曲率半径的顶段均在细中砂层中，阻力特大。工程难点分析及针对性措施3.1对三维复合小曲率半径，顶进过程中的测量难度大3.1.1分析：3.1.1.1位于工作井内的测量仪器不能通视到机头处。3.1.1.2只能在弯道处设置中间测站，采用导线法接力测到机头。3.1.1.3顶管过程中，整个管道都处在移动状态。上次测量成果对下次测量无参考意义，要求逐站测量和计算，耗时较大，又影响正常推进作业。3.1.1.4顶管操作司机因不能随时得到机头当前姿态，纠偏操作具有一定的盲目性。即依靠上次测量成果推算应纠偏的量。3.1.2针对性措施：3.1.2.1控制机头顶进方向的地下导线测量起始方向为井下固定的导线点，因此测定井下导线点的位置和方位至关重要。由于本标段为长距离顶管，而井下固定的导线边又很短，为保证定向测量的精度，将井下仪器墩及井壁上的后视方向点安装牢固，同时用全站仪测量4个测回观测取平均，以提高照准精度。3.1.2.2地下导线测量。由于管道设计成曲线，由井下仪器墩上的仪器无法看到进入曲线段的顶管机头，因此测定机头中心位置以求出机头方向偏差的测量工作只能采用人工地下导线测量。初步拟定进入曲线段后每顶进一节管子测定一次，使得机头纠偏非常及时，能引导机头按本工程设计曲线顶进。3.1.2.3由于机头在顶管过程中旋转，同时无法在机头中心安装测量棱镜，只能偏心安置，为了求得机头中心的坐标，测量时在机头偏心安装2只棱镜，通过空中三角，进行解析归心计算，以求得机头中心的准确位置。3.1.2.4人工测量时可以用短视线水准测量克服管道中空气湿度和温度的影响。3.1.2.5测量获得机头当前位置的中心坐标后，及时进行计算并与设计轴线进行比较，以求出机头方向偏差，便于偏差控制。3.1.2.6施工过程中贯彻勤测、勤纠、微纠的原则。3.1.2.7严格执行方向偏差报警制度，一旦施工中出现偏差值超过5cm时，作业人员应立即停止顶进，并逐级向上汇报，经技术负责人汇同有关施工人员研究分析原因后，方可继续顶进，从而避免盲目顶进。3.2顶进阻力大3.2.1分析：3.2.1.1由于曲线引起的水平分力，必然使顶进阻力增加。3.2.1.2曲线段全在细中砂层中，实践证明顶力是正常顶力的3倍以上。3.2.1.3通过顶力估算，要确定中继环的配置数量和间距以及主顶的推力。3.2.1.4施工前应确定控制顶力，即允许的最大顶力。该顶力是由管节允许顶力和工作井结构即后靠土抗力综合分析确定的。3.2.1.5关于顶力问题，必须尽可能降低顶进阻力，加强对膨润土泥浆套的质量控制。3.2.2针对性措施：3.2.2.1严格控制泥浆套压注工艺，根据曲线顶管的特点，从材料、配方、搅拌、压注方法、系统布置、操作管理各个层面都严格把关。3.2.2.2根据我们的经验，泥浆套的形成必须使整个管道处于良好密封状态，也就是在外壁的泥浆套不致渗漏到管子内和基坑内。主要控制管接口，中继环，洞口止水装置和机尾。3.2.2.3在配置顶进设备时，要留有足够的余地，使液压系统不会在满负荷下工作，以便形成良性缩环的状态。3.3在小曲率半径情况下，关节密封止水效果差3.3.1分析：3.3.1.1本工程设计采用03200F型管，管节长度2.5m，钢套环伸出长度140，根据我们的经验，橡胶止水带可能挤出钢套外，后果不堪设想。3.3.1.2原设计楔型橡胶止水带的断面尺寸过小，压缩过盈量小，应调整。3.3.1.3在钢套与管子接合面，其设计的止水措施在过去的施工实践中有渗水现象。3.3.2针对性措施：3.3.2.1严格控制管节承插口的制作尺寸误差。 3.3.2.2将钢套环伸出长度改为180，插口尺寸相应调整。3.3.2.3橡胶止水带断面尺寸加大，增加压缩过盈量。3.3.2.4在钢套与管节接合面之间增加发泡剂完全填充，以完全阻断渗水途径。顶管施工工艺及曲线顶管4.1本工程顶管工艺4.1.1施工准备（测量放样）4.1.2顶进设备安装（轨道安放后座顶板安装后座千斤顶安装洞口止水装置安装）4.1.3掘进机井内就位（掘进机的试运行）4.1.4掘进机穿墙（清除洞口砖头后座千斤顶进行顶进出泥准备）4.1.5砼管安装（砼管进场接口检验）4.1.6管道顶进（偏差测量顶进纠偏出泥）4.1.7砼管顶进结束4.2曲线顶管顶进线性控制措施4.2.1概论本工程全部是三维曲线顶管，我们将采用曲线顶管施工技术，控制顶管轴线，确保工程质量。管子接口缝隙差的计算（见下图）S=D*L/RS一缝隙差D一管外径L一管子长度R一曲率半径针对R=600m：S=（2/600）*3.8=0.013m周长D=2*600*3.14=3768m圆为360°则1°对应圆弧长度为L=3768/360=10.47m混凝土管管段长2.5m即1°对应管段数为10.47/2.5=4.19节则每节管段转过角度为1/4.19=0.239°为保证曲线顶管的安全可靠，需作以下改进：1）钢套环与混凝土之间增加了一条止水膨胀橡胶条。2）钢套环长度由260改为320，伸出端长度改为180。3）机头尾部前30节管长为1.5米，以后的管长为2.5米。4）木衬垫全部为S=30mm松木。5）顶程的前5节管子设拉杆，前6节管段需设预埋钢环，钢环应与钢板焊接为一体。4.2.2纠偏控制方法当顶管进入曲线段时，必须有一个平缓的过渡段，然后过渡到曲线段。施工时的纠偏控制应遵循内包路线的原则，即实际轨迹在设计曲线的内侧运动，这是为了避免机头后面的管道向设计曲线外侧滑移.曲线顶管的纠偏控制要特别注意前20m左右管道的弯曲弧度，以后的管子将跟随前20m的整体弯曲弧度走。因此，对前20m管道的管接口缝隙，拉杆螺母调整，缝隙量测都要认真操作。做到随时观测及时调整。4.2.3顶力的调正管道进入曲线段，管段间的顶力传递面靠向曲线内侧，因此中继环进入曲线段后顶力要调正，使中继环的顶力合力中心与其他管段传力一致。调正的办法是曲线外侧的中继油缸要封住，即部份油缸不使用。停用油缸数量可通过计算。最简单的办法是，观测中继环转角有无变化。转角增加，表示要增加停用的油缸，合力中心还要靠向曲线内侧；转角减小，表示停用的油缸太多了，需要减少；只有当转角不增不减，或者变化不大时，认为调正是正确的。4.2.4曲线顶管的注浆减摩工艺（触变泥浆润滑套压注技术）（1） 泥浆润滑减摩剂组成泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆，是由膨润土、CMC（羟甲基纤维素）、纯碱和水按一定比例配方组成。顶管施工用的膨润土应选钠基膨润土，由其拌制成的浆液，触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润土拌制的浆液要好，对土层的支承和润滑效果好。（2） 触变泥浆配比触变泥浆配比应根据不同土质和某些特定的需要通过试验确定。（3） 压浆工艺触变泥浆减摩效果的好坏，与选择的压浆工艺有直接关系。4.2.5穿越部位润滑浆置换加固在顶管结束后需用水泥浆液通过注浆孔压入土体内，起到对润滑浆进行置换和对管道周边土体进行加固，以达到对原污水管及其他管段起到更好的保护。4.2.6曲线顶进过程中的防水措施在曲线顶管顶进过程中，由于曲线顶管管段受力不均，如受力部位混凝土管恰有质量问题，向下有可能会发生管段破裂情况，从而引起地下水倒灌，为防止地下水倒灌淹没机头，一般计划在顶进线路中均匀设置3-5道坝以减缓水流流速，坝由沙石袋堆砌而成，同时在各坝前安装水泵，预设专用排水管，由专人监控管段漏水情况，发现漏水情况立即启动水泵抽水。结语通过曲线顶管在福州市电力缆化工程中的成功实施，我们认为三维复合小曲率半径可以进行曲线顶管施工。该技术在顶管工程中可以推广使用，具有良好的社会效益与经济效益。三维复合小曲率半径土体承载