大口徑長距離頂管曲線頂進方案設計及技術保障措施

袁松奎

（揚州市上善建設工程有限公司，江蘇 揚州225009）

1 工程慨況

黎明河片區(qū)大口徑管道工程位于鎮(zhèn)江市古運河片區(qū)，是鎮(zhèn)江市海綿城市建設綜合達標項目之一，目的在于解決古運河片區(qū)徑流污染和全面消除易淹易澇片區(qū)。該片區(qū)雨水通過現(xiàn)狀管道收集后進入新建DN摘要mm～DN摘要mm 大口徑雨水管道，提高古運河片區(qū)管道系統(tǒng)的排水能力，解決黃山北路天橋積水點排水問題。本工程由揚州市上善建設工程有限公司承建，工期90d。

本工程主要內(nèi)容為DN摘要mm 鋼筋混凝土頂管施工。DN摘要mm 頂管共3 段，其平面走向如圖1 所示。分別為：

1）Y3～Y2：由Y3 向Y2 頂進，總長529m。平面曲線頂管，曲率半徑630m。坡度0.2%，上坡。覆土深度4.27m～10.21m。

2）Y3～Y4：由Y3 向Y4 頂進，總長187m。直線頂管。坡度0.2%，下坡。覆土深度4.27～6.05m。

3）Y4～Y5：由Y4 向Y5 頂進，總長125m。直線頂管。坡度0.1%，上坡。覆土深度6.05m～6.94m。

圖1 鋼筋混凝土頂管施工平面走向圖

2 地質(zhì)資料

3 本工程的特點及難點

1）本頂管工程管徑較大，因此，出洞階段必須形成良好的導向，防止出現(xiàn)磕頭現(xiàn)象。

2）Y2～Y3 段頂管實際長度為529m，頂程較長，必須準確進行頂力計算，根據(jù)計算結果設置使用中繼間，頂力控制及中繼間防滲漏將是本工程的技術重點。

3）Y2～Y3 段頂管為曲線頂管，曲率半徑630m。對測量、軸線控制帶來一定難度，施工時必須勤測勤糾，確保施工軸線與設計軸線保持高度一致。

4 Y2～Y3 曲線段頂進方案設計

Y2～Y3 頂管為曲線頂管，管徑DN摘要mm，長度529m，曲率半徑630m。

4.1 頂力估算

4.1.1 迎面阻力

式中，N為封閉機頭的迎面阻力，kN；D1為機頭外徑，m；本工程機頭外徑3.62m；Pt為機頭底部以上D/3 處的被動土壓力，kN/m2；r為土的天然重度，本工程?、蹖佑倌噘|(zhì)粉質(zhì)黏土17.4kN/m3；φ為土的內(nèi)摩擦角，本工程?、蹖佑倌噘|(zhì)粉質(zhì)黏土7.8°；H為管頂土層厚度，4.27m～10.21m，平均按7.2m 計算。

4.1.2 頂管頂進時周邊阻力

式中，F(xiàn)2為采取觸變泥漿工藝時管壁的摩阻力，kN；f2為采取注漿工藝的單位摩阻力，根據(jù)本公司多年來積累的經(jīng)驗，單位摩阻力可控制在4kN/m2以內(nèi)（已考慮短暫停工因素）；D2為管道外徑，m，本工程管外徑3.6m；L為頂管長度，m。

因本段頂管為曲線頂管，曲率半徑630m，即R=167D，見表1 查得相應增加頂力的附加值K取1.25。則F2′=1.25F2=1.25×摘要=摘要kN。

曲率半徑R 300D 250D 200D 150D 100D K 值 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30

4.1.3 總頂進頂力

4.2 鋼混凝土管所能承受的最大推力計算

式中，F(xiàn)dc為混凝土管允許頂力，N；kdc為混凝土管綜合系數(shù)，取0.391；fc為混凝土抗壓強度設計值，本工程為C50 混凝土，取23.1MPa；Ap為管道最小有效傳力面積，本工程DN摘要mm 頂管為2.67m2。

4.3 后靠允許頂力

后靠允許頂力見圖2。

式中，F(xiàn)為后靠背允許頂力；Kp為被動壓系數(shù)；φ為內(nèi)摩擦角，?、蹖佑倌噘|(zhì)粉質(zhì)黏土7.8°；γ為容重，③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為17.4kN/m3；b為后靠寬度，取10m；h為工作井底板至地面的深度，取10.35m；η為安全系數(shù)，通常取η≥1.5,計算取1.8；h1為后靠背頂至地面高度，取5.85m；h2為后座高度，取4.5m；h3為工作井刃腳至底板頂高度，取2m。

4.4 中繼間設置

根據(jù)計算：

Y3～Y2 段頂管：頂管最大頂力摘要kN；后靠能承受的最大頂力為摘要kN；DN摘要mm 頂管管節(jié)能承受的最大頂力為摘要kN。因此，本段頂管必需要加設中繼間。

為安全起見最大頂力按摘要kN 控制。

4.4.1 第一只中繼間距離計算

式中，S1為中繼間的間隔距離，m；F2為頂管機的迎面阻力，

kN；F3為控制頂力，kN；f為管道外壁與土的平均摩阻力，kPa，宜取4kPa；D為管道外徑，m；k1為頂力系數(shù)，宜取0.5～0.6，本工程取0.6；K為曲線頂管頂力增加附加值，取1.25。則：S1=0.6（10000-2261）/（1.25×3.14×3.6×4）=81.6m。為確保安全，第一個中繼間距離按50m 設置。

4.4.2 第二只及以后中繼間距離計算

S1=k1F2/（KπDf）=0.6×10000/（1.25×3.14×3.6×4）=105m，取100m。

“以謠生利”，“謠”為“利”來，切斷了兩者之間的聯(lián)系，“謠”自然就減少了。鑒于當前謠言已經(jīng)嚴重擾亂經(jīng)濟秩序和社會秩序，必須從法律上明確造謠責任，讓惡意造謠者付出應有代價。因造謠而產(chǎn)生的收入，不能“落袋為安”，對于這一問題也應該有所規(guī)范。就平臺方來說，處理也不能“對號不對人”，應該把號背后的人列入黑名單，嚴格準入資格，不再為其提供造謠機會。

則中間間距按下列布置：

5 管道斷面布置

1）通風：頂管施工采用壓入式通風，第一只通風機安裝在靠近工作井井口的地面上，采用帆布伸縮管向管內(nèi)送風，當風力不能滿足要求時，采用通風機接力，一直將地面新鮮空氣送到機頭位置。

2）通信：長距離頂進必須保證信息交換渠道的暢通，設置通信、監(jiān)控系統(tǒng)。通信采用數(shù)字程控交換機，各聯(lián)絡點之間可以通過電話聯(lián)系。由于管道內(nèi)空氣潮濕，應使用防潮、防爆的礦用電話機，以保證通話質(zhì)量。機頭部位設置一攝像機，通過操縱室的顯示器可以及時掌握機頭運轉(zhuǎn)的各個參數(shù)以及機內(nèi)操作環(huán)境。

3）照明：頂進施工中，管道內(nèi)的動力電纜、照明線及通風管道嚴格按照管內(nèi)斷面布置圖分門類別地安放，各類管線固定好。

4）其他：利用管道內(nèi)的預埋鐵焊接支架將進水管、排泥管、注漿管分別排放在管道兩側；用φ12mm 鋼筋制作吊鉤焊接在管道的預埋鐵上，并在鋼筋上套上塑料套管，用來吊放動力電纜、通信線、信號線、行燈線等（見圖3）。

圖3 管內(nèi)端面布置圖

頂進過程中，管道內(nèi)由于進排泥管滲漏、接力泵維修等漏進管道內(nèi)的泥漿應及時打掃干凈，保持管內(nèi)作業(yè)環(huán)境整潔。

6 曲線頂進技術保障措施

1）設置較短的管節(jié)長度：用多個管節(jié)形成的緩和曲線來代替所需的圓弧曲線。

Y2～Y3 頂管為曲線頂管，開口量公式如下：

管節(jié)長度L=2.5m；外徑D=3.6m；曲率半徑R=630m。

經(jīng)計算開口量x=2.5×3.6/630=0.014m。

相鄰兩管節(jié)之間轉(zhuǎn)角α=tan-（1L/R）=tan-（12.5/630）=0.23。

管節(jié)開口量及轉(zhuǎn)角較大，容易引起漏泥漏水以及鋼套環(huán)損壞現(xiàn)象，而且管節(jié)受力不均，容易引起管口爆裂現(xiàn)象，因此，曲線段管節(jié)長度采用1.5m 的特殊管節(jié)。

采用1.5m 長度管節(jié)后的開口量為：x=1.5×3.6/630=0.摘要m。

相鄰2 管節(jié)之間轉(zhuǎn)角α=tan-1(1.5/630)=0.136。

符合頂進要求。

2）控制頂進軸線。（1）導軌安裝必須嚴格控制其精度：軸線位置：3mm；頂面高程：0mm～+3mm；兩軌間距：±2mm。確保機頭出洞有良好的導向。（2）頂進初始階段，根據(jù)激光點的位置隨偏隨糾，在開始的100m，將平面及高程偏差控制在20mm 以內(nèi)。（3）為防止曲線部分被后續(xù)頂進的管道拉直，以及增加頂管的受力面，必須在曲線的外圓按各曲線段的開口量設置木楔子。施工軸線變化處的管節(jié)內(nèi)側張角，派專人及時用適當厚度的楔子填充其中，使整個頂進管道沿著曲線軌跡前進。（4）曲線頂進過程中掌握軸線修正技術，在曲線頂進過程中，由于頂力方向與管道軸線方向有1 個夾角，會產(chǎn)生1 個垂直軸線方向的分力，使管道在頂進過程中不斷向外側漂移。在頂進過程中必須保證連續(xù)精確的測量，正確地掌握頂管機所處的位置。根據(jù)測量結果調(diào)整頂進參數(shù)，以及頂管機糾偏千斤頂?shù)拈L度差值。（5）控制好頂進施工軸線，使其垂直軸線方向的分力小于土體側向抗力。做好頂管機頂進的軸線與后繼楔子（開口量）的控制，使頂進軸線軌跡形成良好、規(guī)則的圓弧曲率，就可以避免因分力的作用而使軸線偏離的后果。

7 結語

本頂管工程曲線段采取該頂進方案，每天頂進15m（24h作業(yè)），2019 年7 月28 日順利出洞，完成了DN摘要mm 鋼筋混凝土管的頂進施工，既滿足了設計要求，又保證了施工安全及周圍道路和管線的安全，使工程保質(zhì)保量的按時完成。