大口径长距离顶管曲线顶进方案设计及技术保障措施

袁松奎

（扬州市上善建设工程有限公司，江苏 扬州225009）

1 工程慨况

黎明河片区大口径管道工程位于镇江市古运河片区，是镇江市海绵城市建设综合达标项目之一，目的在于解决古运河片区径流污染和全面消除易淹易涝片区。该片区雨水通过现状管道收集后进入新建DN摘要mm～DN摘要mm 大口径雨水管道，提高古运河片区管道系统的排水能力，解决黄山北路天桥积水点排水问题。本工程由扬州市上善建设工程有限公司承建，工期90d。

本工程主要内容为DN摘要mm 钢筋混凝土顶管施工。DN摘要mm 顶管共3 段，其平面走向如图1 所示。分别为：

1）Y3～Y2：由Y3 向Y2 顶进，总长529m。平面曲线顶管，曲率半径630m。坡度0.2%，上坡。覆土深度4.27m～10.21m。

2）Y3～Y4：由Y3 向Y4 顶进，总长187m。直线顶管。坡度0.2%，下坡。覆土深度4.27～6.05m。

3）Y4～Y5：由Y4 向Y5 顶进，总长125m。直线顶管。坡度0.1%，上坡。覆土深度6.05m～6.94m。

图1 钢筋混凝土顶管施工平面走向图

2 地质资料

3 本工程的特点及难点

1）本顶管工程管径较大，因此，出洞阶段必须形成良好的导向，防止出现磕头现象。

2）Y2～Y3 段顶管实际长度为529m，顶程较长，必须准确进行顶力计算，根据计算结果设置使用中继间，顶力控制及中继间防渗漏将是本工程的技术重点。

3）Y2～Y3 段顶管为曲线顶管，曲率半径630m。对测量、轴线控制带来一定难度，施工时必须勤测勤纠，确保施工轴线与设计轴线保持高度一致。

4 Y2～Y3 曲线段顶进方案设计

Y2～Y3 顶管为曲线顶管，管径DN摘要mm，长度529m，曲率半径630m。

4.1 顶力估算

4.1.1 迎面阻力

式中，N为封闭机头的迎面阻力，kN；D1为机头外径，m；本工程机头外径3.62m；Pt为机头底部以上D/3 处的被动土压力，kN/m2；r为土的天然重度，本工程取③层淤泥质粉质黏土17.4kN/m3；φ为土的内摩擦角，本工程取③层淤泥质粉质黏土7.8°；H为管顶土层厚度，4.27m～10.21m，平均按7.2m 计算。

4.1.2 顶管顶进时周边阻力

式中，F2为采取触变泥浆工艺时管壁的摩阻力，kN；f2为采取注浆工艺的单位摩阻力，根据本公司多年来积累的经验，单位摩阻力可控制在4kN/m2以内（已考虑短暂停工因素）；D2为管道外径，m，本工程管外径3.6m；L为顶管长度，m。

因本段顶管为曲线顶管，曲率半径630m，即R=167D，见表1 查得相应增加顶力的附加值K取1.25。则F2′=1.25F2=1.25×摘要=摘要kN。

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

4.1.3 总顶进顶力

4.2 钢混凝土管所能承受的最大推力计算

式中，Fdc为混凝土管允许顶力，N；kdc为混凝土管综合系数，取0.391；fc为混凝土抗压强度设计值，本工程为C50 混凝土，取23.1MPa；Ap为管道最小有效传力面积，本工程DN摘要mm 顶管为2.67m2。

4.3 后靠允许顶力

后靠允许顶力见图2。

式中，F为后靠背允许顶力；Kp为被动压系数；φ为内摩擦角，取③层淤泥质粉质黏土7.8°；γ为容重，③层淤泥质粉质黏土为17.4kN/m3；b为后靠宽度，取10m；h为工作井底板至地面的深度，取10.35m；η为安全系数，通常取η≥1.5,计算取1.8；h1为后靠背顶至地面高度，取5.85m；h2为后座高度，取4.5m；h3为工作井刃脚至底板顶高度，取2m。

4.4 中继间设置

根据计算：

Y3～Y2 段顶管：顶管最大顶力摘要kN；后靠能承受的最大顶力为摘要kN；DN摘要mm 顶管管节能承受的最大顶力为摘要kN。因此，本段顶管必需要加设中继间。

为安全起见最大顶力按摘要kN 控制。

4.4.1 第一只中继间距离计算

式中，S1为中继间的间隔距离，m；F2为顶管机的迎面阻力，

kN；F3为控制顶力，kN；f为管道外壁与土的平均摩阻力，kPa，宜取4kPa；D为管道外径，m；k1为顶力系数，宜取0.5～0.6，本工程取0.6；K为曲线顶管顶力增加附加值，取1.25。则：S1=0.6（10000-2261）/（1.25×3.14×3.6×4）=81.6m。为确保安全，第一个中继间距离按50m 设置。

4.4.2 第二只及以后中继间距离计算

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

“以谣生利”，“谣”为“利”来，切断了两者之间的联系，“谣”自然就减少了。鉴于当前谣言已经严重扰乱经济秩序和社会秩序，必须从法律上明确造谣责任，让恶意造谣者付出应有代价。因造谣而产生的收入，不能“落袋为安”，对于这一问题也应该有所规范。就平台方来说，处理也不能“对号不对人”，应该把号背后的人列入黑名单，严格准入资格，不再为其提供造谣机会。

则中间间距按下列布置：

5 管道断面布置

1）通风：顶管施工采用压入式通风，第一只通风机安装在靠近工作井井口的地面上，采用帆布伸缩管向管内送风，当风力不能满足要求时，采用通风机接力，一直将地面新鲜空气送到机头位置。

2）通信：长距离顶进必须保证信息交换渠道的畅通，设置通信、监控系统。通信采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过电话联系。由于管道内空气潮湿，应使用防潮、防爆的矿用电话机，以保证通话质量。机头部位设置一摄像机，通过操纵室的显示器可以及时掌握机头运转的各个参数以及机内操作环境。

3）照明：顶进施工中，管道内的动力电缆、照明线及通风管道严格按照管内断面布置图分门类别地安放，各类管线固定好。

4）其他：利用管道内的预埋铁焊接支架将进水管、排泥管、注浆管分别排放在管道两侧；用φ12mm 钢筋制作吊钩焊接在管道的预埋铁上，并在钢筋上套上塑料套管，用来吊放动力电缆、通信线、信号线、行灯线等（见图3）。

图3 管内端面布置图

顶进过程中，管道内由于进排泥管渗漏、接力泵维修等漏进管道内的泥浆应及时打扫干净，保持管内作业环境整洁。

6 曲线顶进技术保障措施

1）设置较短的管节长度：用多个管节形成的缓和曲线来代替所需的圆弧曲线。

Y2～Y3 顶管为曲线顶管，开口量公式如下：

管节长度L=2.5m；外径D=3.6m；曲率半径R=630m。

经计算开口量x=2.5×3.6/630=0.014m。

相邻两管节之间转角α=tan-（1L/R）=tan-（12.5/630）=0.23。

管节开口量及转角较大，容易引起漏泥漏水以及钢套环损坏现象，而且管节受力不均，容易引起管口爆裂现象，因此，曲线段管节长度采用1.5m 的特殊管节。

采用1.5m 长度管节后的开口量为：x=1.5×3.6/630=0.摘要m。

相邻2 管节之间转角α=tan-1(1.5/630)=0.136。

符合顶进要求。

2）控制顶进轴线。（1）导轨安装必须严格控制其精度：轴线位置：3mm；顶面高程：0mm～+3mm；两轨间距：±2mm。确保机头出洞有良好的导向。（2）顶进初始阶段，根据激光点的位置随偏随纠，在开始的100m，将平面及高程偏差控制在20mm 以内。（3）为防止曲线部分被后续顶进的管道拉直，以及增加顶管的受力面，必须在曲线的外圆按各曲线段的开口量设置木楔子。施工轴线变化处的管节内侧张角，派专人及时用适当厚度的楔子填充其中，使整个顶进管道沿着曲线轨迹前进。（4）曲线顶进过程中掌握轴线修正技术，在曲线顶进过程中，由于顶力方向与管道轴线方向有1 个夹角，会产生1 个垂直轴线方向的分力，使管道在顶进过程中不断向外侧漂移。在顶进过程中必须保证连续精确的测量，正确地掌握顶管机所处的位置。根据测量结果调整顶进参数，以及顶管机纠偏千斤顶的长度差值。（5）控制好顶进施工轴线，使其垂直轴线方向的分力小于土体侧向抗力。做好顶管机顶进的轴线与后继楔子（开口量）的控制，使顶进轴线轨迹形成良好、规则的圆弧曲率，就可以避免因分力的作用而使轴线偏离的后果。

7 结语

本顶管工程曲线段采取该顶进方案，每天顶进15m（24h作业），2019 年7 月28 日顺利出洞，完成了DN摘要mm 钢筋混凝土管的顶进施工，既满足了设计要求，又保证了施工安全及周围道路和管线的安全，使工程保质保量的按时完成。