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

黎明河片區大口徑管道工程位于鎮江市古運河片區，是鎮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徑流污染和全面消除易淹易澇片區。該片區雨水通過現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，提高古運河片區管道系統的排水能力，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，防止出現磕頭現象。

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，本工程取③層淤泥質粉質黏土17.4kN/m3；φ為土的內摩擦角，本工程取③層淤泥質粉質黏土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，F2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，根據本公司多年來積累的經驗，單位摩阻力可控制在4kN/m2以內（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，Fdc為混凝土管允許頂力，N；kdc為混凝土管綜合系數，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為后靠背允許頂力；Kp為被動壓系數；φ為內摩擦角，取③層淤泥質粉質黏土7.8°；γ為容重，③層淤泥質粉質黏土為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，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，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系，“謠”自然就減少了。鑒于當前謠言已經嚴重擾亂經濟秩序和社會秩序，必須從法律上明確造謠責任，讓惡意造謠者付出應有代價。因造謠而產生的收入，不能“落袋為安”，對于這一問題也應該有所規范。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、監控系統。通信采用數字程控交換機，各聯絡點之間可以通過電話聯系。由于管道內空氣潮濕，應使用防潮、防爆的礦用電話機，以保證通話質量。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的各個參數以及機內操作環境。

3）照明：頂進施工中，管道內的動力電纜、照明線及通風管道嚴格按照管內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 管內端面布置圖

頂進過程中，管道內由于進排泥管滲漏、接力泵維修等漏進管道內的泥漿應及時打掃干凈，保持管內作業環境整潔。

6 曲線頂進技術保障措施

1）設置較短的管節長度：用多個管節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：

管節長度L=2.5m；外徑D=3.6m；曲率半徑R=630m。

經計算開口量x=2.5×3.6/630=0.014m。

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

管節開口量及轉角較大，容易引起漏泥漏水以及鋼套環損壞現象，而且管節受力不均，容易引起管口爆裂現象，因此，曲線段管節長度采用1.5m 的特殊管節。

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

相鄰2 管節之間轉角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。（3）為防止曲線部分被后續頂進的管道拉直，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內側張角，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精確的測量，正確地掌握頂管機所處的位置。根據測量結果調整頂進參數，以及頂管機糾偏千斤頂的長度差值。（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），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，使工程保質保量的按時完成。