顶管技术在大口径引水管道工程中的应用.docxVIP

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顶管技术在大口径引水管道工程中的应用

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【摘要】本文主要针对顶管技术在大口径引水管道工程中的应用展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对施工关键的参数作了系统的计算，并在分析了施工中遇到问题的基础上，给出了一系列的解决办法，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

【关键词】大口径；顶管技术；引水管道

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，由于自身具有的优点，近年来在我国逐步得到推广应用。而在大口径引水管道工程的施工中，顶管技术施工的应用给工程的施工提供了极大的便利。基于此，本文就顶管技术在大口径引水管道工程中的应用进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1工程概况

1.1管道情况

某顶管施工，管顶的覆土深度为4.1～9.6m。根据过水截面要求采用4条DM2.8m的钢筋混凝土管，管道净距3.54m，管材接口采用F形，顶管段长185m，采用泥水平衡时，顶管机逐根顶进施工。

1.2工程地质

本工程地质勘察报告显示，施工场地内覆盖土层主要分为人工填土层、冲积土层、残积土层；基岩为石炭系灰岩、炭质页岩；具体分层情况如下：

（1）人工填土层：人工填土，灰色、灰黑色、灰褐色、灰黄色等，为素填土，部分为杂填土，主要由粉质粘土、砂土、淤泥质土及碎石等回填而成，欠压实或稍压实，顶面高程4.60～7.60m，层厚2.0～3.0m，平均层厚3.0m。

（2）冲积土层：

层中砂、粗砂：灰色、灰白色、灰黄色，饱和，稍密状，大部分砂质较纯，局部含少量粘粒。顶面埋深2.0～4.50m，顶面高程2.0～5.20m，层厚4.50～12.70m，平均层厚6.85m。

层粉质粘土：灰黄色，可塑状，土质较软，粘性较差，局部含较多中细砂。顶面埋深8.50～11.8m，顶面高程-5.30～-1.90m，层厚0.70～4.60m，平均层厚2.08m。

层中砂、粗砂：灰黄色、灰白色，饱和，中密状，大部分砂质较纯，局部含少量粘粒。顶面埋深7.90～14.20m，顶面高程-7.70～-0.70m，层厚1.20～9.50m，平均层厚5.86m。

（3）残积土层：为粉质粘土，灰黑色、灰褐色、褐黄色，为炭质页岩或灰岩风化残积土，可塑状，局部软塑状，粘性较好。顶面埋深11.60～21.60m，顶面高程-15.1～-4.40m，层厚0.70～10.90m，平均层厚3.10m。

（4）石炭系基岩：场地内基岩为石炭系下统石磴子段炭质页岩或灰岩。

1.3顶管机选型

由工程地质资料可知，顶管管道通过的地层主要处于中粗砂层。因此，工程中选用一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机，泥水平衡式工具头型号采用DN2800。其切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20kPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。

1.4施工流程

根据施工现场环境和机械设备，本工程所采用的泥水平衡顶管顶进施工工艺流程，如图1所示。

2施工关键参数计算

由于地质因素、土层改良方法、掘进参数等一系列因素的影响，顶管工作过程的力学参数计算是一个非常复杂的问题，在计算的方法上存在许多不确定因素。至今应用的顶管参数计算方法在很大程度上只是处于研究、探索阶段，甚至很大程度上是一些经验性的计算方法。本文根据该工程的地质勘察报告和水文地质资料选取适当参数，并结合顶管机生产厂家设计数据进行参数计算。

2.1顶力计算

顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，其包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。计算顶力值计算公式为：

式中，α为综合系数；pe为土仓的压力，kMpa；Bc为管外径，m；R为综合摩擦阻力；S为管外周长，m；L为推进长度，m。

将工程数据代入公式（1）～（3）中计算可得，总计算顶力F值为1242.67t。因此，顶管顶进的后座采用8个200t的千斤顶，总推力有1600t，同时，加设1座中继环。中继环设计总推力为600t，拟在距离工具头80m处设置。

2.2后座墙稳定计算

本工程工作井后座设计定力为1300t，大于1242.67t（设计最大推力）。因此，后座墙是稳定可行的。

3施工中遇到的问题及解决办法

3.1管道轴线控制

在大口径长距离顶管施工中，管道能否按设计轴线顶进是顶管施工成败的关键因素之一。管道失稳是由于管道周围土体提供的抵抗力矩小于偏心顶推力而产生的扭转力矩，造成管节偏离设计轴线。因此，在施工过程中，要有一套能精确控制管道顶进方向的导向装置。

本工程在顶进井后座位置设置测量基座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在顶管机的测量靶位上，通过视频传输至操作台上，