超长距离顶管技术发展问题研究.doc

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1、超长距离顶管技术发展问题研究摘要：通过对国内顶管技术发展现状研究分析，为工程顶管施工提供借鉴参考。关键词：工程建设；顶管技术；超长距离前言超长距离顶管技术的发展，同时也带动了整个顶管技术的提高，特别是在沿海一带，顶管施工已被广泛采纳。我国超长距离顶管所采用的工具管主要是三段双铰型工具管，其最大的特点是利于排障，对土层适应性强。这正是超长距离顶管要求工具管的必备性能，所以三段双铰型工具管至今仍是超长距离顶管首选机型。通过近年来的研究和工程实践，超长距离顶管技术又有了新的发展。1工具管形式趋于多样化，性能更加完善近年来工具管的形式趋于多样化，主要有土压平衡式、泥水平衡式和开敞挖掘式，都已有数百米的

2、成功纪录。开敞挖掘式由于掌子面较高，土体容易坍陷，因此要求顶进土层承载力较高。它的优点是排障能力较强，施工中设备保养、维修方便，在承载力较高的土层中不失为可以选择的机型。近年来这种机型，我们又将把它发展成掌子面上半部可以关闭或开启的形式。这样可以减少掌子面的自由高度，使正面不易坍方。土压平衡式和泥水平衡式工具管有其独特的优点，两者对控制地面的沉降都比较理想。土压平衡式为干出土，可以避免泥水分离，在缺乏水源和施工场地紧缺的场合，更显示其优越性。泥水平衡式的弃土以排泥管排放，施工效率高。泥水到达地面后需要分离，但粘性土分离困难，这使作为载体的水，循环使用困难。土压平衡式适用于粘性土，泥水平衡式适用

3、于砂性土，两者对土层各有选择。因此对超长距离顶管来说，采用这类工具管尚需考虑顶管土质是否单一、地下是否没有障碍物等。如果顶进土层多变，承载力高低悬殊，地层中可能有较大的障碍物，则还须采用三段双铰型工具管。2组合密封中继环研究应用成功顶管中以是否采用中继环区别普通顶管和长距离顶管，而超长距离顶管顶进距离要超过干米，则最前面的中继环，每顶进一公里，来回动作达一万次，这对任何性能的密封圈来说都是很难达到不被磨损，不会渗漏的，实践证明确实如此中继环密封的损坏不但与顶进距离有关，而且还与水头压力大小和土质性能有关。因此对超长距离顶管来说选择一种性能优越的中继环是当务之急，对数公里的水下顶管来说更成了关键

4、设备。组合密封中继环是在综合钢管顶管中继环和混凝土顶管中继环的优点基础上设计而成的，其最显著的特点是密封装置与管道是组合而成的，既可以安装一道，也可以安装多道。该密封装置既可以用于钢管顶管，又可以用于混凝土顶管，其特点是可以用于较高水头和复杂地层中的顶管，密封圈磨损后可以在常压下方便地更换，目前该装置己通过2527m高水头下的施工实践。根据试验，该组合密封中继环可用于30米左右水头下的施工。3高压供电突破常规首次在顶管管道内采用随着超长距离顶管的发展，管道内的动力设备越来越多，工具管需要用电，中继环需要用电，排泥泵需要用电，通风也需要用电，因此380伏市电的供电电缆己不胜负担。管内供电问题制约

5、了超长距离顶管的发展。在盾构施工中，高压供电己普遍采用，原因之一是盾构施工动力设备主要集中在前部，功率大，非解决不可。其二，盾构施工的断面一般较大，高压供电的安全度较大，容易解决。顶管管道特点是断面较盾构施工的断面小，安全供电成为高压供电的关键。为解决在断面较小的顶管管内实现安全高压供电，要求高压变压器不但绝缘性能要好，而且体积要小，特别是高宽的尺寸要尽量缩小，但允许沿管轴线方向延长。目前顶管管道内的我国第一套高压供电变压器就是按这一要求设计的。为了避免单台体积过大，采用分散式供电。尽管高压供电变压器在设计上作了详尽的考虑和很大的努力，但毕竟体积还较大，因此采用高压供电的超长距离顶管的管径不能

6、过小，要受到变压器的制约.根据目前的变压设备的体积，超长距离顶管管径最小不宜小于2.4m。根据顶管用电的情况，顶进长度大于1500m的顶管施工，宜采用高压供电。4采用重复串联管道泵以群泵形式排泥技术为了求得超长距离顶管施工效率和经济效益，排泥形式往往首选以排泥管排放，这是因为管道排泥所占空间小，排泥连续，而且效率高。顶管中水力采掘的泥浆一般用水力机械排放，千米以上的顶管采用串联水力机械排放，但排放距离仍然有限。为解决这一问题，在超长距离顶管中开始采用重复串联管道泵以群泵形式排泥。最近自动控制群泵启动又获得成功，使这一技术更趋于完善，这为今后数公里的排泥创造了条件。5、海水触变泥浆应用成功污水深

7、水排放管道的敷设是超长距离顶管应用的重要方面，再加上较多的沿海顶管管道，对这些顶管必须弄清地下水中是否有氯离子。为了充分发挥顶力的作用，在管壁与土体之间采用触变泥浆起润滑作用。应用触变泥浆好的顶管，管壁四周的摩阻力可以减小2/33/4。反之触变泥浆一旦失效，管道顶力可以增加2-3倍，以致顶管受阻。普通的触变泥浆只能在淡水中使用，一旦遇到氯离子，触变泥浆就会很快失水，泥水分离，触变泥浆失去润滑作用。6曲线顶管测量技术研究城区顶管往往会遇到平面上的曲线顶管，穿越江河通向水域的管道遇到垂直方向的曲线顶管.无论是水平面向的还是垂直方向的一般均称为曲线顶管，曲线顶管中的一项关键技术是管道定向测量。曲线顶

8、管因管外的测量仪器与工具管无法通视，因此必须改变常规的施工测量方法，经纬仪必须进管道。但管道在施工过程中是在不断向前移动的，因此仪器点的座标也是在不断变化的。要在座标不断改变的测站上随时随地指出管道前进方向，这就是曲线顶管中管道定向测量要解决的中心问题。解决的办法主要在管道内布置多台电子经纬仪，或设置一台普通经纬仪，一个规标。7软弱土层中的顶管获得新进展我国沿海有大量淤积而成的陆地和海床，地表以下的土层承载力极低，30-40kPa是常见的。在海床下的土层承载力更低。这里有一个在特软土层中顶管并获得成功的实例可以借鉴，这个工程就是厦门污水排海顶管工程，该工程全长1050m，其中有300m范围是在

9、土质极差的淤泥质土层中顶进。该淤泥的重度为1.39t/m3，含水量98%，承载力20kPa。管道在该土层中顶时，由于事先通过周密的计算采取了有效的措施，施工顺利，而且偏差小。实践证明在这样的土层中是同样可以采用顶管敷设管道的。但是该工程在施工中也因土质太差、承载力太低曾遇到过困难。当管道通过这层软弱土层进入砂性土层时，因正面阻力增加，管轴线在土质特软处严重地出现局部失稳，后来采取措施，促使失稳的管轴线复位，管道才继续顶进。8钢管壁厚薄型化技术应用钢管管壁的厚薄与顶管工程造价有一定的影响，所以顶管钢管璧厚的研究必然引起各方面的兴趣。顶管钢管的壁厚一般采用管径的1%，比埋管管道的管壁要厚，加厚部分完全是为了满足顶管的需要。决定钢管壁厚加厚的因素是顶管的顶推力大小、管轴线弯曲程度。自从采用中继环以后，顶管顶力不再需要无限增加，并可以从设计角度加以限制。因此管壁可以减薄，但管轴线弯曲程度不能由设计控制，完全取决于施工人员的技术素质。管轴线弯曲后不但管道弯矩增加，而且管壁摩阻力骤增，管道顶力增加。如果管道弯曲过大，可以形成塑性铰，这就是波纹失稳、管壁断裂的原因。目前钢管顶管技术己经成熟，管道偏差可控制在几公分的范围内，一旦有了偏差，有经验的施工人员都不急于回复到0，而是经过较长的距离后再归0。4