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1、西 江 引 水 工 程 大 直 径 钢 管 顶 管 施 工 关 键 技 术 措 施 及 效 果钟显奇 1 , 2 周 志 强 2 黎东辉 1(1 广东省基 础工程公 司 ,广州 510620 ; 2 广州大学 ,广州 510006)摘要 西江引水工 程的十六 、 十七 、 十八 标段采用大 直 径 钢 管 顶 管 施 工 技 术 ,在 复 杂 环 境 条 件 下施工难度大 。 顶管施 工遇到的复 杂 地 层 主 要 有 黏 土 层 、 强 透 水 砂 层 及 上 软 下 硬 复 合 地 层 ,突 出 的 技 术难点有超 浅覆土过 江 、 近 距 离 过 建 筑 基 础 及 长 距 离 顶 进
2、施 工 等 。 通 过 选 用 改 进 的 泥 水 平 衡 顶 管 机 ,优 化刀盘 、 刀具配置 ,以及 在施工过程 中采用针 对性的技 术 措 施 ,逐 一 突 破 各 个 技 术 难 点 ,保 证 了工程的安全 施工 。关键词 西江引 水工程 钢 管顶管施工 顶管设备 选型 技术 难点 超浅 覆土 措施Key mea sures f or large dia meter steel pipe jacking engineering inXij iang water diversion project an d t heir pract ical eff ectsZho ng Xia nq
3、i1 ,2 , Zho u Zhiqia ng2 ,L i Do nghui1( 1 . Gu a n g d on g Fou n d at i on E n g i nee ri n g Com p a n y , Gu a n g z ho u 5 106 20 , C hi n a ;2 . Gu a n g z hou U ni v e rs i t y , Gu a n g z hou 51 00 06 , C h i n a)Abstract : The si xt ee nt h , seve nt ee nt h , and eighteent h sectio n of t
4、 he water diversio n p roject ofXijiang used t he large diameter steel pipe jacking techninology , and t he engineering was difficult due to t he co mplex engineering enviro nment . The co mplex st rat um during pipe jacking included clay , watered sandy st rat um , and sof t up side and hard downsi
5、de st rat um , and t he main technique difficulties included cro ssing t he river wit h ext reme shallow soil covering , short distance f ro m building base , and lo ng distance pipe jacking , and so o n. By using imp roved slurry - balanced pipe jacking machine , op timized co nfiguratio n of cutte
6、r head and cutter , and specified tech nique mea sure s i n e ngi nee ri ng , all t he se diffic ultie s we re bro ke t hro ugh o ne by o ne , w hich secure t he saf et y of t he p roject .Key words : Xijia ng wat er diver sio n p roject ; St eel pip e jacki ng ; Pip e jacki ng equip me ntselectio n
7、 ; Tec h nique difficult y ; Ext re me shallo w soil co veri ng ; Engi neeri ng mea sure s0 前言西江引水工程 是 广 州 亚 运 会 配 套 工 程 ,是 广 州 百年 供水史上规 模最大的 项目 。 工程 中使用的 钢 顶管直 径 都 在 2 400 mm 以 上 , 为 大 直 径 顶 管 工 程 。 大直 径钢管顶管 施 工 项 目 在 国 内 逐 步 出 现 ,特 别 是在水 厂取 水 工 程 中 逐 渐 得 到 推 广 及 运 用 1 ,2 , 如 上 海青 草 沙 水 源 地 原 水 工 程
8、 严 桥 支 线 采 用 D N 3 600 顶管 施工 3 ,汕头过海 水管工程 中 采 用 D N 2 000 钢管 顶 管施工 4 及 西江引水工 程 。 笔者结 合 西 江 引 水项目中的十六 、 十 七 、 十 八 三 个 标 段 中 的 顶 管 施 工 ,探讨了施 工 中 存 在 的 技 术 难 点 以 及 采 用 的 解 决 措 施 ,为 今 后 相 关 钢 管 顶 管 工 程 提 供 一 定 的 借 鉴 和 参考 。1 工 程概况西 江 引 水 工 程 十 六 标 段 为 输 水 管 线 江 村 支 线 华 南 三 期 B 段管 线 顶 管段 工 程 。 线路 中 管 线穿 越
9、 广清 高 速 公 路 ,管 材 采 用 D N2 800 套 管 内 衬 D N2 400钢管 ,顶进总长度 约 234 m 。给 水排 水 Vol1 37 No1 2 2011 93十七标段为 西江引水 工程 输水 管线 江 村 支线机 场 高 速 ( 平 沙 立 交 ) 顶 管 段 工 程 。 本 标 段 均 以 顶 管方式敷设 ,管材 采用 D N 2 400 钢管及 D N 2 800 套管 内衬 D N 2 400 钢 管 两 种 类 型 , 顶 进 总 长 度 约1 290 m 。十八标 段 起 点 位 于 机 场 高 速 公 路 平 沙 立 交 北 侧 ,终点 为 江 村 水
10、厂 ( 见 图 1) 。 线 路 区 间 采 用 一 条 D N 2 400 钢 管 , 以 明 挖 埋 管 及 顶 管 方 式 敷 设 , 其 中 明挖 埋管敷 设 距 离 约 3 900 m , 顶 管 法 施 工 穿 越 富 力城 段距离约 1 500 m 。2 工 程技术难点顶 管 施工 最 明 显 的 特 点 就 是 地 层 适 应 性 问 题 。 针 对 不 同 的 地 层 及 顶 管 埋 深 ,选 用 与 之 相 应 的 施 工 方 法 ,可 以 提 高 工 效 ,保 证 工 程 施 工 安 全 。 否 则 可 能 导 致 顶 管 无 法 顺 利 顶 进 ,延 误 工 期 ,以
11、及 由 于 顶 管 施 工的 不 可 逆 性 ,严 重 的 会 使 顶 管 施 工 失 败 ,造 成 巨 大 的 损 失 。西 江 引 水 工 程 十 六 、 十 七 、 十 八 三 个 标 段 中 使 用 直 径 为 2 400 mm 以上 的 大 直径 顶 管 ,在 广 州地 区 的 特 殊 地 层 及 复 杂 周 边 环 境 条 件 下 ,遇 到 的 施 工 技 术 难点 多 ,特 殊 性 强 。(1) 十六标段 顶管穿越 的 地 层 主 要 为 粉 细 砂 和 中粗砂 ,地下 水 为 中 等 强 富 水 。 在 富 水 砂 层 中 进 行 顶管施工 ,顶管的 顶力会很 大 ,而 且刀盘
12、前 的 砂 层 自稳性较差 ,极易 坍塌 。(2) 十 七 标 段 顶 管 穿 越 的 地 层 主 要 为 黏 土 层 、砂层及部 分 的 上 软 下 硬 土 层 , 地 下 水 丰 富 , 且 埋 深 浅 。 顶管需 穿越 40 m 宽的石 井河 ,且河道覆土 层只 有 0 . 4 m 。 在 顶 管 穿 越 机 场 高 速 公 路 桥 桩 基 础 时 , 顶 管距离支撑 桩大约只 有 1 m 。 在 这 几 类 特 殊 情 况 下进行大直 径 顶 管 施 工 ,对 顶 管 机 械 设 备 及 既 有 建 筑物都存在 较大的危险 。(3) 十 八 标 段 顶 管 穿 越 的 地 层 主 要
13、为 黏 土 层 、 砂 层 ,地 下水丰富 ,且水 位埋深较浅 。 顶管需 穿 越 距 离 约 200 m 的黏土层 ,以及进 行长距离的 顶管施工 。 这 类特殊情况 ,对机 械设备和 顶进控制要 求 严 格 ,需 要防止结泥 饼及顶进偏 移等不良后 果 。3 顶 管设备选型西 江引水 项目工程 量大 ,施工条件有 限 ,地 层 较 为特殊 ,周边 环 境 复 杂 。 针 对 十 六 、 十 七 、 十 八 三 个 标段中存在 以 上 的 施 工 技 术 难 点 ,选 择 泥 水 平 衡 式顶 管施工 ,并在 以 下 几 个 方 面 对 顶 管 机 设 备 进 行 优 化改进 :(1) 机具
14、选型 。 首先选 用 具 有 较 强 破 碎 能 力 的 大 功率泥水平 衡式顶管 机 ,以 适应复杂地 层 掘 进 ;然 后 优化泥水仓 压力控制 ,保持 泥水仓 内 的 泥 水 、 泥 浆压 力 高 于 地 下 水 压 力 10 20 k Pa ,以 平 衡 地 下 水 压 力 ;最 后 选 用 粘 度 为 25 s 的泥 浆 (以流 出 一 定量 泥 浆 所 需 时 间 计 ) ,保 证开 挖 面 形 成 一 层 结 实 的 不 透 水 泥 膜 ,同 时 可 以 平 衡 地 下 水 压 力 和 土 压 力 。图 1 十八标 段平 面场区各主要 岩土层分 布和物理 力 学参数指 标 如 表
15、 1 所示 。表 1 岩土物理 力学指标94 给水 排水 Vol1 37 No1 2 2011编号 土层名 称 容 重 / kN/ m3 内摩 擦 角/ 粘聚 力C/ k Pa变 形模 量E0 / M Pa - 1 - 2 - 1 - 2 - 3 - 1 - 2 - 1 - 2 - 3素填土 层 粉质黏 土 淤泥质 土层 粉细砂 层 中砂层 粗砂层 淤泥质 土层( 粉质 ) 黏土 层 粉细砂粗砂 砾砂层 粉质黏 土层 残积层 全风化 层 强风化 层17 . 91917 . 42020 . 120 . 216 . 519 . 12020 . 120 . 318 . 719 . 219 . 521
16、83421303668253336132830325207533717535243035405210151836121820850200500(2) 刀 盘 、 刀 具 配 置 。 顶 管 机 的 作用是切削 土体并 搅 拌 均 匀 和 控 制顶 进 的 方 向 。 对 于 本 工 程 中 的 复 杂 土 层 ,须 配 置合 适 的 刀 具 ,才 能 顺 利 进 行 土 体 的 切 削 及 搅 拌 。 顶 管 机 的刀 盘 安 装 合 金 贝 壳 先 行 刀 和 平 面 刮 刀 两 种 刀 具 ,刀 座 和 刀 盘 焊 接 采 用 耐 磨 焊 条 ,并使 先 行 刀 及 刮刀 在刀 盘 的 5 把刀 杆 上 是 全 段 面 切 割 土 体 (见 图 2) 。 顶 管 机 在 主 顶 装 置 的 推 动 下 ,刀 盘
