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1、细心整理上海污水治理二期2.5标工程3000mm污水管道顶管施工1工程概况上海市污水治理二期2.5标工程位于浦东新区龙东大道北侧，西起建平路至高潮花园，其中穿越汤臣高尔夫球场一段接受双排混凝土顶管施工(其编号为22号工作井21号接收井)，该段顶管全长310m2，管节外径为3540mm，内径为3000mm，管节长度3000mm，顶管坡度+0.087%，管顶覆土厚度为4.8m。顶管施工接受外径3560mm的土压平衡式多刀盘顶管机，最大后顶力为1000t。管道沿线将穿越市话电缆井及动力电缆井各一座，管顶距市话电缆井及动力电缆井的底板距离分别为2.54m、2.07m。顶管衬砌构造均接受F型预制钢混凝土
2、管节，相邻两管节间接受特制接头承插连接，衬砌接缝防水接受自然橡胶制成的锲型橡胶圈。图1 汤臣顶管平面示意图2地质条件本工程范围内的土层从上往下依次为：填土、褐黄色粘土、灰色粉质粘土、灰色淤泥质粘土。顶进断面全线上部处在灰色粉质粘土内，下部处在灰色淤泥质粘土内，见表1。工程地质 表1层号土层名称层底标高含水量W密度kN/m3孔隙比e凝合力c(kpa)内摩擦角1填土2.892褐黄色粘土1.4928.419.30.763灰色粉质粘土-2.2144.317.11.318.558.04灰色淤泥质粘土-11.0050.717.11.4411.127.0注：地面标高+3.5m3顶管机本工程选用的多刀盘土压平
3、衡式顶管机特点是出土顺畅，操作简洁，修理便利，尤其适用于软粘土层中的顶管施工。顶管机刀盘的切削面积达全断面的60%，虽然不及大刀盘土压平衡式顶管机的全断面切削搅拌，但已经完全可以满足软土土层中的顶管施工。而通常大刀盘土压平衡式顶管机的质量约为其所排开土体质量的0.6倍，但本机质量还不到它所排开土体质量的0.4倍，所以可以有效防止因机头过重而使方向失控，产生走低现象。本机接受四把切削刀盘对称布置，所以只要把左右两把刀盘按相反方向旋转，就可使刀盘间的转矩得以平衡，而不会如同大刀盘顶管机那样简洁产生偏转。顶管机构造见图2。图2 土压平衡式多刀盘顶管机构造图4进出洞施工措施从工作井中出洞起先顶进是整个
4、施工过程中的关键环节之一。为确保顶管机顺当出洞，防止土体坍塌涌入工作井，出洞前先在砖封门前打设一排钢板桩，钢板桩入土深度到达工作井底板以下。当顶管机出洞时，先把砖封门撤除，这时由于钢封门挡住，土体不会涌入。等到顶管机推动到距钢封门50100mm时，洞口止水圈已能发挥作用了，然后再按出洞口一侧向另一侧依次拔除钢板桩。为削减钢板桩拔除过程中对顶管机正面土体的扰动及可能出现的建筑间隙，钢板桩全部拔除后应立刻顶进，缩短停突然间。在出洞施工初期，由于顶管机正面主动土压力远大于机头及混凝土管节的周边摩阻力和及导轨间摩阻力的总和，因此极易产生管节后退，引起顶管机前方土体不规那么坍塌，使顶管机再次推动时方向失
5、控和向上爬高。为此，接受在洞口两侧各安装一只手拉葫芦，当主顶油缸回缩之前，先将最终一节管节拉住不让其后退，同时在出洞之初就预设了必需的向下纠偏量，尽可能克制出洞时机头抛高的状况。从实际施工的效果来看还是比拟志向的，出洞期间的高程最大偏离值，北侧为-2.8cm,南侧为+4.5cm。顶管机进洞施工及出洞相比拟为简洁，当顶管机靠近洞门时，须限制好土压力，在切口距封门2050cm时停顿顶进，并尽可能降低切口正面土压力，确保撤除封门时的平安，撤除封门后将顶管机快速、连续顶进，直到进洞洞口止水圈发挥作用为止，这就完成了进洞进程。5长距离顶进施工措施(1)顶进轴线限制长距离顶管施工的核心问题是对顶力的限制。
6、计算管壁土压的公式：Pv=HDPL=(H+D/2)D tg2(45+/2)Pv-管道上竖向土压力PL-管道上侧向土压力-土体容重H-覆土层厚度D-管道外径上述公式是基于土柱的受力模型，适用于不稳定土层或覆土层厚度小于卸力拱高度的状况下。从公式中可以清楚地看到单位长度上的顶进阻力及管径、覆土层厚度、土体容重、土层性质有关。但是在实际顶管施工中纠偏对顶力的影响特殊明显，顶管机在顶进过程中由于受力不匀整，导致偏离管道设计轴线，所以必需对机头的前进方向和旋转进展纠偏，使其沿设计方向平稳前进。纠偏在顶进过程中是不行幸免的，是自始至终伴随着顶进而进展的。每次纠偏时必需对顶管机施加力矩使之变更前进方向，施加
7、的力矩就相当于附加了一个土压力从而使阻力增大。这一附加阻力在标准中没有反映，但它却是一个不行无视的因素。纠偏阻力的估算方法：Pa=f/2La-纠偏阻力f-管壁及土体间的摩擦系数-侧壁土压力L-顶管机长度可见当顶管机的尺寸和土体的性质确定后，附加阻力及纠偏角成正比，即纠偏角度越大，附加阻力也越大。所以在长距离顶管施工中需进展全过程连续监测，随时驾驭顶管机偏离设计轴线距离的数据，并结合前方机头操作台上数字式倾斜仪的读数来判定顶管机实际顶进线路的变更趋势，并刚好接受措施加以限制，幸免因机头失控而被迫进展大角度纠偏。实际施工中加强了对轴线的监测，发觉有偏离的趋势就刚好接受纠偏措施，使得顶进轴线的限制较
8、为志向，顶管高程、平面限制见图3、图4、图5、图6，这就为将顶力限制在设计值的范围内供应了有力的保证。图3 北线顶管高程限制图图4 南线顶管高程限制图图5 北线顶管平面限制图图6 南线顶管平面限制图(2)注浆减摩注浆减摩是长距离顶管中特殊重要的一项工艺，是关系到顶管成功及否的一项关键的技术。为确保减小管道外壁的摩阻力接受了以下技术措施。保证润滑泥浆的稳定性，依据土质的变更适当调整配方，以满足不同的须要。合理布置注浆孔。在混凝土管节雄头一侧按120设置三个孔，压浆总管安装于管节断面右侧，每隔6m接一三通阀门至管节注浆孔，在顶管机后的连续3节都设置注浆孔。制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进展
9、。为使顶进时形成的建筑间隙刚好被泥浆所填补形成泥浆套，必需坚持先压后定、随压随顶、刚好补浆的原那么，泵送出口处的压力限制在11.25kg/cm2。压浆孔的位置设在管节雄头一侧靠近边缘处，这样在管节拼接后注浆孔就完全被前一节的钢环所遮盖，压出的浆液先会在钢套环及混凝土管节外壁之间形成浆套然后再被挤出。这样泥浆套就较简洁形成，减摩的效果也就比拟明显。(3)中继间利用中继间进展接力顶进是中长距离顶管的一项重要技术措施。中继间的布置要求顶力及操作的要求，以提高顶进速度。第一只中继间应放在比拟前面，因为顶管机的正面土压力在推动过程中会因土质条件和施工状况等因素发生较大的变更，所以当总推力到达设计推力的6
10、0%时就安放第一只中继间，以后当到达计推力的80%时安放下一只中继间，而当主顶推力到达设计推力的90%时就必需启用中继间。土压力设定值：P=htg2(45/2)=1.45kg/cm2顶管机正面阻力：F=d2/4p=143t管壁摩阻系数：取0.6t/m2设计推力1000t，中继间推力按设计推力80%计算第一套中继间设置里程：L1=98m其次套中继间设置里程：L2=120m本工程总顶程310m，设中继间两套，及顶管机切口距离分别为98m、218m。以北侧顶管为例，实际施工时在105m处放置了第一只中继间，但由于泥浆减阻的效果显著，顶进轴线限制较好，实际顶进阻力远小于理论计算值，所以中继间始终未运用
11、，直到最终进洞过程中才第一次启用。致使顶进程序大大简化，顶进速度大大提高。北线顶管1999年1月11日出洞，1999年2月10日进洞，历时30天；南线顶管1999年1月15日出洞，1999年2月12日进洞，历时28天。6双排顶管施工技术措施汤臣段顶管由于工期紧迫，因此在经过充分论证的前提下确定接受双排顶管前后同时顶进施工方法。相对于单条分别顶进施工，双排顶管主要有三个方面的问题有所不同：顶管工作井后靠土体的稳定性；双排顶管两顶管机纵向间距的确定；双排顶管引起的地层损失和沉降槽的预料。(1)顶管工作井后靠土体的稳定性验算P=2F1+F2+Fp-FaP-顶管最大计算顶力F1-沉井侧面摩阻力F2-沉
12、井底面摩阻力Fp-沉井后靠井壁被动土压力Fa-沉井顶向井壁总主动土压力F1=05PaHA1F2=W(W-沉井底面总压力)Fp-A0.5H2tg2(45+/2)+2cH tg(45+/2)+ghHtg(45+/2Fa=A0.5H2tg2(45-/2)-2cH tg(45-/2)+hHtg(45-/2)但由于顶力P的反复作用，沉井后靠土体反复产生压缩变形，孔隙水压力增大，有效应力降低，及沉井侧面及土体之间的孔隙未填实等缘由，F1不予考虑。因地下水位较高，沉井受到的浮力足以抵消井体自重，所以F2也不能计入，见图7。图7 沉井受力示意图本工程选用的后靠土体的稳定性验算公式：P(Fp-Fa)/SS=1.
13、1A=15.5m11.6m=8=18kN/m3c=8.55kPah=0.6mH=11.6mFp=15.511.60.51811.621.32+28.5511.61.15+180.611.61.32=358170kNFa=15.511.60.51811.620.75-28.5511.60.87+180.611.60.75=149175kNP=Fp-Fa=358170-149175=208995kN1.11900tP(Fp-Fa)/SS=1.1P208995/1.1=190000kN为保证工作井后靠土体的稳定性，施工时需幸免南北两条顶力同时到达最大值，顶力之和限制在1900t以内。(2)双排顶管两
14、顶管机纵向间距的确定双排顶管前后同时顶进的施工方法，关键是要确定两管的纵向间距L，这对于削减两管间的相互干扰和对中间局部土体的扰动至关重要。P=FP=P0D/2+d tg(45+/22P0-静止土压力D-顶管机外径F=PpD2/4P0D/2+d tg(45+/2)2=PpD2/4在上式中F按施工中限制压力的上限取值，计算所得的结果偏于平安。除顶管机挤土产生的影响外，尚需考虑到因顶管机纠偏引起侧向土体的扰动。另外，由于机头无注浆孔，摩擦力引起的对侧向土体的扰动也必需考虑。双排顶管最小纵向间距：Lmin=(d+H)H为前方顶管机头长度，因本工程施工中第一节混凝土管节及机头之间是刚性连接，所以H应为机头长度+第一节管节长度；为由土层性质确定的系数，取1.5，见图8。图8 双排顶管纵向间距示意图=8=17.1kN/m3c=8.55kPaH=6.6mPp=Htg2(45+/2)+2c tg(45+/2)=17.16.61.32+28.551.15 =168.64kPaP0=H+2c=17.16.6+28.55=95.76kPa95.763.141.77+d1.152=168.643.141.772d=0.504mLmin=(d+H)=1.5(0.504+3+6)=14.256mLmin取15m在工程实际过程中
