上海急曲线顶管技术应用

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1、急曲线顶管技术应用摘 要：本文介绍了上海合流污水治理二期工程SSI/4．1B标急曲线顶管工程的施工过程和主要施工技术以及施工效果，对今后类似工程的施工有一定的借鉴与参考意义。   关键词：急曲线顶管、 自动测量、轨迹控制与纠偏    1工程概况   上海合流污水治理二期工程SSI/4.1B标中的B3至38号井中2400钢筋混凝土顶管，全长416m，该段管道采用三维急曲线顶管方案。管道平面线形设计为：15.5m的直线段，曲线半径为1024m长129.8m的曲线段、168m的直线段，曲线半径为290m长65．7m的曲线段，曲线半径为157m长37m的曲线段，最后进入38号井。管道的纵向轴线设计为

2、：先是45m的水平顶进，然后进入竖曲线，以0.72％的坡度开始爬坡，一直到38号井，其爬高约2.69m。本工程是迄今为止曲线半径最小(R=54D)的三维急曲线顶管项目。工程自l999年7月28号开始，至8月27日准确贯通，历时30天，平均日推进进尺14m。机头进洞上下偏差为2.1cm左右偏差为3.2cm，工程质量优良。  图1 施工现场平面示意图    该段管道地处上海西区的龙华地区，其中顶管工作井B3井位于龙华路宛平南路口，顶管接收井38号井，地处中山南二路高架桥下的调头车道，交通对施工的影响很大。该段顶管地下管线较多，有上水、上煤、电缆和雨水管，在管线东侧还有多层民房等。另外，该段顶管曲

3、线段必须绕过宛平影剧院桩基，曲线内侧离桩仅50cm，周边环境对地表变形的要求很高。  本工程管线所经地域，在勘探深度范围内，按上海市地基土层标准层序，至上而下划分七层，顶管管顶覆土厚度为4.5m-7.2m。管道基本位于④l层淤泥质粘土层内，局部涉及有③l层灰色淤泥质粉质粘土或③2层粉土层。表1 各土层物理性能指标表    本工程的技术创新点：   1)国内首次成功地完成了软土地层中三维复合急曲线顶管项目(R=54D)。有关施工技术为今后类似工程的设计和施工提供了可兹借鉴的依据和经验。   2)国内首次成功地开发了顶管自动引导测量系统，井在施工中获得了成功的应用。   2 主要施工技术   2

4、.1成品管的选型与设计 图2F型钢筋混凝土管接口图    目前顶管用的管材型号有企口管、T型钢套接口管和F型钢套接口管，对于大口径急曲线顶管采用F型钢套接口管更为合理，理由是管子端面承载面积大，采用钢套柔性接口，密封可靠。接口配合面的尺寸精度高，且容易得到保证。所以本工程选用F型成品管。管节接缝如下图所示，有以下几何关系。  图3 曲线段平面示意图    tgθ=L/R   (1)   θ=相邻两管节之间的转角   L=管长   R=曲线半径   X=Dtgθ=DL/R   (2)   X--管外壁的缝隙差   D--管外径   将R=157m代人上式   X=2.88×2.5/157=0.

5、046m=46mm   tgθ=2.5/157=0.0159   θ=0.91°   根据计算，采用标准管节长度I=2.5m，管节缝隙差较大，相邻两管节之间的转角θ也比较大，超过了规范允许的θmax：0.5°的要求。这种情况会引起两种后果，一是管接口的密封性能得不到可靠保证。二是管子断面的受力面积减少，局部会产生应力集中现象而影响到管子的强度。为此我们将标准管节长度改为特殊短管，取L=1.5m这样θ值接近于0.5°，管节缝隙差X=27mm关于密封问题，F型管的接口采用的是楔型橡胶止水带，实际径向压缩量为1lmm，是能够满足密封要求的，但是在纵向，由于曲线缝隙、木衬垫加厚、管子端面的不平整度等

6、影响，如果采用标准管节钢套环伸出端长度，止水带就会移到钢套环外侧。接口的密封性能将得不到保证，为此我们把原来的长度增加了40mm，实际施工表明在急曲线状态下接口密封性能仍是可靠的。   研究成品管的另一个重要问题是管节端面的木衬垫。在直线段，木衬垫经受力已经被压缩了一部分。进入曲线段以后，在管道内侧又被压缩了一部分。但是这种压缩与材料性能有关，根据试验显示：采用多层夹板，变形量很小为l5％。而采用松木，变形量可以达到30％以上。对急曲线我们希望在曲线段的管子端面的承载面积尽可能大些，同时衬垫材料也能够满足强度条件。显然松木衬垫更适应于急曲线顶管施工。对急曲线施工，木衬垫的厚度也不宜太薄，否则

7、将起不到压缩变形和补偿端面承载面积的作用。为此我们选择厚度为30mm的松木衬垫。   2.2顶管设备选型和设计   顶管掘进机的选型与土质情况有关，而与曲线情况并无关系。由于顶管穿越土层基本上都在灰色淤泥质粘土层中，土体软弱，含水量大，所以我们选择多刀盘土压平衡顶管掘进机，顶管的管内出土采用泥水管路系统。这样简单的多刀盘土压平衡掘进机实现了泥水循环出土和连续顶进，提高了工效。但是曲线顶管的机头纠偏系统应该另行