顶管穿越技术的研究与应用

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1、顶管穿越技术的研究与应用　　摘要：油气田地面建设顶管穿越过程中，鉴于以往施工中事先不进行顶力计算，出现中途顶力不够另换千斤顶或采用边掏边顶的探挖情况发生，给日后原有道路及障碍物的安全运行带来隐患，因此真正意义上的顶管穿越起到非常重要的作用。　　关键词：顶力计算后座墙强度计算套管强度复合刃脚设计纠偏操作程序　　1施工方法选用　　由于长输管道、集输管道线路长，经常遇到穿越公路、铁路、地下障碍物等，为对原有设施进行保护，避免遭到破坏及影响交通，经常采用穿越施工方法，与定向钻穿越相比由于顶管穿越需要设备简单，投资少，方便操作，效率高，可很好的完成短距离穿越施工，为

2、保证顶管质量，一套完成的顶管穿越施工技术显得非常重要。　　2工程概况　　以京沈高速穿越为例，京沈高速K412＋900m处顶管长度为86m。该处高速公路路面比自然地面高，管顶至高速公路中间路面，地勘报告显示地基土层由上至下为，第一层黄褐色，以冲积土为主，层底埋深～。第二层粘土含碎石，黄褐色，呈碎块状，层底埋深～。穿越位于第一层与第二层中间，套管以下1m无地下水。穿越套管为DRC1500×XXQⅡAJC/T640钢筋混凝土套管。穿越过程中道路正常通车运行，要求精度高，质量高。　　3顶管的顶力计算　　顶管顶力理论计算　　顶力应大于工具的迎面阻力、周围土压力对管道

3、产生的阻力以及管道自重与土层产生阻力之和。　　P≥L+PF　　式中：P――计算的总顶力；　　P1――顶进时，管道单位长度周围土压力对管道产生的阻力；　　P2――顶进时，管道单位长度的自重与其周围土层之间产生的阻力；　　PF――顶进时，工具管的迎面阻力；　　L――管道的顶进长度；　　P1分为管顶上垂直土压力和管侧的侧土压力，考虑顶管施工作业中的安全，增加安全系数，因此上述公式替换为：　　P＝KfYD[2H+tg2+ω/YD]L+Af0　　K――安全系数，一般取；　　f――顶进时，管壁与周围土层之间摩擦系数，根据土质报告及套管取；　　D――管道外径；　　H――

4、管道顶部以上覆盖土层的厚度；　　Y――管道所处土层的重力密度；　　Ф――管道所处土层的内摩擦角，根据土质报告取25度；　　ω――管道单位长度的自重；　　L――顶进管段长度；　　A――管端截面积；　　f0――土壤单位阻力，有刃脚挤压取500KN/m2。　　P=××××[2×+tg2+/×]×86+×500　　=3483KN。　　顶管顶力的经验计算　　F=nGL=2××86=　　n――土质系数，根据土质情况本处取2；　　G――管节单长重量；　　L――顶进管段长。　　理论计算顶力值大于经验计算值，但由于在顶管期间可能出现特殊情况，施工操作因素等。计算结果偏大，按

5、照理论计算选择液压千斤顶可以保证安全操作。　　管道允许顶力　　[F]=η=×=>，强度满足要求。　　σc――管体抗压强度；　　A――加压面积；　　S――安全率，采用～；　　η――接触系数，全园无垫层加压取。　　4靠座墙强度计算　　R=αB　　R――总推力之反力；　　a――系数，此处取；　　B――后座墙的宽度此处取4m；　　Y――土的容重；　　Kp――被动土压系数tg2；　　C――土的内聚力，此处取米；　　R=2×4×[×2××2×tg2/2+2×10××tg+×2××tg2]==总顶力。　　5刃脚加工制作　　为减小工作管的迎面阻力，使其能够达到完全吃土顶进

6、的状态，混凝土套管顶管过程中必须安装刃脚，刃脚为圆周结构紧密的安装在套管外侧。　　6测量、纠偏　　第一节管每顶进300mm测量一次，其它管段每顶进500mm测量一次，发现问题后及时采取措施，可以采用螺旋式千斤顶和木楔子人工校正。楔子起到阻碍管段行走，辅助千斤顶起到推动管段位置前进，方向纠偏可以在套管的前端底部支垫楔形垫块逐渐进行方向纠偏，方向纠偏量每次不能超过5′～20′。　　7顶管施工　　测量放线。放出穿越的中心线，在中线位置选择两点并测量标高，作为穿越结束路面质量的检查点。　　基坑、后座处理。发送坑底要精细找平，对后座强处理情况根据计算结果选择相应处理

7、方案。　　铺设导轨、靠背、就位顶管机和套管。　　顶进前对套管进行调整、测量，顶进过程中进行测量、纠偏，同时进行管内取土施工。　　8结论　　通过顶管顶力的理论计算和经验计算，其误差较小，考虑安全问题，按照理论计算选择。　　通过计算顶力，混凝土套管能承受的抗压强度，后座强的强度，为顶管操作提供理论依据。　　在套管与千斤顶之间加设顶极，实现套管圆周均匀接受千斤顶来顶力，避免出现轴线倾斜、混凝土套管破坏情况。　　顶管穿越必须连续进行，避免出现套管与土层之间结合力增大。　　顶管过程中要勤测量、勤纠偏，避免出现偏差较大，无法调整情况发生。