出流改道工程顶管工程设计

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1、星云湖、抚仙湖出流改道工程顶管设计玉溪市水利电力勘测设计院何文云摘要：顶管作为软土工程中的新型工艺，90年代以来得到广泛运用，出流改道工程进口湖积层和第三系采取钢筋砼顶管方案，施工极为顺利，本文从方案选择、管路布置、结构计算方面对顶管作了介绍，并谈了设计中应该注意的一些问题。关键词：出流改道顶管设计1工程概况抚仙湖、星云湖位于云南省玉溪市江川、澄江、华宁三县境内，是云南九大高原湖泊中的姐妹湖，属珠江流域南盘江水系。星云湖水面面积34km2，相应湖容量2亿m3，平均水深7m；抚仙湖流域面积1053km2（含星云湖378km2），水面面积212km2，相应湖容量191亿m3，平均水深90m

2、。星云湖是抚仙湖的上游湖泊，湖水通过约2.2km长隔河（唯一出流口）流向抚仙湖，经海口河汇入南盘江。星云湖、抚仙湖是玉溪市发展经济、保障生存的重要水源。同时对生态环境也起着重要的调节作用。随着两湖流域工农业生产的发展，绝大部分污水未经处理就排入湖内，两湖水质污染而下降。出流改道工程为Ⅲ等工程，任务是：保护抚仙湖；有条件地逐步改善星云湖水质；合理配置玉溪市红塔区水资源。经比较，选定星云湖P=10%以下频率的洪水均从出流改道隧洞泄流、不入抚仙湖，引水规模为9.2m3/s。工程包括水利工程和水质处理。水利工程主要由引水工程、旁通泄水道工程组成。其中引水工程东起星云湖下大河咀，西至九溪马家庄，

3、全长12.7km，含进出口闸、暗渠、顶管和隧洞等。2工程地质条件顶管段长3719m，地面高程1725～1754m，已接近湖盆地边缘，地表仍为平坦耕地，地下水位深1.5～2.1m，顶管埋深约为6～41m。桩号K3＋096.9m前后为地层分界，前段为第四系湖积层（QL），表层为耕作土，下部由灰白色、灰紫色粉砂质粘土、粉砂、细砂组成，以粉砂、细纱为主，8砂层呈饱和松散状，并星点状分布有螺壳；后段第三系（N）为粉细砂、炭质粘土和砂质粘土，半成岩状态，有的虽较疏松，似砂状，有半成岩特征。经标贯判定，部分地段在Ⅷ度地震时可能会产生液化。据2001年实施的1/400万“中国地震动参数区划图”，工程区

4、地震动峰值加速度为0.2g，反映谱特征周期为0.4S，对应的基本烈度为Ⅷ度。3顶管选择及布置顶管就是利用预留孔口的施工井，通过井内安装的千斤顶设备，以工具管为先导，按设计轴线逐节将预制管节顶入土层中，直至进入另一端接收井。主要施工设备为工具管、中继环、顶进设备和出泥设备，顶进中可及时进行纠偏。3.1顶管选择根据地形地质情况，0+790～4+509段选用暗渠和顶管进行技术经济比较，均采用预制钢筋砼管，考虑工程量、工程占地、工程造价、施工方法及施工难度等因素。当暗渠开挖深度大于8.6m时，顶管较经济，但为了避免施工挖断江澄二级公路，影响交通，增加投资，同时充分结合施工场地布置，顶管起点选在

5、江澄公路以东50m，公路采用顶管穿越。近10年来顶管技术得到了很大的发展，钢筋砼管有逐步替代钢管的趋势。设计时对两种管材作了比较：管径均为2.5m，砼管壁厚250mm，钢管壁厚28～38mm。两种结构中，钢筋砼顶管尺寸、重量较大，施工顶进力要求较大，需要现场制作，但可减少防腐费用，运行维护方便，现行施工设备可以满足施工要求，工程总造价低；钢管顶管尺寸、重量较小，施工顶进较方便，进度快，但运行维护工作量大，费用高，工程总造价比前者约高30～40%。综合考虑两者造价和技术可行，结合当地建材生产情况，施工方法和设备能力，顶管设计采用钢筋砼管。考虑到顶管穿越段主要为粉、细砂，选择泥水平衡顶管法

6、，它具有快速高效和地面沉降小等优点，刀盘切削下来的土砂以泥水形式通过管道排放至地面泥水分离装置。83.2顶管布置顶管顶进时主要通过克服管壁和机头正面的摩阻力实现。顶管承受的顶力通常按1600t考虑，而沉井承受顶力则按1400t计。为安全计，总站常采用顶力1200t(四个300t千斤顶)。对于长距离的顶管，通常在管段之间设置一些由中继油缸组成的移动式顶推站（即中继站），同时管壁四周注入触变泥浆，充分减少摩阻力。计算时一般可取0.4～0.6t/m2。考虑顶管单向顶进的理想长度为700～900m，结合土体分类和引水线路布置，共设6个施工井。具体桩号和顶进方向见图1，其中1＃、4＃和6＃为接收

7、井，2＃和4＃为工作井，3＃即是工作井，又是接收井。分段长度415.9m～993.1m。施工井除6＃外均采用沉井施工工艺，采用排水下沉法施工，最深33.9m，内径6.5～10m，C25钢筋砼衬砌。为使水面衔接平顺，顶管与暗渠、隧洞连接处设渐变段，长度5m。工作井和接收井施工完成后永久保留，改造作为管道的检修、通气孔，便于工程运行的管理。3.3顶管技术参数顶管管节技术参数必须大于或等于规范中Ⅱ级管的要求，一般砼标号不得低于C40，，管节出厂时的砼