土压平衡顶管机在砂层顶管中的应用

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1、土压平衡顶管机在砂层顶管中的应用万宝宏（中铁六局集团石家庄铁路建设有限公司，河北，石家庄，050000）【摘要】通过对土压平衡顶管的施工原理的叙述，以工程实例为背景，论述经过顶力、后背墙和管道局部受力的计算，详细论述了土压平衡顶管方法在松散砂层中的顶管中的顶进施工关键技术控制措施，总结出了施工技术及参数指标，为同类工程施工提供一些经验。【关键词】土压平衡机；顶管；砂层；应用1引言随着社会的不断发展，土压平衡顶管在我国的顶管施工中大量应用，在施工技术上、顶管设备制造方面取得了很大的进步，但是传统的人工掘土顶管因存在一些安全和质量事故隐患己不能满足施工需要。目前大多采用机械顶管，机械顶管分为气

2、压平衡顶管、土压平衡顶管和泥水平衡顶管。土压平衡顶管施工适用于不同地质条件的各类管道施工，具有顶距长、地面隆沉小、施工安全、不需要其他辅助措施、可穿越重要公路、铁路、建筑物等特殊工程地段优点。因此，土压平衡顶管施工受到到业内人士和技术人员的青睞，被釆用的越来越多。2土压平衡顶管基木原理土压平衡顶管是以土压平衡为工作原理的一种顶管施工方法。在工作时，通过大刀盘及仿形刀盘对机头正面土体的全断面切削，利用主顶设备把机头向前推进，把切削下来的泥土挤进机头土压仓内，通过调节机头顶进速度和螺旋输送机的转速来控制土压仓内的压力，其排土量与掘进机头切削刀盘破碎下来的土的体积处于一种平衡状态，确保地层稳定。

3、利用土压平衡顶管机具有对周围土体扰动小，施工时无噪音、对环境污染小，可通过计算机等科技手段随时监测施工状况，确定施工参数，使整个施工过程处于有效可控，从而可以将轴线、高低控制在一定的范围内，同时对地面沉降影响小等优点。在砂层顶管中，如何建立起土压平衡、保持挖掘面稳定是施工关键，土压平衡顶管机通过控制螺旋输送机排土速度、对挖掘面土体进行注浆改良土体结构等措施，达到了控制地面隆沉和顶进质量的0的。3工程概况河北省南水北调配套工程穿越京港澳高速公路工程，总计有13处，分别位于保定、石家庄、邢台、邯郸四个地市。釆用土压平衡顶管施工的由6处，穿越高速公路采用钢筋混凝土m级管为套管，套管内穿钢管输水。

4、本文以邢清干渠穿越京港澳高速公路工程为例，邢清干渠与京港澳高速公路交叉位置桩号为K402+850.2（石安改扩建段设计桩号为K406+993），交叉角度为87.4。交叉方案采用DN2200钢筋混凝土III级管，双排布设，管间浄间距为8m,顶管长度为105m。管顶覆土4.3-10.3m,西侧设工作井，东侧设接收井，井内壁采用C25混凝土锚喷，钢筋混凝土后背梁，要求从高速公路西侧顶进。经勘探揭露，地层结构为砂土为主结构，岩性为：人工填土厚10m，细砂厚5m,中砂厚0.5-5.1m,壤土揭露厚度2.8-4.5m。场区地震动峰值加速度0.10g,相应地震基本烈度VII度。勘察深度范围内未揭露地下水

5、，砂性土层不具备震动液化可能。顶管位于第四系冲洪积细砂层和人工堆积土层中，建基面高程54.84m。其上为细砂和杂填土，其下为中砂、卵石和壤土。本处为地层为砂层，采用土压平衡顶管机施工，顶管后座顶力10449KN。4施工工艺流程结合本工程的实际情况和借鉴以往类似工程的施工经验，依据图纸和相关规范、验收标准、操作规程，制定了施工工艺流程。图1土压平衡机械顶管施工工艺流程图5施工参数计算5.1顶力计算影响顶力的因素很多、覆土层厚度、管径和管重、管长、管道与周围土层的摩擦系数、减阻措施效果等，计算方法有多种，本工程依据《顶管施工技术及验收规范》进行顶力计算：式中：P—计算的总顶力，KN;&gamm

6、a;—管道所处土层的重力密度，KN/m?；一管道的外後，m;H一管道顶部以上的覆盖土层厚度，m;L一管道的计算顶进长度，m;一管道表面与其周围的土层之间的摩檫系数；一顶进吋顶管机的迎面阻力，KN;一顶管机的外径，m;在本工程中，在管道即将就位吋，顶程最长，顶力最大，依据图纸和地质报告，考虑触变泥浆减祖等因素，相关参数的取值为：γ=15.5KN/m?；=2.64m;H=10.3m;L=105m；=0.55；=2.66mo经计算：顶力P=10447KN<设计估算顶力10449KN因此，则设计估算顶力满足顶进要求。5.2后背计算为了确保后背墙在顶进过程中的安全，后背墙的反力R应

7、大于最大顶力的1.2倍，在计算吋忽略钢后背梁的影响，假定主顶千斤顶施加顶力时通过后背均匀的作用在工作井后的土体上，反力R的计算为：(3)式中：R—总顶力之反力，KN;α—系数，取1.5〜2.5;γ—后背所处土层的重力密度，KN/m?；H一后背墙的高度，m;一被动土压系数；c一土的内聚力，KPa;h一地面到后背墙顶部土体的高度，m;在本工程中，设计后背梁的宽B=5.2m，后背高度H=3.92m，地面