超长距离砼顶管施工技术

超长距离砼顶管施工技术

摘要 污水处理排海顶管工程一次顶进2050m，属于超长距离顶管。由于很好解决了超长距离顶进施工中的减阻泥浆、中继间运用、轴线控制等技术难题，仅用了144

天就完成了全部顶进施工如管，创造了同类工程的世界记录。

关键词 排海工程 超长距离顶管 技术措施

一、工程概况

排海管道工程是市污水处理工程的一个重要组成局部。正常排放管总长2050m，管道径Φ2000mm，从高位井向大堤外顶进，出洞口管底标高-20.23m，前747.5m为下坡顶进，坡度-2.5‰，最后302.5m为平坡顶进，终点管底标高-24.60m。采用\"F-B\"型钢承口式钢筋砼管，楔形橡胶圈接口，多层胶合板衬垫。在平坡段设有16根径

Φ380mm的扩散上升管，用垂直顶升工法施工。

二、地质资料

第④层，砂质粉土夹粉砂。灰色，饱和，稍密~中密，中等压缩性土，强度较高。顶

板高程-13.70~-11.10m，层厚4.90~6.60m；

第④a层，粉质粘土。饱和，流塑，局局部布，中等偏高压缩性土，强度一般。顶

板高程-16.20m，层厚2.00m。

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第⑤层，淤泥质粉质粘土~淤泥质粘土。灰色，饱和，流塑，高压缩性土，强度低，渗透系数K<10-6cm/s。顶板高程-19.50m~-13.60m，层厚7.30m~9.40m，浅滩区未

钻穿；

第⑥层，粘土-粉质粘土。灰绿~黄色，硬塑~可塑，中等偏低压缩性土，强度较高。

顶板高程-23.00~-22.60m，层厚0.60~1.80m。

三、工具管选型

正常排放管在出洞后的150m~200m围将遇到④层砂质粉土夹粉砂、④a层粉质粘土、⑤层淤泥质粉质粘土~淤泥质粘土中进展，随后的顶进主要在⑤层淤泥质粉质粘土~淤泥质粘土中进展。土层变化大，地质状况不理想，由于一次顶进距离2050 m，在国是绝无仅有的，目前在世界上也是顶程最长的一条顶管，施工难度极大。经屡次

比选论证，最终决定采用密封式大刀盘泥水加压平衡工具管施工。

混凝土管节堆场

(1)泥水加压平衡工具管工作原理

泥水加压平衡工具管设有可调整推力的浮动式大刀盘进展切削 和支承正面土体。推力设定后，刀盘随土压力大小变化前后浮动，始终保持对土体的恒定支撑力，使土

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体保持稳定，即刀盘的推力与开挖面的土压力保持平衡。机头泥水仓中参加有一定含泥量的泥水，保持一定的压力，一面对切削面地下水起平衡作用，另一面又能起到运载切削下来的泥土作用，参加泥水仓中的泥水压力，通过旁通阀来调节。

(2)构造特点

本机采用二段一铰承插式构造，在铰接处设置二道密封装置，并设有4只注浆，便于施工时同步注浆，泥浆套厚度20mm。有4只双作用油缸编组进展纠偏，纠偏角度α=±2o。浮动的大刀盘由4台液压马达驱动，二段壳体之间设有止转装置，可防止壳体相对转动。设有3只土压传感器，显示正面土体压力值，工具管的运转情况、各种仪表值，测量信息、纠偏油缸动作状况均通过电视摄象机反映到操作台屏幕上，

操作人员可以根据这些信息进展遥控操作。

(3)适用围

泥水加压平衡工具管与其他工具管相比，具有平衡效果好，构造紧凑，技术先进，由于出土式是用水力机械化连续出土，所以顶进速度快，对土质的适应性强。无论

是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果。

四、顶进技术措施

1、 出洞的技术措施

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由于出洞出覆土很厚，且地下水位高，此次出洞特采用了井外封门。出洞时将封门里的密封槽钢一根根拔出，然后将封门上口及时封闭，拔完槽钢后工具管即可平安出洞。采用这种出洞措施确保了出洞是的平安，并提高了工具管在出洞阶段的稳定

性。

2、泥浆减阻技术

顶管掘进施工加注减阻泥浆

对于长距离顶管施工中，减阻泥浆的应用是减小顶进阻力的重要措施。

泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆，是由膨润土、CMC(粉末化学浆糊)、纯碱和水按一

定比例配组成。不同的土质，应采用不同的配，才能满足不同的需要。

触变泥浆配比，根据不同土质和某些特定的需要通过试验确定。本顶管出洞200m围为砂性土，含水量高，渗透性强。因此要求该段的浆液粘度要高，失水量要小，

并对土层要起一定支承作用。顶管出洞后管节围能迅速形成泥浆环套。

触变泥浆减摩效果的好坏，除了与上述选用的浆液材料和配比有关以，还与注浆的

布置、注浆泵的选用、注浆压力及注浆量有关。

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由于顶进距离长，一次压浆无法到位，需要接力输送，为此在管道设置5只泥浆接力站，平均每隔300m设一站，解决了顶进时同步跟踪压浆和沿线补压浆的难点。

顶进施工中，减阻泥浆的用量主要取决于管道围的空隙的大小及围土层的特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可到达理论值的4~5倍，但在施工中还要根据土质情况、顶进状况、地面沉降的要求等

做适当的调整。

根据规，使用减阻泥浆后，管壁的侧向摩阻力为3~5Kpa，经过计算，本工程顶进施工时管壁的侧向摩阻力远小于上述值，泥浆的减阻效果十清楚显，为顶进施工的顺

利进展创造了有利的条件。 下面是顶力与压浆量的关系曲线图

3、中继间应用

正常排放管全长2050m，原来布置了十四只中继间。在顶进过程管节外壁和围土体的实际摩阻力比拟小，就对中继间的位置做出了调整，调整后，正常排放管共设置

九只中继间。

在实际顶进过程中主顶最大顶力没有超过850t，正常顶进中没有使用中继间，只是

在停顶等待较长时间后，起顶时使用2#、4#中继间。

4、轴线控制

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在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，因此要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值，使之尽量趋于一致。顶进轴线发生偏差时，通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。在施工过程中，应贯彻\"勤测、勤纠、缓纠\"的原那么，不能剧烈纠偏，以免对管节和顶进施工造成不

利影响。

顶进时应及时掌握工具管的走势，顶进时可以通过观察工具管的趋势指导纠偏。

5、水力机械化施工

Φ2000mm顶管正常排放管顶进距离为2050m，采用大刀盘泥水加压平衡工具管施

工，因此泥水系统的配置是工程成败的关键之一。

由于本次顶进距离长达2050m，泥水管理显得极为重要。工具管切削下的土体中会有颗粒较大的块，当其粒径大于排泥管径的三分之一时，有可能发生管路堵塞。另外，如果泥水管泥水的流速过慢，泥浆就会沉淀在泥水管，引起回路不畅，重时会

发生管路堵塞，因此泥水管的流速必须大于一定速度，防止产生沉淀。

在发生管路堵塞后，可采用特殊点法及二分法进展管路清理。 五、超长距离供电及

照明

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长距离供电为了解决电压降问题，一般采用高压输电，在盾构施工中，都是采用高压输电解决降压问题的。但是顶管施工有其特殊性，其管径小，假设采用高压供电平安缺乏保障，因此必须采用380V低压输电。采用低压供电，就必须加大电缆容量，并且设置增压设备，以便在压降过大时起稳压作用。为了防止不可预见情况的发生，还安装了一套自动增压装置，当线路压降过大时，增压装置开启，稳定施工

用电电压，保证顶进设备的正常运作。

照明采用平安电压，由管道电箱中的变压器提供36V电源，每只变压器连接9~10

只行灯进展照明，根据顶进长度来决定使用变压器的数量。

六、超长距离顶管通讯、监控

长距离顶进必须保证信息交换渠道的畅通，同时对施工操作人员要进展监护，防止

发生平安事故，因此需要设置通讯、监控系统。

通讯采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过联系，由于管道空气潮湿，应使

用防潮、防爆的矿用机，以保证通话质量。

监控采用了两台监视器，分别对工具管操作面和主顶操纵台进展监控。这样地面人员能及时了解施工情况，发生问题可以及时解决。为了解决传输信号长距离输送衰

减的问题，将信号通过放大器放大后再送上地面，保证图像的清晰。

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七、超长距离通风、气体监测

为了改善管道的工作环境，施工时对管道进展强制通风，由地面空压机提供的经过滤清、除湿、降温的新鲜空气通过气管送到施工作业面，管道的浑浊空气那么由作

业面向工作井自然流通。

实行强制通风后，管道的环境有很大改善，改善了工作环境，保证了各种机械设备

的正常运行。

由于顶进是在海底进展，地层中可能存在远古海洋生物遗体形成的沼气等可燃性气体，在施工中，这些气体可能会从管道的缝隙处渗入管道，危及施工人员的平安。为此，每次下井时，都由施工人员携带便携式可燃性气体监测仪器进展测试，确保平安才能进展施工，否那么必须进展强制通风，待气体浓度恢复正常后，再进展顶

进施工。

八、超长距离顶管施工管理

由于超长距离顶管有较高的技术难度和多不可预见的不利因素，因此加强施工管理

是确保顶管获得成功的重要环节。

1. 砼管节的吊装、对接、就位时应确XX封圈、传力衬垫板和管口的完整，禁使用

不合格的管节。

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2. 顶进施工中应随时观察顶进轴线和设计轴线的偏差，做到\"勤测勤纠\"，并随着顶进距离的增长做好管测站的测量，在工具管出洞后20米更应注意轴线的精度。

3. 土压力的设定和排土量及顶进速度的控制，是超长距离顶管成功的关键。土压力的设定应根据施工地质状况、地下水位上下、管道埋深等因素初步设定，并根据施工实际情况和地表沉降的实测结果随时进展调整。 4. 采用膨润土泥浆减摩时，对膨润土的产地、质量、泥浆配比要格控制，泥浆的注入量、注浆压力等技术参数，

应根据施工地质状况的不同做相应变化。

5. 顶进时尽量做到全断面出土，禁在挤压状态下顶进，防止管道围土体的反弹，破

坏直线通道。

6. 做好顶进速度、顶力、土压力、轴线偏差和沉降量变化等原始数据的记录、收集、整理工作，供施工管理人员分析预测施工中可能发生的问题，及时采取相应的技术

措施。

九、完毕语

此次排海顶管工程一次顶进距离2050m，创造世界纪录，实际顶进时间为144天。在没有采用中继顶接力顶进的情况下，顶力有效地控制在850t以下，轴线的最大偏

差在5cm以，取得了良好的社会效益及经济效益。

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根据本项工程的施工经历可以得出，超长距离顶管施工的关键在于注浆减摩、轴线控制及中继顶布置等技术措施，同时对于土压力计算公式需要考虑土拱效应及时间

效应。

由于减摩措施十分成功，在总顶力小于8500kN的条件下，未使用中继间接力顶进。管壁实际平均侧面摩阻力小于1kpa，远小于理论值及以往的经历值。 2050m长距离钢筋混凝土顶管施工的成功，标志着隧道股份在长距离顶管技术上已到达国际先

进水平。

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