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浅析超长距离顶管施工工程我国目前已完成的超长距离项管工程(1)上海南市水厂过江顶管工程：钢管，管道直径3.0m，采用三段双铰型工具管和14只中继环，一次顶进1120m，穿越黄浦江和大片地面建筑物，1987年6月完成。钢管单向一次顶进长度创造世界第一，经评审“软土地区钢管长距离顶进施工技术”获国家科技进步一等奖，莫定了我国超长距离顶管技术基础。(2)汕头市自来水厂过海输水顶管工程：钢管，直径2.0m，采用一台三段双铰型工具管和10只中继坏，一次顶进1140m，穿过海面通向宕石岛，1989年4月完成，再创钢管顶管一次顶进长度世界纪录.(3)上海奉贤开发区污水排海顶管工程：钢筋混凝土管，管道直径中16m，采用一只三段双铰型工具管和20只中继环，一次顶进长度1511m，管道顶向杭州湾深水水域，创顶管单向一次顶进长度世界纪录。(4)厦门污水排海顶管工程：钢管，管道直径1.8m，采用一台三段双铰型工具管和11只中继环，一次顶进长度1050m，管道顶向海域，1995年11月完成，开创了软弱土层中超长距离顶管施工纪录。(5)深圳妈湾污水排海顶管工程：钢管，管径2.4m，采用一台三段双铰型工具管和32只中继环，一次顶进长度1609m，管道顶向珠江口伶仃洋。顶管施工于1995年12月完成，再一次创造单向一次顶进长度的世界纪录.该工程首次应用组合密封中继环，并获得成功，为超长距离顶管解决了高水头复杂地层中的关键设备。(6)上海上游引水工程中的陇西支线顶管：钢管，管径2.2m，采用一台三段双铰型工具管和10只中继环，一次顶进长度1290m，管道穿越民房、铁路等大片地面建筑物，工程于1996年11月初完成。(7)上海市上游引水工程中的长桥支线顶管：钢管管径3.5m.采用一台三段双铰型工具管，采用18只中继环，设计一次顶进长度1743m，管道穿越大片住宅区，工程于1997年4月初完成，又一次刷新世界纪录.该工程己研究解决了超长距离顶管中的又一关键性技术 高压供电技术，将3300V的高压电成功地引入管道，解决了数公里顶管的供电问题。该工程又解决了输送距离可达数公里的顶管排泥问题，为更长距离的管道顶进创造了条件。第3章超长距离顶管技术的发展通过近年来的研究和工程实践，超长距离顶管技术又有了新的发展。超长距离顶管技术的发展，同时也带动了整个顶管技术的提高，特别是在沿海一带，顶管施工已被广泛采纳。我国超长距离顶管所采用的工具管主要是三段双铰型工具管，其最大的特点是利于排障，对土层适应性强。这正是超长距离顶管要求工具管的必备性能，所以三段双铰型工具管至今仍是超长距离顶管首选机型。1、工具管形式趋于多样化，性能更加完善近年来工具管的形式趋于多样化，主要有土压平衡式、泥水平衡式和开敞挖掘式，都已有数百米的成功纪录。开敞挖掘式由于掌子面较高，土体容易坍陷，因此要求顶进土层承载力较高。它的优点是排障能力较强，施工中设备保养、维修方便，在承载力较高的土层中不失为可以选择的机型。近年来这种机型，我们又将把它发展成掌子面上半部可以关闭或开启的形式。这样可以减少掌子面的自由高度，使正面不易坍方。土压平衡式和泥水平衡式工具管有其独特的优点，两者对控制地面的沉降都比较理想。土压平衡式为干出土，可以避免泥水分离，在缺乏水源和施工场地紧缺的场合，更显示其优越性。泥水平衡式的弃土以排泥管排放，施工效率高。泥水到达地面后需要分离，但粘性土分离困难，这使作为载体的水，循环使用困难。土压平衡式适用于粘性土，泥水平衡式适用于砂性土，两者对土层各有选择。因此对超长距离顶管来说，采用这类工具管尚需考虑顶管土质是否单一、地下是否没有障碍物等。如果顶进土层多变，承载力高低悬殊，地层中可能有较大的障碍物，则还须采用三段双铰型工具管。2、组合密封中继环研究应用成功顶管中以是否采用中继环区别普通顶管和长距离顶管，而超长距离顶管顶进距离要超过干米，则最前面的中继环，每顶进一公里，来回动作达一万次，这对任何性能的密封圈来说都是很难达到不被磨损，不会渗漏的，实践证明确实如此中继环密封的损坏不但与顶进距离有关，而且还与水头压力大小和土质性能有关。因此对超长距离顶管来说选择一种性能优越的中继环是当务之急，对数公里的水下顶管来说更成了关键设备。组合密封中继环是在综合钢管顶管中继环和混凝土顶管中继环的优点基础上设计而成的，其最显著的特点是密封装置与管道是组合而成的，既可以安装一道，也可以安装多道。该密封装置既可以用于钢管顶管，又可以用于混凝土顶管，其特点是可以用于较高水头和复杂地层中的顶管，密封圈磨损后可以在常压下方便地更换，目前该装置己通过2527m高水头下的施工实践。根据试验，该组合密封中继环可用于30米左右水头下的施工。我国的超长距离顶管是在钢管基础上发展起来的，国外的超长距离顶管是在混凝土管基础上发展起来的，两者有许多共同之处，也有不同之处。不同之处主要是管段的联结方法不同，钢管是焊接接长的整体性好，混凝土管是插接接长的，纵向可以弯曲。由于两种管道的这一特性区别，顶管施工中的纠偏技术是各不相同的，混凝土顶管容易纠偏而钢管顶管比较难。从工具管性能来说，钢管和混凝土管工具管的纠偏受力计算是绝然不同的。3、高压供电突破常规首次在顶管管道内采用随着超长距离顶管的发展，管道内的动力设备越来越多，工具管需要用电，中继环需要用电，排泥泵需要用电，通风也需要用电，因此380伏市电的供电电缆己不胜负担。管内供电问题制约了超长距离顶管的发展。在盾构施工中，高压供电己普遍采用，原因之一是盾构施工动力设备主要集中在前部，功率大，非解决不可。其二，盾构施工的断面一般较大，高压供电的安全度较大，容易解决。顶管管道特点是断面较盾构施工的断面小，安全供电成为高压供电的关键。为解决在断面较小的顶管管内实现安全高压供电，要求高压变压器不但绝缘性能要好，而且体积要小，特别是高宽的尺寸要尽量缩小，但允许沿管轴线方向延长。目前顶管管道内的我国第一套高压供电变压器就是按这一要求设计的。为了避免单台体积过大，采用分散式供电。尽管高压供电变压器在设计上作了详尽的考虑和很大的努力，但毕竟体积还较大，因此采用高压供电的超长距离顶管的管径不能过小，要受到变压器的制约.根据目前的变压设备的体积，超长距离顶管管径最小不宜小于2.4m。根据顶管用电的情况，顶进长度大于1500m的顶管施工，宜采用高压供电。4、采用重复串联管道泵以群泵形式排泥获得成功为了求得超长距离顶管施工效率和经济效益，排泥形式往往首选以排泥管排放，这是因为管道排泥所占空间小，排泥连续，而且效率高。顶管中水力采掘的泥浆一般用水力机械排放，千米以上的顶管采用串联水力机械排放，但排放距离仍然有限。为解决这一问题，在超长距离顶管中开始采用重复串联管道泵以群泵形式排泥。最近自动控制群泵启动又获得成功，使这一技术更趋于完善，这为今后数公里的排泥创造了条件。5、海水触变泥浆应用成功污水深水排放管道的敷设是超长距离顶管应用的重要方面，再加上较多的沿海顶管管道，对这些顶管必须弄清地下水中是否有氯离子。为了充分发挥顶力的作用，在管壁与土体之间采用触变泥浆起润滑作用。应用触变泥浆好的顶管，管壁四周的摩阻力可以减小2/33/4。反之触变泥浆一旦失效，管道顶力可以增加2-3倍，以致顶管受阻。普通的触变泥浆只能在淡水中使用，一旦遇到氯离子，触变泥浆就会很快失水，泥水分离，触变泥浆失去润滑作用。6、曲线顶管测量技术研究城区顶管往往会遇到平面上的曲线顶管，穿越江河通向水域的管道遇到垂直方向的曲线顶管.无论是水平面向的还是垂直方向的一般均称为曲线顶管，曲线顶管中的一项关键技术是管道定向测量。曲线顶管因管外的测量仪器与工具管无法通视，因此必须改变常规的施工测量方法，经纬仪必须进管道。但管道在施工过程中是在不断向前移动的，因此仪器点的座标也是在不断变化的。要在座标不断改变的测站上随时随地指出管道前进方向，这就是曲线顶管中管道定向测量要解决的中心问题。解决的办法有两种：(1)管道内布置多台电子经纬仪，依靠电子经纬仪的优势，在短时间内通过计算机确定第一台经纬仪的指向。这一方法实质上是经纬仪导线法，方法可行但成本高。(2)管内仅设置一台普通经纬仪，一个规标，两者均布置在工具管的后部。工具管标尺、经纬仪、后视规标三者间保持一定的距离，并与管道固定。另外尚需一台全站仪，每顶进数十米，测定一次工具管后的管轴线，并输入计算机，这些过程是通过磁卡转输自动完成的。施工中可以根据顶进距离，通过计算机的运算，管内经纬仪就能指出工具管顶进方向。采用这一方法，速度快、成本低、使用人力少。7、测力纠偏技术更趋于成熟完善管道的偏差是由作用于工具管上的不平衡外力引起的，在平衡力的作用下管道沿直线顶进，反之就会偏离直线。不平衡力的形成过程，预示着管道偏差的发生。所以事先消除不平衡力，就能防止管道的偏差发生。在这基础上应用计算机精密推算出工具管端面中心点的位置，不致于造成纠偏过量或不到位。这就是用计算机纠偏的基本原理。尽管钢管刚性很强，纠偏比混凝土困难，只要掌握上述纠偏方法后，仍然可以精确地按设计轴线顶进。目前对有经验的施工队伍来说，超长距离顶管的施工偏差一般可控制在10cm以内(不包括测量误差)。根据这一原理，同样可以将钢管顶管的测力纠偏移植到混凝土顶管。两者不同之处是纠偏力和与纠偏效果在量级上有区别。8、软弱土层中的顶管获得新进展我国沿海有大量淤积而成的陆地和海床，地表以下的土层承载力极低，30-40kPa是常见的。在海床下的土层承载力更低。这里有一个在特软土层中顶管并获得成功的实例可以借鉴，这个工程就是厦门污水排海顶管工程，该工程全长1050m，其中有300m范围是在土质极差的淤泥质土层中顶进。该淤泥的重度为1.39t/m3，含水量98%，承载力20kPa。管道在该土层中顶时，由于事先通过周密的计算采取了有效的措施，施工顺利，而且偏差小。实践证明在这样的土层中是同样可以采用顶管敷设管道的。但是该工程在施工中也因土质太差、承载力太低曾遇到过困难。当管道通过这层软弱土层进入砂性土层时，因正面阻力增加，管轴线在土质特软处严重地出现局部失稳，后来采取措施，促使失稳的管轴线复位，管道才继续顶进。9、钢管壁厚薄型化研究在实践上有新进展钢管管壁的厚薄与顶管工程造价有一定的影响，所以顶管钢管璧厚的研究必然引起各方面的兴趣。顶管钢管的壁厚一般采用管径的1%，比埋管管道的管壁要厚，加厚部分完全是为了满足顶管的需要。决定钢管壁厚加厚的因素是顶管的顶推力大小、管轴线弯曲程度。自从采用中继环以后，顶管顶力不再需要无限增加，并可以从设计角度加以限制。因此管壁可以减薄，但管轴线弯曲程度不能由设计控制，完全取决于施工人员的技术素质。管轴线弯曲后不但管道弯矩增加，而且管壁摩阻力骤增，管道顶力增加。如果管道弯曲过大，可以形成塑性铰，这就是波纹失稳、管壁断裂的原因。目前钢管顶管技术己经成熟，管道偏差可控制在几公分的范围内，一旦有了偏差，有经验的施工人员都不急于回复到0，而是经过较长的距离