超大断面矩形顶管施工技术交流

裴超二〇一六年十月天津超大断面矩形顶管施工技术交流内容提要第一部分矩形顶管概述第三部分顶管应用设想第二部分天津富水软弱地层超大断面顶管施工技术

顶管法施工原理是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，管节紧跟在顶管机后，在主千斤顶推力的作用下，顶管机向土层内掘进，掘出的渣土由渣土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式输出，推进一节管节后，主千斤顶缩回，吊入另一节管节，继续顶进。如此往复，直至顶管机到达接收井，管节全部铺设到位后，顶管机从接收井拆除、吊至地面。第一部分矩形顶管概述

1、顶管施工原理4

盾构顶管管片在盾尾内拼装，管片固定推进油缸在盾构机支撑环内，与盾构机同步管节拼装完成后与掘进面同步移动顶进油缸在始发井内固定

2、顶管与盾构的区别第一部分矩形顶管概述

相同点

不同点（1）施工占地面积小，对城市干扰少，无阻碍城市交通，无需迁改管线，对地面环境影响较小，文明施工程度高。（2）断面尺寸多样，适合各种形式断面的结构施工。（3）具有综合成本低、施工周期短。第一部分矩形顶管概述

3、矩形顶管的优点第一部分矩形顶管概述

目前盾构法隧道设计大多为圆形，但圆形盾构隧道存在断面空间利用率低的弱点。在拥有相等有效空间的情况下，矩形断面能节约35%以上的地下空间，且可以大大减小隧底埋深，同时增加覆土厚度。矩形顶管在提高地下空间利用率方面是一个可行的解决办法。

3、矩形顶管的优点比圆形断面节约了45％的地下空间比双圆隧道节约了35％的地下空间

矩形隧道和圆形隧道有效空间对比图（1）在国内已被广泛应用于地下通道、市政给排水、电力电缆、地下管网共同沟、煤气通道和通信管道等地下管道工程施工中，也可进行穿越公路、铁路、河流特殊地段的地下管道的施工。（2）适用于饱和含水地层中的粉砂土或砂性土，淤泥质粘土、粘土、也可在一般岩层的复合地质条件下的施工。

4、矩形顶管的适用范围第一部分矩形顶管概述第二部分、富水软弱地层超大断面

矩形顶管施工技术----天津下穿黑牛城道矩形顶管施工案例

1、黑牛城道顶管施工背景应用背景黑牛城道是天津市最为繁忙的交通干道，也是天津市最重要的迎宾道之一。按常规施工连接黑牛城道通道的方法，须进行多期导行，道路上车流量大，交通压力大，导行难度大。天津市过街通道常规采用跨街天桥的模式，天津市政公用工程和地铁过街通道想突破常规法，研究、尝试在软弱富水地层施工大断面顶管工艺的可行性。黑牛城道下方管线众多，埋深较深，年代较长。在黑牛城道上切改管线，施工难度大，切改发生的费用非常昂贵。切改时，给城市带来较差的城市形象。天津受雾霾恶劣天气影响，对空气质量和文明施工要求越来越高。常规施工工艺，地表扬尘和文明施工无法得到保证，顶管工艺占地面积小，机械化作业，能更有利的保护环境，无粉尘污染。第一章工程简介天津下穿黑牛城道矩形顶管隧道位于天津新八大里地区黑牛城道与内江路交口，该顶管隧道连接黑牛城道南北两侧属地下人行通道，同时兼做各种地下管线下穿城市主干道的综合管廊。第一章工程简介

2、工程位置管节横断面北集散厅（始发发）南集散厅（接收收）

3、顶管隧道概况过黑牛城道地下下通道长92.6m，线型为直线，，无纵坡，覆土土厚度8.17m，采用顶管法施施工。通道断面面宽度10.4m、高度7.55m，由62节管节组成，管节之间纵向连连接采用承插式式F型接头。每节管节宽度度1.5m，厚度0.7m，自重为79t，采用C50P12钢筋混凝土结构构预制而成。第一章工程程简介4、周边环境情况通道下方管线众众多，一共有22条管线，有压管管线7条，无压管线15条。其中，距离离顶管隧道最近近的有压管道为为DN1000mm的自来水管，距距离顶管隧道5.7m，距离顶管隧道道最近的无压管管道为Φ1650雨水管，距离顶顶管隧道3.18m。过黑牛城道地下下通道周边无建建筑物，通道周周边主要是黑牛牛城道的主干道道、辅道和人行行道以及道路两两旁的绿化带。。黑牛城道为城城市快速主干道道，是天津市重重要的迎宾道。道路宽度66.5m，双向10车道，车流量大大、交通繁忙。。第一章工程程简介5、工程水文地质情况①1杂填土①2素填土③1粘土④1粘土⑥2淤泥质粘土⑥4粉质粘土⑦粉质粘土⑧1粉质粘土⑧2粉土⑨1粉质粘土⑨2粉砂地下通道⑥3粉土5m7m地下通道自上而而下分布的土质质为①1杂填土、①2素填土、③1粘土、④1粘土、⑥2淤泥质粘土、⑥⑥3粉土⑥4粉质粘土、⑦⑦粉质粘土、⑧⑧1粉质粘土、⑧⑧2粉土、⑨1粉质粘土和⑨2粉砂。隧道主要穿越：：⑥2淤泥质粘土、⑥⑥3粉土、⑥4粉质粘土、⑦粉粉质粘土。第一章工程程简介6、工程水文地质情况序号地层编号岩性天然含水量（%）孔隙比塑性指数渗透系数

Kv（cm/s)地基土承载力特征值渗透性1①2素填土28.50.82414.6

//微透水2③1粘土35.91.03721.31╳10-7100不透水3④1粘土30.20.87219.41.24╳10-7120不透水4⑥2淤泥质粘土39.31.13318.81.6╳10-785不透水5⑥4粉质粘土26.20.7536.65.81╳10-6130微透水6⑦粉质粘土25.90.72112.93.39╳10-6120微透水7⑧1粉质粘土23.10.65213.12.52╳10-6150微透水8⑧2粉土18.30.5388.43.92╳10-5180弱透水9⑨1粉质粘土21.40.61311.62.38╳10-6160微透水10⑨2粉砂20.40.585/4.05╳10-5200弱透水第一章工程程简介减摩注浆孔二次注浆孔吊装孔

7、管节设计概况顶部打泥孔预埋件名称A型管节B型管节备注DN25减摩注浆孔18个17个外侧设单向阀DN50二次注浆孔8个8个外侧预留5cm保护层DN100二次注浆孔1个0个外侧预留5cm保护层Φ150吊装孔8个8个A型管节与B型管节顶底板注注浆孔和减模注注浆孔交替布置置。顶进施工时时，A型为第一管节，，A型管节与B型管节交替排列列施工。第一章工程程简介

8、管节接口防水设计1、外侧防水体系：管节承口钢套环采用厚18mm的钢板，长350mm，管节插口混凝凝土结构外侧密密贴两道楔形橡胶圈圈，施工时插入承承口钢套环内，，在插入过程中中，橡胶圈被压压缩，密贴钢套套环，形成良好好的防水体系。。2、第二道防水体系系：在管节承口端管管壁中上部位置置开槽，嵌入多多孔型三元乙丙橡胶密密封垫。胶密封垫应与与多层胶合板具具有相协调的压压缩能力，保证证拼装后的防水水效果。3、内侧防水体系：在管节内侧两管管节接口处设置置嵌缝槽，后期期可采用注入双双组分聚硫密封封胶。第一章工程程简介

9、顶管机配置本项目顶管机来来源为新购，制制造单位为中铁铁工程装备集团团有限公司。天津市过黑牛城城道地下通道断断面尺寸为10.42*7.57m，目前是断面最最大的矩形顶管管。顶进距离92.6m，是目前国内该该断面尺寸下矩矩形顶管一次顶顶进距离最长的的工程。第一章工程程简介

10、顶管机参数序号项目单位参数备注1开挖直径mm10420×7570

2刀盘驱动功率kW30x6（单组）6组3刀盘扭矩kN·m1444（单组）4纠偏角度度左右1.4°上下2.1°

5铰接最大推力T57606螺机数量个27螺机功率kW45单组8螺机出渣能力m3/h79x29最大推进速度mm/min

4010最大推力T8400第一章工程程简介施工重难点严寒条件下超大大断面管节预制制质量保证及预预埋件精度控制制。顶管施工中姿态态控制及纠偏第二章施工工重难点及关键键技术顶管在施工过程程控制管线及地地面沉降，确保保周边环境及地地面行车安全。。顶管机在富水软软弱地层中施工工防渗漏水风险险控制。尤其是是在始发、接收收中为控制重点点。

1、管节预制第二章施工工重难点及关键键技术模板设计：1、管节采用组合合钢模板平置浇浇筑，外模四片片，内模四片，，底模一片。2、采用侧模包底底模；上下设拉拉杆。3、浇筑时承口在在下，插口在下下。凹凸面采用用数控加工。4、侧模采用液压压油缸收、支模模板。5、上拉杆采用双双向螺旋定位拉拉杆。6、内、外模每片片模板之间螺栓栓连接。7、模板内设工作作平台，便于模模板支撑及混凝凝土浇筑。浇筑平台第二章施工工重难点及关键键技术

2、钢筋笼加工管节钢筋笼绑扎扎定位器钢筋笼绑扎完成成第二章施工工重难点及关键键技术钢筋笼入模采用用履带吊+人工配合，钢筋筋笼吊出模具前前，先在钢筋笼笼上做好起弧点点标记，同时在在模板底座上做做出起弧点的标标记，施工人员员根据标记指挥挥吊车下放钢筋筋笼入模。钢筋笼起吊钢筋笼入模

3、钢筋笼吊装入模

4、管节混凝土浇筑第二章施工工重难点及关键键技术

5、管节蒸养第二章施工工重难点及关键键技术

8、管节吊装管节吊装第二章施工工重难点及关键键技术

9、管节养护第一道：养护液液+塑料薄膜第二道：土工布布第三道：帆布第二章施工工重难点及关键键技术

2、顶管施工防渗漏水关键技术—端头加固第二章施工工重难点及关键键技术端头加固效果验验证第二章施工工重难点及关键键技术洞门凿除前，端头加固强度须须满足设计要求求。同时进行垂垂直取芯和水平平探孔，水平探探孔深度3.5-6m。（1）无渗漏水情况况，加固满足要要求，破除地连连墙；（2）出现渗漏水，，加固不满足要要求，则重新加加固止水，直直至满足要求求后，破除地连连墙。

2、顶管施工防渗漏水关键技术—端头加固

2、顶管施工防渗漏水关键技术—端头加固地下连连续墙墙破除除中地下连连续墙墙破除除后的的效果果第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术◆洞洞门外外延钢钢箱洞口密密封采采用两道折叶叶式密密封压压板+两道帘布布橡胶胶板。钢箱箱上预预埋注注浆球球阀，，始发发和施施工过过程中中，向向洞门门钢箱箱内注注入油油脂，，起到到动态态防水水密封封作用用。第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

2、顶管施工防渗漏水关键技术—洞门密封

2、顶管施工防渗漏水关键技术—洞门密封第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术◆洞门钢钢丝刷刷洞门圈圈防水水装置置参照照盾构构盾尾尾刷原原理，，在结构侧侧墙洞洞门预预埋钢钢圈内内侧设设置2道钢丝丝刷，，并通通过预预埋管管道不不断注注入填填充油油脂，，确保保洞门门动态态防水水。

2、顶管施工防渗漏水关键技术—管节接缝防水第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术◆管节拉拉紧同时，，为避避免管管节接接缝在在弹性性密封封圈反反弹力力的作作用下下，降降低接接缝防防水效效果。。在管管节预预制时时预埋埋连接接钢板板，在在顶进进过程程采用用大螺螺杆将将管节节之间间拉紧紧。

2、顶管施工防渗漏水关键技术—顶管机接收第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术◆明明洞接接收为确保保顶管管机接接收安安全，，顶管管接收收采明明洞施施工，，顶管管机长长度约8m，明洞洞采用用钢筋筋混凝凝框架架结构构，利利用施施工完完成的的底板板、侧侧墙施施工而而成，，施工工总长长度为为10m。明洞洞内回回填砂浆，砂浆浆强度度28d不大于于1Mpa，，回填高高度至至洞门门以上上3m。。明洞平平面图图明洞立立面图图◆导向向系统统在始发发井处处设置置激光光经纬纬仪，，在矩矩形盾盾构顶顶管内内设置置导向向靶。。通过过激光光导向向系统统辅以以人工工测量量判断断顶管管机的的姿态态变化化。导向系系统激光经经纬仪仪激光靶靶第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

3、顶管机姿态控制及纠偏◆始发发定位位顶管机机前下下壳体体吊装装焊接接定位位钢板板，控控制顶顶管机机始发发方向向。顶顶管机机及后后配套套安装装过程程中，，精确确定位位始发发导轨轨标高高、轴轴线，，以及及后靠靠板垂垂直度度等。。第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

3、顶管机姿态控制及纠偏

3、顶管机姿态控制及纠偏第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术◆渣土改改良通过注注入泡泡沫改改善碴碴土的的和易易性，，将土土仓压压力的的不均均匀性性降到到最低低，防防止由由于正正面土土压不不均造造成顶顶管机机姿态态偏转转。

3、顶管机姿态控制及纠偏第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术◆铰接纠纠偏推进过过程中中实时时关注注导向向测量量系统统，适适时启启动纠纠偏系系统油油缸。。纠偏偏油缸缸可用用于水水平、、垂直直纠偏偏，水水平纠纠偏角角度1.4°垂直纠纠偏角角度2.1°。纠偏角角度为为：上上下纠纠偏2.1°，左右右纠偏偏1.4°纠偏原原则：（1）勤纠、、微纠纠和看看趋势势进行行纠偏偏；（2）向上上下，，后左左右共16台200T/台行程150mm◆刀盘旋旋转纠纠偏盾壳上上设计计有水水平倾倾角传传感器器，实实时监监测滚滚转姿姿态，，并设设有预预报警警系统统。同时，，每个刀刀盘的的旋转转速度度及方方向都都可调调，从从而实实现盾盾体滚滚转纠纠偏。。第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

3、顶管机姿态控制及纠偏◆双螺旋旋机出出土纠纠偏为保证证土仓仓各点点压力力的连连续性性和均均匀性性，顶顶管机机设计计为双双螺旋旋机出出土。当顶管管出现现姿态态偏差差，可可以通通过调调整双双螺旋旋机的的转速速，控控制双双螺旋旋机出出土量量，控控制土土仓左左、右右侧或或上、、下侧侧压力力差，，进行行姿态态调整整。第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

3、顶管机姿态控制及纠偏◆辅辅助打打泥纠纠偏顶管机机盾体体和管管节周周边均均匀布布置了了一打打泥纠纠偏孔孔孔，，在顶顶进过过程中中，可可以逐逐孔打打泥，，辅助助铰接接达到到轴线线纠偏偏效果果。第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

3、顶管机姿态控制及纠偏◆正面面土压压力控控制顶管顶顶进过过程中中，采采取满满仓掘掘进，，经过过改良良后土土体充充满整整个土土仓。。顶管机机正面面设置置有9个隔膜膜压力力计，，施工工前根根据地地质情情况及及埋深深，初初步设设定土土仓压压力控控制值值，顶顶进过过程中中通过过沉降降观测测及时时调整整土仓仓压力力的实实际控控制值值。土压力力控制制：（1）顶进进速度度；（（2）螺机机出土土第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

4、地面沉降及管线变形控制第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

4、地面沉降及管线变形控制◆顶管管设备备选择择性控控制顶进施施工选选用刀刀盘与与壳体体间开开挖保保证无无间隙隙的顶顶管机机。同同时，，顶管管机尺尺寸比比管节节尺寸寸大于于10mm，，对地表表和管管线沉沉降非非常有有利。。顶管管机过过程中中，注注入触触变泥泥浆，，起到到润滑滑、支支撑地地层地地作用用。◆触触变泥泥浆注注入在顶管管施工工过程程中注注入大大量的的触变变泥浆浆，触触变泥泥浆主主要起起到润润滑减减阻、、支撑撑地层层的作作用。。第二章章施施工工重难难点及及关键键技术术

4、地面沉降及管线变形控制◆管管节止止退每环管管节推推进完完成后后，主顶油油缸及顶铁铁回缩缩，机头头和管管节在前方方正面面土压压力和和管节节接缝缝弹性性橡胶胶密封封圈反反力的的作用用下会会产生生后退，，造成正正面土土压失失衡，，导致致地面面沉降降。第二章施工重重难点及关键技术术

4、地面沉降及管线变形控制管节翻身管节吊装下井第二章施工重重难点及关键技术术◆出土量控制顶进施工中出土量量采用容积控制法，，小车满斗容量按10m3统计，每出满1斗土，须向前顶进进150mm。同时，根据每次统统计出土量，核算算每环顶进完成后后出土总量，出土土总量控制在理论论出土量的98%。第二章施工重重难点及关键技术术

4、地面沉降及管线变形控制第二章施工重重难点及关键技术术

4、地面沉降及管线变形控制泥土泵是针对地下下顶管施工的需求求而专门设计制造造的，它主要用于地基充填、控制沉降、设备纠偏等项目中。打泥纠偏孔打泥孔◆打泥填充地层当顶进过程中出现现出土量超多，轴轴线偏移较大、地地面沉降超过