大口径长距离曲线顶管技术在电力隧道中的应用

摘要：本文介绍了福州某电力220kV线路工程顶管施工过程中主要施工技术应用及效果，对今后类似大口径顶管设计和施工有一定借鉴与参考意义。

关键词：长距离曲线顶管；轨迹控制与纠偏

中图分类号：TM73文献标识码：A文章编号：1009-0118（2012）12-0236-02

一、工程概况

福州某电力220kV线路工程中，9#—11#采用3200钢筋混凝土顶管，全长535.5m，该段管道要经过一段民房约100多米及一片农田，由于征地的问题，为了便于施工的正常进行，取消10#沉井，导致线路就不能在一条在线上，因此采用了长距离曲线顶管方案。管道平面线形设计为：426.8m的直线段，曲线半径为600m长78.2m的曲线段、30.5m的直线段，最后进入11号井。管道的纵向轴线设计为：爬高2.45m。工程历时28天，平均日推进进尺19m。机头进洞上下偏差为2.0cm，左右偏差为3.0cm，工程质量优良。

本工程管线所经地域，按设计单位提供地质资料，该段顶管管顶覆土厚度约为5.23m-8.68m。管道处于淤泥土层。

本工程的技术创新点：

（一）福州地区，大口径首次在软土地层中一次顶进535.5m长距离顶管工程。

（二）在福州地区实现了（R=600）的曲线顶管。

以上两点均可为今后类似工程设计和施工提供可借鉴依据和经验。

二、主要施工技术

（一）成品管选型

利用目前适用于大口径曲线顶管F型钢套接口管子端面承载面积大、钢套柔性接口、有一定偏转角度、密封可靠等优势，本段工程采用F型钢套接口管材型号。其曲线顶管管节接缝存在以下几何关系：

tgθ=L12R （1）

式中：θ——相邻两管节之间的转角

L——管长

R——曲线半径

X=Dtgθ=DL/R（2）

式中：X——管外壁的缝隙差

D——管外径

将R=600m代入上式

X=3.8*2.5/600=0.016m=16mm

tgθ=2.5/600=0.0042

θ=0.24°

根据计算，采用标准管节长度L=2.5m，虽然相邻两管节之间缝隙只有16mm、转角θ也在规范允许θ=0.5°要求内，但为了达到更好纠偏效果，我们将机头后面五个管子改为特殊管，取L=2m，θ值接近于0.2°，管节缝隙差X=13mm

（二）顶管设备选型

由于本段工程顶管穿越土层基本上都在灰色淤泥土层中，土体软弱，有一定含水量；结合大刀盘泥水平衡掘进机对地表沉降控制精度高、效果好特点，工程施工前选用面板式D3200大刀盘泥水平衡顶管掘进机，并在实际顶管过程中，不断根据地表检测数据，进行调整，优化控制参数，使开挖面处于理想平衡状态，减少地面沉降。

纠偏系统控制以下关键数据；1、机头纠偏油缸总推力应控制在Fmax=6400KN；取8台800KN双作用油缸，每组2台，满足推力要求；2、机头的长径比（即机头前壳体长度/机头外径）取值为0.8：1，提高纠偏效果；3、机头最大纠偏角度；按照顶管纠偏勤测、勤纠、微纠原则，本段工程顶管过程中操作人员纠偏角度取值为2°；4、纠偏特殊管设计：考虑到本段工程为大口径长距离曲线顶管，在机头的一套纠偏系统以后再增加3套纠偏系统。

（三）轨迹控制与纠偏技术

1、曲线顶管轨迹控制

本段工程曲线顶管轨迹设计、测量控制在实施过程中按照事先规划好的管道轨迹，利用预设纠偏装置，按轨迹走向使管道推进沿着其内侧行走。

（1）平面控制。在两端头井附近埋设地面导线点，利用空导点和地面导线点，以导线测量形式，将平面控制成果引测到施工现场，确保两井间顶管贯通，横向误差小于80mm。

（2）高程控制。本段工程使用水准仪方式控制顶管机头高程，每顶进20cm测量一次偏差值，做到及时掌握机头姿态和发展趋势，以便纠偏。

（3）顶管姿态测量。为保证顶管机严格按设计轴线轨迹推进，利用布设的三维坐标控制点，及时观测顶管动态数据，调整顶管各施工参数，指导顶管正确、安全推进。

2、曲线顶管纠偏技术

（1）本工程采用机头后跟特殊管形式： 除机头一套纠偏装置以外，把最前5节2m管子中的3只设计成纠偏特殊管，放置起曲油缸，并把木垫逐步垫到设计厚度，形成整体弯曲弧度开始起曲。

（2）当顶进从曲线段恢复到直线段时，把原来压实木垫抽出，逐步达到设计厚度，并通过机头纠偏油缸和起曲油缸实现。

（四）曲线顶管顶力控制技术

1、泥浆减摩剂。本工程顶管泥浆减摩剂（触变泥浆）主要材料选用钠基膨润土。

2、触变泥浆配比。本工程触变泥浆配比选用以下主要参数，膨润土109Kg、CMC2.9Kg、纯碱3.7Kg、水900Kg、粘度（S）26.2、失水量8.5ml，状态为略稠，触变性能较好。

3、压浆工艺。（1）注浆孔布置。顶管掘进机后部环向均匀设置四只压浆孔；顶管掘进机后面三节管、后每三节管节中有一节布置有压浆孔，压浆孔设在砼管端部，按中心角900均匀设置四个，与垂直和水平直径呈450斜交布置，通过环形高压软管接通四个压浆孔与输浆总管；（2）跟踪注浆。当管节顶进时，利用掘进机尾部环向均匀布置的四只压浆孔，与顶进同步进行跟踪注浆，确保当掘进机向前时在其后形成的环形空隙立即被泥浆所充填，形成完整泥浆环套；（3）补压浆。管节在顶进过程中，由于部分浆液流失到土层中，要及时进行补压浆。同时还要根据每段顶进阻力情况，随机采取分段补压浆。

4、减摩效果。根据经验和有关规范数据，砼管节在使用触变泥浆减阻措施顶进时的管壁侧面摩阻力为3-5KPa。而本顶管顶进施工时在曲线状态下实际管壁侧面平均摩阻力为1.43KPa，顶程536m内顶力减摩效果十分明显。

本顶管536m沿程共布置2只中继间，但由于管壁摩阻力大大减小，实际施工时，直线段最终总推力7315kN，曲线段最终总推力9144.8kN，最终没有启用中继间，安全顺利地完成536MD3200大口径曲线顶管。经过本工程我们得到以下启示：

三、结论与建议

福州某电力220kV线路工程，在9#-11#井管段采用曲线顶管施工一次顶进到位，在该段顶管工程中由于在顶进设备配置、注浆减摩、测量导向等曲线顶管关键技术上有新突破，使该顶管工程实际用时28天就顺利贯通。并在以下几方面取得较为成熟经验。

（一）顶管姿态控制精度高，由于本次事先规定机头行走轨迹，布置测量系统测点位置，实施“勤测勤纠”要求，致使535.5m顶程轴线偏差始终控制在±80mm之内。机头准确贯通进洞，向下偏差为2cm，向左偏差为3cm。

（二）注浆减摩效果好，本次顶管总推力为9144.8KN，掘进机迎面阻力为1526KN，管道周边单位面积平均摩阻为1.43Kpa，在整段长距离曲线顶管中，顶进阻力小，充分说明注浆减摩效果好，虽然事先考虑到顶力问题，为安全起见安放中继间，但是本次顶管最终都没有启用中继间。

（三）地表沉降小，最大点的沉降值为4cm，平均沉降值为2.3cm，地面建筑物没有受到损坏。

参考文献：

[1]葛金科，沈水龙，许烨霜.现代顶管施工技术及工程实例[M].中国建筑工业出版社，2009.

[2]马·谢尔勒.顶管工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1983.

[3]夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

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