泥水平衡顶管技术在乙烯管廊工程中的应用研究

摘 要：本论文在借鉴国内外泥水平衡顶管施工技术及工艺流程的基础上，根据武汉地区特别是靠近长江特有的地质条件，总结提炼了泥水平衡式顶管的施工技术及工艺要点。结合武汉石化乙烯管廊工程大型泥水平衡顶管施工的背景，总结出了一套较为科学合理的顶管施工技术方法。由实际施工情况及监测结果分析可以看出，泥水平衡顶管技术在武汉及中西部地区有一定的推广应用价值。

关键词：顶管施工；泥水平衡法；施工管理；效果监测

Abstract: in this paper, on the basis of domestic and foreign of slurry balanced pipe jacking construction technology and process, according to the particular geological conditions in Wuhan area near the Yangtze River characteristic, summarize the construction technology and key technology of slurry balance pipe jacking. Combined with the background of Wuhan Petrochemical Ethylene tube tunnel large slurry balance pipe jacking construction, summed up a set of more scientific and reasonable technique of pipe jacking construction method. By the actual construction situation and the analysis of monitoring results can be seen, slurry balance pipe jacking technology has a certain application value in Wuhan and the central and Western regions.

Keywords: pipe jacking construction; the water balance method; construction management; effect monitoring

中图分类号：Q946.885+.7文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、工程概况

80万吨乙烯上游管廊工程作为中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程项目的组成部分之一，主要承担武汉石化与乙烯工程之间物料互送任务。由武汉石化、武钢和乙烯工程所处的地理位置决定了上游管廊必须从武钢厂区通过。物料输送线包括7根为武汉石化和武汉乙烯之间物料输送线，1根乙烯分输站至武汉石化天然气输送线，8根预留管线，管径均为250mm，介质为氢气、氮气、芳烃抽余液等物质。这些管线需要从武汉石化铺设到80万吨乙烯项目部，如何铺设，如何处理将直接影响工程的成败。

通过石化设计人员和武钢管理部门双方的多次协商和实地考察，决定采用方案二，即大管径的顶管技术进行施工。如图所示（方案一为架空敷设，直接穿过武钢重要厂矿，被否定）。

乙烯项目路线图

二、顶管方案

本工程采用D3000泥水平衡法顶管施工工艺，顶进的混凝土管长约981.26m。由于线路曲折，需要采用钢筋混凝土顶管工作井4座，钢筋混凝土顶管接收井5座。

三、泥水平衡式顶管施工工艺与技术

1、泥水平衡顶管施工工艺技术

本顶管工程拟采用泥水平衡式顶管技术。泥水平衡顶管机如右图所示，该型顶管机利用机头刀盘旋转切削并破碎前方土体，同时利用外部提供的泥水将破碎的土进行拌合，在泥土仓内形成流塑状的泥水与土的混合体，同时该泥水混合体保持一定的压力以支撑并平衡周围土体以及地下水的压力，因此称为泥水平衡。泥水仓内泥水混合体的压力必须高于地下水压力15kPa左右。 泥水平衡式顶管机

2、施工平面布置

为了保障顶管施工顺利进行，节约工期和成本，需要在工作井周围布置一台匹配的吊车（50T），负责顶管施工中的各类物资的吊装和安置。顶管施工中的主要操控都在控制室内进行，因此控制室必须靠近工作井以便于对管道顶进进行实时监控。

工作井刚性后座由钢板和高强度混凝土组成，后座钢板与管道轴线垂直，后座中心与管道轴线一致。千斤顶、导轨、顶铁等顶进设备的布置如图所示。

施工期间在工作井内及管道内应合理布置排水泵，以保证管内和工作井内不大量积水，保障管道施工时设备和人员的安全。

工作井内布置如下图所示：

3、顶管施工关键参数计算

顶管机主要性能参数要根据本工程设计的管道直径大小以及地质勘察资料和地下水情况，并结合顶管机生产制造厂家的设计，共同计算完成。

顶力计算：顶管施工过程复杂，它涉及到多方面的力学计算问题。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括端阻力和侧壁摩阻力。

最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距200m计算：

（2-1）

F――总推力；

F1――端阻力；

F2――侧壁摩阻力；

（2-2）

D――管外径m；

P――控制土压力KN/m2；

（2-3）

Ko――静止土压力系数，一般取0.55

Ho――地面至掘进机中心的高度，取值15.9m

γ――土的重量，取1.9T/m3

（2-4）

f――管外表面综合磨擦阻力，取值0.50T/m2

D――管外径m

L――顶距m

工作井内采用8个200T的千斤顶，能满足顶进推力的需要。若在顶进过程中遇到复杂的地质情况，阻力有较大的增加，导致总推力超过1600T时，则需要增设中继间。

4、泥水平衡顶管施工过程控制

4．1．穿墙顶进

泥水平衡顶管施工，顶管机进出预留洞直接影响顶管是否成功，特别是在地质情况复杂地下水丰富的地区，进出洞口更是需要更加慎重。本工程埋深交浅的洞口（11m左右）采用在洞口预埋钢圈，同时安装可拆卸的止水钢圈和橡胶止水带，达到防水目的。地下水较丰富且较深的预留洞口除上述措施外还需要在洞口外部采取止水和加固措施，如高压旋喷桩、钢板桩等。

4．2．正常顶进

顶管机从工作井预留洞口进洞成功后，即可正常进行管道的顶进工作。管道在后座支撑面千斤顶和油泵的共同作用产生的推力下被往前推。机头刀盘不断对前方的土层进行切削和破碎，切削破碎的土在压力下送入顶管机的泥土仓，土颗粒与泥水在泥土仓内混合形成较浓的泥浆，浓泥浆通过排泥管排出机头至沉淀池或泥浆分离机。通过不断循环往复，混凝土管道全部被顶入，在工作井和接收井之间形成一整条管道。本工程实际施工中，较快的顶进每天24小时不间断作业可以完成25m，但如果土层较硬每天完成量不到5m。顶管顶进过程中要做好出土量的控制，由于本工程顶管直径较大，每天的出土量也很大，由于出土不及时也往往影响施工顶进的进度。