大东湖核心区污水传输支隧工程顶管施工关键技术研究与应用

为解决超深长距离曲线双管岩石顶管项目中顶进距离长、小净距曲线顶进、地质复杂等难点问题,采用适应性设计的刀盘及盾体、双极纠偏、智能化控制系统等顶管机研发技术,采用自动导向测量系统和膏浆技术、分段注浆等注浆减阻技术,采用高效的泥浆系统、严格的泥水作业管理等施工技术。结果表明:1)该种泥水平衡式顶管机满足长距离曲线顶管施工,采用智能化控制系统使设备操作及项目管理更为便捷;2)高压膏浆减阻配合常规触变泥浆分段注浆对顶管进行减阻,可有效减小顶管摩阻力,经计算实际顶力仅为理论顶力的60%左右;3)采用自动导向系统满足连续小角度、小范围的纠偏,可确保顶管机顺利出洞;4)高效的泥浆系统、严格的泥水作业管理可有效克服复杂地层、小净距双管带来的困难。     

苏州城北路大断面矩形顶管顶力计算与实测分析

矩形顶管顶力作为顶进设计的重要参数，目前尚无统一的标准计算公式。结合大断面矩形顶管的特殊性，在比尔鲍曼理论、管土与管浆部分接触理论基础上进行修正改进，将顶管机机壳摩阻力单独计算，推导出大断面矩形顶管的顶力计算新方法。结合苏州城北路大断面矩形顶管工程案例，将计算值与实测值进行对比分析，研究发现： 1)采用比尔鲍曼理论计算上部土压力更为合理； 2)当形成稳定的泥浆套时，迎面阻力取1.1倍静止土压力，同实际情况吻合度高； 3)推导方法计算出的单位长度顶力与实测值较为接近，工程适用性较好。     

拉顶管工艺在复杂环境中的应用

城市排水管网的施工主要有两种：明敷施工和非开挖施工。非开挖施工主要包括水平定向钻工艺、顶管工艺和拉顶管工艺。现有规范的顶进阻力计算中未考虑管道自重产生的摩阻力且迎面挤土压力的计算多依靠经验。结合潮州市枫江深坑国考断面达标攻坚工程（潮州段）一期工程实际,介绍拉顶管工艺施工步骤及施工特点,对规范给出的顶进阻力计算公式进行优化,从而得出设备所需最小顶推力及机头回拉力,为合理选择拉顶管设备提供依据。对不同铺管工法进行比较,为类似工程施工提供借鉴。     

浅覆土矩形顶管施工对邻近基桩的影响规律研究

为研究因顶管施工的挤土效应对邻近高架桥基桩水平变形的影响，以无锡地铁青石路段1号地铁出入口为例，采用MIDAS GTS软件模拟浅覆土条件下矩形顶管顶进施工，计算在不同的顶管顶进距离、基桩与隧道间净距，以及不同的顶管开挖面顶进压力、管节与土体间摩阻力条件下的基桩水平变形。结果表明： 1）矩形顶管顶进施工时会造成邻近基桩发生沿顶进方向和垂直顶进方向的水平变形，且以沿顶进方向的水平变形为主； 2）不同于其他矩形顶管工程，浅覆土条件下基桩受顶管施工的影响范围约为隧道外4D（D为矩形顶管长边尺寸），基桩的水平变形随着净距的减小而增大，且当净距小于2D时，其水平变形呈非线性快速增加； 3）相对于开挖面顶进压力，管节与土体之间的摩阻力对基桩的影响更大，其水平位移变化可分为线性增长和非线性增长2个阶段。     

黄泛区复杂地层中顶管施工关键技术研究

黄泛区地层多为堆积粉土、粉砂,粉砂地层多夹杂钙质结核物,俗称浆结石。顶管在该地层施工时,经常发生喷涌、顶力剧增、出土不畅等严重影响顶管的正常施工。结合郑州新区污水处理厂厂外污水干管工程一标段施工案例,针对沉积粉土、粉砂进行有效的渣土改良,便于泥浆输送同时减少刀具磨损,提高了施工效率;触变泥浆在粉砂夹杂大量浆结石地层中,顶进力变化较大,研制出有效的触变泥浆,减阻效果较好;大量浆结石堵塞泥浆疏管道,同时在螺旋机出土口大量堆积,严重制约顶管施工效率,发明简易破碎装置,提高输送效率。     

软土地区长距离大断面矩形顶管平行施工影响机理研究

以上海市陆翔路-祁连山路贯通工程445m长距离大断面矩形顶管平行施工为背景,分析推导了大断面矩形顶管断面尺寸、极限覆土和平行顶管极限净距取值的计算公式。通过对地表变形、超孔隙水压力、顶管顶力及侧摩阻力实测数据的规律及发展分析,探讨了软土地区长距离大断面矩形顶管平行施工影响机理,可为今后类似矩形顶管工程提供借鉴意义。     

郑州地铁4号线商都路站1号地下通道矩形顶管施工过程数值模拟与现场监测

为研究顶管施工对既有污水管道的影响,以郑州市轨道交通4号线商都路站1号大尺寸矩形顶管工程为背景,基于剑桥模型,建立矩形顶管工程施工的有限元分析模型,研究顶管顶进过程中顶管施工影响范围内典型纵断面和横断面的地表沉降变化规律。计算结果表明:1)对于浅埋顶管,顶管施工对地表的变形影响整体表现为沉降; 2)顶管机侧摩阻力、顶推力共同作用会造成地表短时间隆起,隆起范围为开挖断面后15～30 m; 3)污水管道主要影响隧道侧边上部范围土体水平应力的分布,对隧道深度范围内侧边土体水平应力的影响可以忽略不计,但是大大减小了污水管与管节之间土体竖向应力,减小幅度达到100 k Pa。     

砂卵石地层矩形盾构顶掘减摩关键技术研究

以成都市四川大学地下停车场下穿人民南路为研究背景,工程采用矩形盾构顶掘法施工,穿越的砂卵石地层具有卵石粒径大、含量高、土层摩阻力大等特点。为了有效地减小顶进过程中的摩阻力,对施工中减摩触变泥浆的成分和性能进行了详细分析,并对浆液与管节,以及周围土体之间的相互作用和注浆对土体移动的影响进行了研究,分析了适用于砂卵石地层矩形盾构顶掘减摩触变泥浆的制作和注浆控制等工艺,探讨了在砂卵石地层中注入减摩触变泥浆需要注意的问题。其成果可为以后类似工程提供技术参考和理论支撑。     

超大直径混凝土顶管长距离顶进施工控制措施

依托上海污水治理白龙港片区南干线完善工程,迎宾7#~迎宾8#顶程长度1 125 m,为DN4000超大口径长距离混凝土顶管。以项目实施过程中的施工参数和控制措施为基础,针对其中关键性问题和节点进行了系统性研究。提出了工程中关于超大直径混凝土顶管长距离顶进施工的一系列施工措施,包括泥水平衡顶管中泥水系统改进、中继间布置与防渗漏措施,减阻泥浆措施、顶管内供电与通风措施以及长距离轴线控制措施。可供软土地层条件下类似工程参考。     

原材料含量对顶管施工触变泥浆性能的影响

触变泥浆在顶管施工过程中起到润滑减阻、支撑地层等作用,是顶管施工中的关键之一。为解决长距离、大断面矩形顶管沉降控制困难及阻力过大的问题,通过对触变泥浆中各种原材料对其性能的影响进行类比试验,寻找各种原材料对泥浆性能的影响规律,分析每种材料对触变泥浆性能的影响,从而根据郑州市下穿中州大道隧道工程地层情况确定了适应本工程的触变泥浆配合比,顶管推进减阻30%左右,解决了大断面矩形顶管沉降控制困难和推进摩擦阻力大的问题。     

拱北隧道曲线管幕顶管顶力参数取值研究

港珠澳大桥拱北隧道采用36根直径1.62 m、长255 m的曲线管幕作为超前支护穿越拱北口岸。为解决顶管顶力计算值与实测值之间的巨大差距，依托港珠澳大桥拱北隧道管幕工程，采用《规范》、Shimada、JMTA 3种公式对顶管顶力进行理论计算，同时对公式计算参数按来源分为管节参数、土层参数及经验参数3类。以《规范》公式为例，从经验参数选取是否合理的角度对顶力的计算进行了研究，并通过经验参数调整前后顶力计算值与实测值的对比，认为经验参数的调整是可行的，提出了经验参数取值优化的建议。     

曲线顶管施工引起的地表变形预测研究

为了研究曲线顶管施工引起的地表变形,通过分析拱北隧道管幕工程曲线顶管现场实测数据,得出曲线顶管地表沉降槽的偏移曲线;在现有Peck和Loganathan地表变形计算公式的基础上,考虑曲线顶管与隧洞的相对位置对沉降槽偏移量的影响,得出经过沉降槽偏移修正的Peck和Loganathan地表变形预测公式。结果表明:1)曲线顶管施工引起的地表沉降槽曲线表现为非对称,最大沉降点可能出现在轨迹弯曲内侧,也可能偏向外侧;2)曲线顶管与隧洞相对位置引起的土体损失变化是造成沉降槽偏移的主要原因,相对位置与顶管穿越地层性质、顶进力、注浆压力和轨迹曲率半径等因素有关;3)修正的Peck公式可以较好地反映砂层和淤泥质土层中曲线顶管施工地面沉降槽偏移效应和最大沉降量。     

重粉质砂壤土中长距离大口径顶管施工

某引水枢纽工程,采用顶管法施工,总长约3.0km,共分为3段,其中4号井至3号井为1300m超长距离顶管区间段。顶管上部和切削断面均为重粉质砂壤土,采用大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工。在顶管顶进至约80m时,开始出现大范围地面沉降,顶管顶力剧增,顶管姿态变化大,设备连续故障等现象。经认真分析原因并制订针对性施工技术措施,最终确保了重粉质砂壤土复杂地质下该超长距离顶管区间段得以贯通。该文对该超长距离顶管区间段顶管施工进行了认真分析和总结。其结论与建议可供今后类似超长距离顶管工程借鉴。     

矩形顶管隧道群施工对后背土体扰动规律的初步研究

为更准确地计算矩形顶管隧道施工所需顶推力，揭示小间距顶管隧道群施工中后背土体在顶推力多次叠加作用扰动后的变化情况。首先，基于现有顶管顶推力相关计算公式推导出适用于矩形顶管的顶推力计算公式。然后，整理分析某顶管隧道群工程施工中后背土体水平位移、土压力实测数据，论证矩形顶管顶推力计算公式的正确性与合理性，得到后背土体受顶推力作用产生的水平位移是以隧道中心处为最大值的弓形分布、土体在顶推力二次作用下会产生更为显著的变化且存在残余应力现象等结论。最后，采用统计方法对顶推压力与后背土体水平位移、土压力之间的数据进行处理，取得后背土在顶推压力作用下产生水平位移与土压力的经验公式。     

矩形顶管关键技术研究现状及发展趋势探讨

首先，对矩形顶管技术的发展历程及其国内外研究现状进行综述，介绍当前矩形顶管技术主要的应用场景，并结合顶推力预测、注浆减阻、背土效应演化机制和控制对策、顶进过程中的地层响应模式和沉降计算、工作面稳定性评估等关键技术问题，对矩形顶管的理论研究进展进行回顾和讨论。其次，根据矩形断面掘进机的结构形式和切削方式，对国内外矩形顶管掘进机的开发现状及其分类进行介绍。最后，归纳当前矩形顶管在装备及工程应用领域面临的技术挑战，探讨矩形顶管技术的发展趋势，对矩形顶管装备智能化，矩形曲线顶进，长距离、大断面及复合地层等复杂场景下的矩形顶管技术进行展望。     

郑州黄河顶管工程注浆减阻技术的应用

为了解决长距离大口径顶管在富水流砂卵石地层环境下的掘进顶力过大问题,以西气东输黄河顶管工程为例对注浆减阻进行研究。主要从注浆设备选取、润滑泥浆配比、注浆压力控制和注浆量控制等方面控制好浆液,确保注浆减阻效果,降低钢管与周围砂层的摩擦阻力,从而降低推进顶力,顺利达到长距离掘进的施工目标。     

浅埋矩形顶管群密贴施工的顶推力分析研究

为明确矩形顶管群密贴施工中顶管顶推力的发展规律与影响因素，以圆形顶管顶推力计算理论为基础，依托实际的试验工程背景，分7个工况分别进行顶推力的统计分析。通过多工况理论估算与实测数据对比，验证管顶推力的实测值与理论值在规律上的一致性，同时得出该理论值较实测值偏小的结论。针对试验工程中出现的减摩失效、顶管背土、姿态异常等问题展开研究，通过对比分析不同工况实测顶推力发展规律，最终得出: 就本工程而言，减摩泥浆的减摩效果明显，顶推力减小约38.2％； 顶管背土与顶管姿态对顶推力具有较大的负面影响，其中,顶管背土导致每节顶推力增加约16.7％，顶管姿态异常引起顶推力额外增加17.8节的理论推力。     

含盐地层顶管润滑泥浆抗盐及抗渗性能试验研究

为解决高含盐地层盐侵顶管润滑泥浆造成滤失量过大、黏度下降、动塑比下降，导致管周摩阻力增大，影响顶管施工的问题，依托山东省黄水东调二期工程的地质勘察结果，选用凹凸棒土、HV-CMC等抗盐材料，通过配浆试验得到配浆水+5%加量凹凸棒土+5%加量膨润土+0.35%加量NaOH+0.8%加量HV-CMC的泥浆配方。采用抗盐试验和抗渗试验测试盐侵前后黏度、滤失量、抗渗性等指标，得到结论如下： 1）钙镁离子由于价位高、水化能力差，盐侵影响大于钠离子； 2）润滑泥浆的黏度随盐侵增大而表现出先迅速减小后趋于稳定的现象； 3）地层粒径对泥浆抗渗性影响很大，建议泥浆使用前增设原状土中的抗渗性测试。     

适用于复合地层的硬岩泥水平衡顶管关键技术

为了提高国产顶管对硬岩复合地层等复杂地质条件的适应性和设计制造水平，结合南宁市邕宁区污水管道工程，对适用于复合地层的硬岩泥水平衡顶管关键技术进行探究。其关键技术包括： 研究适用于复合地层的紧凑型刀盘结构，优化刀具组合形式；基于常用的岩石破碎方法，设计一种变位剪切二次破碎机构； 通过刀盘偏心超挖、设置石粉导流槽、盾体注入黏土的方法，解决硬岩地层中易卡盾体、卡管节的难题；完成“泥水舱+气垫舱”的双舱设计，采用泥水压力快速精准测量、阀门模块化自动控制，实现地层的低扰动掘进； 进行带压换刀和常压换刀的针对性设计，实现狭小空间快捷安全换刀；结合泥水循环系统多种模式的转变和自冲洗、高压水冲洗位置的合理布置，提出泥水循环系统防堵塞措施。研制出的适用于复合地层的硬岩泥水平衡顶管在工程施工过程中掘进性能良好，地质适应性强。