管道更新掘进机关键技术研究与应用

为解决城市地下管道更新、扩容面临的原位非开挖技术难题，设计、研发机械化非开挖管道更新掘进机，对开挖舱压力平衡系统、管道保通环流系统、整机集约化设计等关键技术进行研究，并成功应用于管道更新试验段工程项目。通过分析试验数据，构建实际顶推力模型，得到刀盘转速、推进速度、刀盘切削阻力等设备配置参数。实际掘进效果表明： 该非开挖管道更新掘进机能够有效解决大直径钢筋混凝土管道原位破挖更新、管道清淤、管道保通等技术难题； 设备月进尺达150~450 m，保通流量为500 m3/h左右，开挖舱压力大部分时间在50~80 kPa浮动，沉降控制在4 mm以内，实现了钢筋混凝土旧管道原位破挖和新管道同步敷设一次施工成型，提高了城市管道更新施工的自动化水平，为老旧城区机械化非开挖管道更新提供了新的工法借鉴。     

近年国内常用非开挖施工技术施工方法综合概述

与传统开槽施工技术相比,非开挖技术可以使管道施工造成的的环境问题、社会问题和交通问题的影响程度降到最低。因此,非开挖技术广泛应用于铺设新管线、修复置换旧管线、探测原有管网等方面。其施工方法主要有水平导(定)向钻进铺管法、顶管铺管法、盾构铺管法、气动矛铺管法、无缝衬装置换法、管道翻衬置换法和爆(碎)管衬装置换法等。该文对近年我国常用的非开挖施工技术、施工方法,以及部分应用实例作了阐述。     

直接铺管工艺介绍

正直接铺管法是一种新型的非开挖管道施工技术,结合了微型隧道掘进技术和定向钻管道回拖技术。采用直接铺管法可以最大程度的简化工序,实现一次性成孔并完成管道铺设。直接铺管施工需要的设备有推管机和掘进机,其原理是利用和顶管施工相同的隧道掘进机进行孔洞开挖,掘进机尾部与管道焊接连接,随着孔洞不断向前开挖,管道被后方的推管机持续地推入地层,隧道开挖与管道安装同时完成。该工法适用于管径为762～1422 mm的管道穿越施工。该工法具有以下特点:     

管道非开挖修复技术在雨污水混接改造工程中的应用

主要介绍了几种常用的管道非开挖修复技术,并对这几种管道非开挖修复技术的适用管径、适用管种、修复类型以及优缺点进行了介绍。同时,结合雨污水混接改造工程,重点介绍点状一玻璃纤维布修复技术、玻璃纤维内衬修复技术两种管道非开挖修复技术在工程中的应用,并针对国内管道非开挖修复技术的应用前景及发展趋势作出概括。     

城市排水管道非开挖修复有机更新

结合工程施工实例,介绍了非开挖管道修复有机更新的概况,重点介绍CIPP翻转法修复管道施工工艺以及管道非开挖修复的优点。     

武汉地区城市地下物流系统可行性研究中几个问题初探与趋势展望

为建设适合武汉地区的城市地下物流系统,参考国内外相关研究成果和案例,并结合武汉地区的物流工艺和空间要求,运用调研分析、数值回归分析、SLP等方法,从地下物流建设的必要性、环境可行性、技术可行性、经济可行性、融资方案、工程地质条件、物流节点选址及线路布置等方面,对武汉地区城市地下流物流系统可行性研究中的选址、布局、施工技术等问题进行探讨与趋势展望,得到主要结论如下： 1）在武汉地区修建地下物流系统将承担整个武汉地区40%左右的货运量; 2）采用单线管道设计时,管道内径为2 800～3 500 mm时经济性较好,管道内径为2 800 mm时,为最优选择; 3）地铁的融资租赁模式对地下管道物流系统的建设融资方案具有指导意义; 4）在站点布置上,应将物流中心、配送中心、目的地和仓库等形成网络状结构; 5）应选择集装箱型地下物流载运工具来完成城市货物的运输,在施工方法上应选择盾构法、顶管法等非开挖技术; 6）地下物流系统是未来智能城市建设的必然选择,将其进行实际运用并与未来智能化城市建设相融合是未来主要的发展趋势。     

直接铺管施工技术与应用

直接铺管施工技术及其装备作为近年来国际非开挖领域的新技术、新设备、新工法,在定向钻施工场地受限、管道出入土两点落差较大、管道埋深较浅、盾构顶管施工费用较高时,有一定的施工优势。该工法结合了微型隧道施工和水平定向钻2项技术的特点,在利用隧道掘进设备进行隧道开挖的同时,利用推管设备将预制好的管道同步铺设,将隧道施工与管道铺设同步进行。陕京四线管道工程无定河项目穿越轴线落差大、地质复杂,选择采用直接铺管法进行穿越施工。通过对掘进机和推管机进行设备选型分析,以及对隧道掘进、管道推进、测量控向、润滑减阻和管道回拔等关键技术进行研究,该工法在无定河项目得到成功应用。最后,对直接铺管技术在定向钻工程抢险、定向钻套管铺设、陆地管道和深海排污施工领域,以及推管机为定向钻工程提供助力、用于管道损坏或卡死时退回取出和建成隧道内管道安装等方面的拓展应用进行了介绍。     

PVC模块内衬法在排水管道非开挖修复中的应用

随着社会经济的快速发展,人们对城镇环境和防汛排水安全也日益重视,排水管网担负着收集和输送雨、污水的作用,是城镇防汛排水保障的重要基础。在排水管道运行使用的过程中,因排水管道结构性损坏造成的污染地下水、地面沉陷事故时有发生。非开挖修复技术可实现在交通繁忙的路段对排水管道的维修更新,结合实际案例,论述PVC模块内衬法在城市排水管道非开挖修复中的应用。     

铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望

为配合郑万高铁实施的基于全工序机械化配套的隧道安全、快速、高质量修建技术，针对超前支护、钻爆开挖、初期支护、二次衬砌等关键工序开发系列化智能装备，并系统性地总结和提炼钻爆法隧道智能建造装备的4大支撑技术，即围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与量测系统、大数据处理与共享系统、智能控制决策系统，是实现隧道全生命周期智能化的基础与前提； 同时，运用先进的传感技术、互联网、大数据分析和人工智能技术，研究施工协同管理平台，借助隧道大容量通信网络和隧道智能建造协同管理平台，实现隧道内装备与装备、装备与环境、装备与围岩的互联互通互动，为隧道智能建造提供装备保障。     

城市排水管道非开挖修复技术在南方某地区的应用

城市排水管道承担着城市污水、雨水运输排放等任务，是城市平稳安全运行的基础。排水管道的老化情况具有不可见性，在地面上无法了解地下管道的状况，这会给管道业主带来经济损失，同时也会带来公众压力，因此管道非开挖修复技术的应用意义重大。结合南方某地区已建污水管修复工程的实例对非开挖修复技术进行研究，并探析其在市政管网修复中的应用。     

分体组合式矩形顶管机关键技术探究——结合中铁装备地下停车场项目

为解决分体组合式矩形顶管机高精高效掘进难题，以中铁装备厂区地下停车场项目为依托，对矩形顶管机分体组合式结构适应性、位姿（位置与姿态）控制、组合式小刀盘开挖系统设计等关键技术展开研究： 1）提出新型组合连接形式，解决因设备组合带来的密封、管线联通等结构适应性问题； 2）创新盾体铰接结构，提出分体组合式顶管机复合位姿控制方法，即以纠偏油缸为主，双螺旋输送机互馈出渣为辅的协同纠偏策略，多刀盘转向转速控制与主机周向多点加压控制相结合的纠滚策略，实现浅覆土、零间距隧洞的高精度施工； 3）基于回归分析方法，探讨小刀盘扭矩系数随刀盘直径、刀盘布置位置的变化规律，建立直径3 m以下小刀盘扭矩系数的计算模型，为多刀盘系统驱动配置提供理论依据。     

不稳定土层中顶管施工的技术问题与措施

顶管施工是一种地下管道非开挖施工技术,由于顶管施工受地下工程地质条件的影响很大,因此不可预见因素多。结合无锡市芦村污水处理厂污水收集系统优化工程的顶管施工,介绍不稳定土层中顶管施工的技术问题与处理措施,供类似工程参考。     

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。     

顶管技术在城市排水管道施工中的应用研究

随着城市人口的不断增长,城市地下空间的发展程度不断提高,顶管法在城市地下空间地下管道(包括排水管道、电力管道等)的建设中得到了广泛的应用。本文结合顶管技术的特点,分析了顶管技术在城市地下排水管道施工过程中可能出现的施工技术难点和重点问题,并提出了一些处理措施。并以某市顶管排水管道施工实际工程为例,结合数值模拟手段,详细介绍了不同顶管施工技术在此类地质条件下的施工特性,包括土压型平衡顶管技术、泥水型平衡顶管技术、气压型平衡顶管技术,得出泥水型平衡顶管更适宜此类土层的结论。     

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。     

顶管机在含有钢筋等柔性杂物复杂地层中的改进及应用

为解决顶管施工穿越含有钢筋等柔性杂物的复杂回填土层时出现的破碎不完全、刀盘缠绕、排渣管道堵塞等问题，首先，分析钢筋的破碎特性和复杂回填土地层的特点，研究贝壳刀切削、破碎机制； 其次，针对含有混凝土、石块等硬物质和钢筋等柔性杂物的复杂地层，对顶管机结构进行改进和创新性结构设计； 再次，对顶管机渣土排放设备、泥舱结构进行改造设计； 最后，采用特殊控制系统和施工工法辅助施工。将该创新技术应用在深圳海斯比顶管工程中，顶管成功穿越了含有大量钢筋等柔性杂物的建筑垃圾回填土层。     

管道更新掘进机刀盘切削钢筋混凝土管道转矩试验研究

为研究掘进机直接切削钢筋混凝土管道，实现管道原位破除更新的可行性，对新型刀盘切削过程中的参数进行分析。通过力学与数学方法，从条齿滚刀切削钢筋混凝土管道机制入手，研究切削转矩的计算方法；设计刀盘试验，系统研究切削参数的变化规律与影响因素，并提出管道更新掘进施工控制指导参数。研究表明： 1）刀盘全断面切削钢筋混凝土管道时，刀盘转矩与时间呈Boltzmann函数关系。2）刀盘推进速度提高，刀盘转矩呈线性增加；刀盘转速提高，刀盘转矩呈先减小后增大的规律。3）结合刀盘切削参数与切削比能，确定8~12 mm/r为较优贯入度区间。     

拱北隧道曲线顶管管幕施工关键技术

为了解决高水压复合软土地层曲线管幕施工技术难题,以拱北隧道曲线管幕工程施工为依托,分析临海复合软土地层、高地下水压力以及敏感周边环境对施工的苛刻要求和巨大风险。总结出包括顶管机选型、高水压顶管始发和接收技术、小间距曲线顶管精度控制技术、管道结构和密封测试、复合地层顶管泥浆及障碍物处理措施的曲线顶管管幕综合施工关键技术,解决了复合地层顶管设备和泥浆优选、高水压顶管施工密封性、曲线管幕精度控制和顶管事故处理等技术难题。