干货丨大口径混凝土管曲线顶管施工技术

　　近年来，郑州市城市高速发展，位于七里河以北、东风渠以南，新107国道东侧的王新庄污水处理厂周边用地性质及建设规模发生了很大变化。污水厂目前处理规模40万m3/d，规划总规模60万m3/d。随着郑东新区的建设，尤其是高速铁路新郑州站建在七里河南侧，本区已成为郑州市重要的交通枢纽和城市核心，已不再适合进行大规模扩建。

　　市政府正式同意在七里河下游新建郑州新区污水处理厂，接纳原属王新庄污水处理厂处理的中心城区城市污水和九龙污水系统的污水，并为服务于更大范围的城市污水创造条件，总体提高郑州市城市污水的处理标准，改善受纳水体环境状况，决定由郑州市污水净化有限公司作为项目建设单位开展各项工作。

　　郑州新区污水处理厂工程包括日处理污水65万m3/d污水处理厂一座，污水干管（d3000-d3500）32公里及中途提升泵站一座。其中厂外污水干管设计规模为120万m3/d，长度约为32km，管道埋深为6.8-16米，沿途穿越多处河道、高速公路、铁路、地铁及国道，管道施工采用顶管施工方式，顶管管材采用钢筋混凝土顶管专用管材，双橡胶圈F型接口。

　　本工程顶管位于覆土较深含水量较大的粉土夹砂层，根据勘察报告显示，管道所在土层含有质地坚硬的浆砌石，结合工程实际经验，采用全封闭机械式土压平衡式顶管机，并在原有的基础上进行改造，即在原出土仓后加设一个泥水搅拌装置，向搅拌仓内注入水与土仓排出的土进行搅拌，再通过输送泵将泥土排出管道，不仅能避免大块浆砌石等建筑垃圾堵塞管道同时也能进一步提升顶进速度。其工作原理是顶管机利用土仓压力来平衡顶进工作面上的土压力和水压力，通过调节土仓压力来稳定开挖面，当施加的压力等于地层的土压力和水压时，调整螺旋出土机排出的土量，使之等于刀盘切割的土量。如此稳定的开挖状态是土壤压缩机头部开挖面的平衡。

　　（1）为保证顶管孔进出安全，在洞口平段内安装延伸导轨直至砖封门外延伸至洞口，使顶管机在洞内仍然有导轨支托。用拉杆将管节、顶管机拉紧，依靠后续管节配重防止顶管机下沉。进出洞前对洞口土体进行注浆加固，为确保机头能够顺利进出洞，土体加固范围应大于机头长度。

　　岩心法主要用于测定1.5MPa以上钢筋土的强度。探测孔主要用于检测加固土表面是否有渗漏。探伤孔位于门静脉中心，共4个，探伤孔直径40mm。监测数据显示，岩心强度平均约为2.75MPa，口漏现象良好，防渗率达到98.7%。

　　（3）顶部的预留洞管井止水装置，止水装置采用双路止水（钢板+橡胶），采用天然橡胶制成。橡胶板物理力学性能指标：抗拉强度不少于15MPa，拉断伸长率不小于380%，撕裂强度不小于30N/mm2，邵尔A级硬度+60+5。在机头将要达到接收井时，要精确测出机头姿态位置，尽量满足橡胶板与机头同心的要求。

　　在这一段，顶部的管子从河里流下来。目前，河底标高为-0.540-2.32m，河口宽度约为67m。顶管土层厚度4.03m（扣除淤泥厚度后为3.13m）。满足管道施工要求的经验（防浮计算系数为1：1，管道屋面覆盖厚度不小于2.8米）；进行河流的底部临时体重测量，体重测量在顶管在一系列水下疏浚清淤防渗土工膜铺设完成后，并设置在上游和下游通道土工膜袋沙子挡土墙，然后在挡土墙中间采用吹沙充填重量的方法，并在顶管施工结束后沉降稳定，临时土工膜、砂袋等相关设施通关。

　　顶管过河时严格控制各种施工参数，顶管速度在20mm/min 35mm/min。出土数量平均控制在36.5m3/段。灌浆压力控制在0.060.09MPa，避免因灌浆压力过大而出现泥浆顶板。

　　顶管穿越轨道交通1号线区间上方，管内底标高与盾构外顶标高垂直距离大于6米，本工程施工前，除到相关部门办理报批手续外，现场委派专业监测机构，共同监测保护1号线 MJS 土体加固

　　顶施工之前，施工的土高压旋转射流注浆桩的中2000“MJS”进行了轴承平台以外的东延部分的加固施工，减少顶管施工对地铁桥梁桩的影响。MJS可以测量和调整内部压力系统，通过调整泥浆出口的大小和数量来控制内部压力系统。气压控制在0.7mpa，流量控制在1-2m3/min，喷嘴间隙控制在1-2mm。穿越地铁线路的施工参数为河流施工，最大速度控制在20mm/min30mm/min。平均开挖控制在36.5立方米/段。注浆压力控制在0.060.12MPa。

　　顶管时应考虑单位摩擦阻力的增加。触变泥浆作为一种胶体，在很大程度上不能将土壤颗粒从水中分离出来。应在一定程度上保持稳定。泥浆的损失不应该太大。当失水相对较小时，土墙可形成薄而密的泥皮，以保护土墙，防止泥浆流失。在这一点上，建造墙壁的能力更好。

　　根据本项目实际情况，顶管段大部分在500米以上，最长顶管段可达770米。按规范要求，当顶升量达到最大工作井容量的60%时，必须安装中继间。本工程中继间结构采用径向可调密封形式，并设二道密封圈。磨损环可在常压下更换。中继间配有30个800kN油缸，总推力24000kN，控制力12000kN。工程竣工后，按管道结构形式拆除油缸，浇注钢筋混凝土结构。

　　式中：Pf一工具管迎面阻力，kN；P3一控制顶力，kN；f2一单位面积管道摩阻力，kN/m2，宜取25；D一管道外径，m。

　　本段顶管轨道控制系统由顶管整流系统、二次整流钢管、自适应伸缩接头和专用整流管四部分组成。通过四部分的共同作用，解决了曲线顶升轨迹的控制问题。

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