超大斷面矩形頂管施工技術交流

裴超二〇一六年十月天津超大斷面矩形頂管施工技術交流內容提要第一部分矩形頂管概述第三部分頂管應用設想第二部分天津富水軟弱地層超大斷面頂管施工技術

頂管法施工原理是先在工作井內設置支座和安裝主千斤頂，管節(jié)緊跟在頂管機后，在主千斤頂推力的作用下，頂管機向土層內掘進，掘出的渣土由渣土泵或螺旋輸送機排出或以泥漿的形式輸出，推進一節(jié)管節(jié)后，主千斤頂縮回，吊入另一節(jié)管節(jié)，繼續(xù)頂進。如此往復，直至頂管機到達接收井，管節(jié)全部鋪設到位后，頂管機從接收井拆除、吊至地面。第一部分矩形頂管概述

1、頂管施工原理4

盾構頂管管片在盾尾內拼裝，管片固定推進油缸在盾構機支撐環(huán)內，與盾構機同步管節(jié)拼裝完成后與掘進面同步移動頂進油缸在始發(fā)井內固定

2、頂管與盾構的區(qū)別第一部分矩形頂管概述

相同點

不同點（1）施工占地面積小，對城市干擾少，無阻礙城市交通，無需遷改管線，對地面環(huán)境影響較小，文明施工程度高。（2）斷面尺寸多樣，適合各種形式斷面的結構施工。（3）具有綜合成本低、施工周期短。第一部分矩形頂管概述

3、矩形頂管的優(yōu)點第一部分矩形頂管概述

目前盾構法隧道設計大多為圓形，但圓形盾構隧道存在斷面空間利用率低的弱點。在擁有相等有效空間的情況下，矩形斷面能節(jié)約35%以上的地下空間，且可以大大減小隧底埋深，同時增加覆土厚度。矩形頂管在提高地下空間利用率方面是一個可行的解決辦法。

3、矩形頂管的優(yōu)點比圓形斷面節(jié)約了45％的地下空間比雙圓隧道節(jié)約了35％的地下空間

矩形隧道和圓形隧道有效空間對比圖（1）在國內已被廣泛應用于地下通道、市政給排水、電力電纜、地下管網(wǎng)共同溝、煤氣通道和通信管道等地下管道工程施工中，也可進行穿越公路、鐵路、河流特殊地段的地下管道的施工。（2）適用于飽和含水地層中的粉砂土或砂性土，淤泥質粘土、粘土、也可在一般巖層的復合地質條件下的施工。

4、矩形頂管的適用范圍第一部分矩形頂管概述第二部分、富水軟弱地層超大斷面

矩形頂管施工技術----天津下穿黑牛城道矩形頂管施工案例

1、黑牛城道頂管施工背景應用背景黑牛城道是天津市最為繁忙的交通干道，也是天津市最重要的迎賓道之一。按常規(guī)施工連接黑牛城道通道的方法，須進行多期導行，道路上車流量大，交通壓力大，導行難度大。天津市過街通道常規(guī)采用跨街天橋的模式，天津市政公用工程和地鐵過街通道想突破常規(guī)法，研究、嘗試在軟弱富水地層施工大斷面頂管工藝的可行性。黑牛城道下方管線眾多，埋深較深，年代較長。在黑牛城道上切改管線，施工難度大，切改發(fā)生的費用非常昂貴。切改時，給城市帶來較差的城市形象。天津受霧霾惡劣天氣影響，對空氣質量和文明施工要求越來越高。常規(guī)施工工藝，地表揚塵和文明施工無法得到保證，頂管工藝占地面積小，機械化作業(yè)，能更有利的保護環(huán)境，無粉塵污染。第一章工程簡介天津下穿黑牛城道矩形頂管隧道位于天津新八大里地區(qū)黑牛城道與內江路交口，該頂管隧道連接黑牛城道南北兩側屬地下人行通道，同時兼做各種地下管線下穿城市主干道的綜合管廊。第一章工程簡介

2、工程位置管節(jié)橫斷面北集散廳（始發(fā)發(fā)）南集散廳（接收收）

3、頂管隧道概況過黑牛城道地下下通道長92.6m，線型為直線，，無縱坡，覆土土厚度8.17m，采用頂管法施施工。通道斷面面寬度10.4m、高度7.55m，由62節(jié)管節(jié)組成，管節(jié)之間縱向連連接采用承插式式F型接頭。每節(jié)管節(jié)寬度度1.5m，厚度0.7m，自重為79t，采用C50P12鋼筋混凝土結構構預制而成。第一章工程程簡介4、周邊環(huán)境情況通道下方管線眾眾多，一共有22條管線，有壓管管線7條，無壓管線15條。其中，距離離頂管隧道最近近的有壓管道為為DN1000mm的自來水管，距距離頂管隧道5.7m，距離頂管隧道道最近的無壓管管道為Φ1650雨水管，距離頂頂管隧道3.18m。過黑牛城道地下下通道周邊無建建筑物，通道周周邊主要是黑牛牛城道的主干道道、輔道和人行行道以及道路兩兩旁的綠化帶。。黑牛城道為城城市快速主干道道，是天津市重重要的迎賓道。道路寬度66.5m，雙向10車道，車流量大大、交通繁忙。。第一章工程程簡介5、工程水文地質情況①1雜填土①2素填土③1粘土④1粘土⑥2淤泥質粘土⑥4粉質粘土⑦粉質粘土⑧1粉質粘土⑧2粉土⑨1粉質粘土⑨2粉砂地下通道⑥3粉土5m7m地下通道自上而而下分布的土質質為①1雜填土、①2素填土、③1粘土、④1粘土、⑥2淤泥質粘土、⑥⑥3粉土⑥4粉質粘土、⑦⑦粉質粘土、⑧⑧1粉質粘土、⑧⑧2粉土、⑨1粉質粘土和⑨2粉砂。隧道主要穿越：：⑥2淤泥質粘土、⑥⑥3粉土、⑥4粉質粘土、⑦粉粉質粘土。第一章工程程簡介6、工程水文地質情況序號地層編號巖性天然含水量（%）孔隙比塑性指數(shù)滲透系數(shù)

Kv（cm/s)地基土承載力特征值滲透性1①2素填土28.50.82414.6

//微透水2③1粘土35.91.03721.31╳10-7100不透水3④1粘土30.20.87219.41.24╳10-7120不透水4⑥2淤泥質粘土39.31.13318.81.6╳10-785不透水5⑥4粉質粘土26.20.7536.65.81╳10-6130微透水6⑦粉質粘土25.90.72112.93.39╳10-6120微透水7⑧1粉質粘土23.10.65213.12.52╳10-6150微透水8⑧2粉土18.30.5388.43.92╳10-5180弱透水9⑨1粉質粘土21.40.61311.62.38╳10-6160微透水10⑨2粉砂20.40.585/4.05╳10-5200弱透水第一章工程程簡介減摩注漿孔二次注漿孔吊裝孔

7、管節(jié)設計概況頂部打泥孔預埋件名稱A型管節(jié)B型管節(jié)備注DN25減摩注漿孔18個17個外側設單向閥DN50二次注漿孔8個8個外側預留5cm保護層DN100二次注漿孔1個0個外側預留5cm保護層Φ150吊裝孔8個8個A型管節(jié)與B型管節(jié)頂?shù)装遄⒆{孔和減模注注漿孔交替布置置。頂進施工時時，A型為第一管節(jié)，，A型管節(jié)與B型管節(jié)交替排列列施工。第一章工程程簡介

8、管節(jié)接口防水設計1、外側防水體系：管節(jié)承口鋼套環(huán)采用厚18mm的鋼板，長350mm，管節(jié)插口混凝凝土結構外側密密貼兩道楔形橡膠圈圈，施工時插入承承口鋼套環(huán)內，，在插入過程中中，橡膠圈被壓壓縮，密貼鋼套套環(huán)，形成良好好的防水體系。。2、第二道防水體系系：在管節(jié)承口端管管壁中上部位置置開槽，嵌入多多孔型三元乙丙橡膠密密封墊。膠密封墊應與與多層膠合板具具有相協(xié)調的壓壓縮能力，保證證拼裝后的防水水效果。3、內側防水體系：在管節(jié)內側兩管管節(jié)接口處設置置嵌縫槽，后期期可采用注入雙雙組分聚硫密封封膠。第一章工程程簡介

9、頂管機配置本項目頂管機來來源為新購，制制造單位為中鐵鐵工程裝備集團團有限公司。天津市過黑牛城城道地下通道斷斷面尺寸為10.42*7.57m，目前是斷面最最大的矩形頂管管。頂進距離92.6m，是目前國內該該斷面尺寸下矩矩形頂管一次頂頂進距離最長的的工程。第一章工程程簡介

10、頂管機參數(shù)序號項目單位參數(shù)備注1開挖直徑mm10420×7570

2刀盤驅動功率kW30x6（單組）6組3刀盤扭矩kN·m1444（單組）4糾偏角度度左右1.4°上下2.1°

5鉸接最大推力T57606螺機數(shù)量個27螺機功率kW45單組8螺機出渣能力m3/h79x29最大推進速度mm/min

4010最大推力T8400第一章工程程簡介施工重難點嚴寒條件下超大大斷面管節(jié)預制制質量保證及預預埋件精度控制制。頂管施工中姿態(tài)態(tài)控制及糾偏第二章施工工重難點及關鍵鍵技術頂管在施工過程程控制管線及地地面沉降，確保保周邊環(huán)境及地地面行車安全。。頂管機在富水軟軟弱地層中施工工防滲漏水風險險控制。尤其是是在始發(fā)、接收收中為控制重點點。

1、管節(jié)預制第二章施工工重難點及關鍵鍵技術模板設計：1、管節(jié)采用組合合鋼模板平置澆澆筑，外模四片片，內模四片，，底模一片。2、采用側模包底底模；上下設拉拉桿。3、澆筑時承口在在下，插口在下下。凹凸面采用用數(shù)控加工。4、側模采用液壓壓油缸收、支模模板。5、上拉桿采用雙雙向螺旋定位拉拉桿。6、內、外模每片片模板之間螺栓栓連接。7、模板內設工作作平臺，便于模模板支撐及混凝凝土澆筑。澆筑平臺第二章施工工重難點及關鍵鍵技術

2、鋼筋籠加工管節(jié)鋼筋籠綁扎扎定位器鋼筋籠綁扎完成成第二章施工工重難點及關鍵鍵技術鋼筋籠入模采用用履帶吊+人工配合，鋼筋筋籠吊出模具前前，先在鋼筋籠籠上做好起弧點點標記，同時在在模板底座上做做出起弧點的標標記，施工人員員根據(jù)標記指揮揮吊車下放鋼筋筋籠入模。鋼筋籠起吊鋼筋籠入模

3、鋼筋籠吊裝入模

4、管節(jié)混凝土澆筑第二章施工工重難點及關鍵鍵技術

5、管節(jié)蒸養(yǎng)第二章施工工重難點及關鍵鍵技術

8、管節(jié)吊裝管節(jié)吊裝第二章施工工重難點及關鍵鍵技術

9、管節(jié)養(yǎng)護第一道：養(yǎng)護液液+塑料薄膜第二道：土工布布第三道：帆布第二章施工工重難點及關鍵鍵技術

2、頂管施工防滲漏水關鍵技術—端頭加固第二章施工工重難點及關鍵鍵技術端頭加固效果驗驗證第二章施工工重難點及關鍵鍵技術洞門鑿除前，端頭加固強度須須滿足設計要求求。同時進行垂垂直取芯和水平平探孔，水平探探孔深度3.5-6m。（1）無滲漏水情況況，加固滿足要要求，破除地連連墻；（2）出現(xiàn)滲漏水，，加固不滿足要要求，則重新加加固止水，直直至滿足要求求后，破除地連連墻。

2、頂管施工防滲漏水關鍵技術—端頭加固

2、頂管施工防滲漏水關鍵技術—端頭加固地下連連續(xù)墻墻破除除中地下連連續(xù)墻墻破除除后的的效果果第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術◆洞洞門外外延鋼鋼箱洞口密密封采采用兩道折葉葉式密密封壓壓板+兩道簾布布橡膠膠板。鋼箱箱上預預埋注注漿球球閥，，始發(fā)發(fā)和施施工過過程中中，向向洞門門鋼箱箱內注注入油油脂，，起到到動態(tài)態(tài)防水水密封封作用用。第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

2、頂管施工防滲漏水關鍵技術—洞門密封

2、頂管施工防滲漏水關鍵技術—洞門密封第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術◆洞門鋼鋼絲刷刷洞門圈圈防水水裝置置參照照盾構構盾尾尾刷原原理，，在結構側側墻洞洞門預預埋鋼鋼圈內內側設設置2道鋼絲絲刷，，并通通過預預埋管管道不不斷注注入填填充油油脂，，確保保洞門門動態(tài)態(tài)防水水。

2、頂管施工防滲漏水關鍵技術—管節(jié)接縫防水第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術◆管節(jié)拉拉緊同時，，為避避免管管節(jié)接接縫在在彈性性密封封圈反反彈力力的作作用下下，降降低接接縫防防水效效果。。在管管節(jié)預預制時時預埋埋連接接鋼板板，在在頂進進過程程采用用大螺螺桿將將管節(jié)節(jié)之間間拉緊緊。

2、頂管施工防滲漏水關鍵技術—頂管機接收第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術◆明明洞接接收為確保保頂管管機接接收安安全，，頂管管接收收采明明洞施施工，，頂管管機長長度約8m，明洞洞采用用鋼筋筋混凝凝框架架結構構，利利用施施工完完成的的底板板、側側墻施施工而而成，，施工工總長長度為為10m。明洞洞內回回填砂漿，砂漿漿強度度28d不大于于1Mpa，，回填高高度至至洞門門以上上3m。。明洞平平面圖圖明洞立立面圖圖◆導向向系統(tǒng)統(tǒng)在始發(fā)發(fā)井處處設置置激光光經(jīng)緯緯儀，，在矩矩形盾盾構頂頂管內內設置置導向向靶。。通過過激光光導向向系統(tǒng)統(tǒng)輔以以人工工測量量判斷斷頂管管機的的姿態(tài)態(tài)變化化。導向系系統(tǒng)激光經(jīng)經(jīng)緯儀儀激光靶靶第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

3、頂管機姿態(tài)控制及糾偏◆始發(fā)發(fā)定位位頂管機機前下下殼體體吊裝裝焊接接定位位鋼板板，控控制頂頂管機機始發(fā)發(fā)方向向。頂頂管機機及后后配套套安裝裝過程程中，，精確確定位位始發(fā)發(fā)導軌軌標高高、軸軸線，，以及及后靠靠板垂垂直度度等。。第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

3、頂管機姿態(tài)控制及糾偏

3、頂管機姿態(tài)控制及糾偏第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術◆渣土改改良通過注注入泡泡沫改改善碴碴土的的和易易性，，將土土倉壓壓力的的不均均勻性性降到到最低低，防防止由由于正正面土土壓不不均造造成頂頂管機機姿態(tài)態(tài)偏轉轉。

3、頂管機姿態(tài)控制及糾偏第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術◆鉸接糾糾偏推進過過程中中實時時關注注導向向測量量系統(tǒng)統(tǒng)，適適時啟啟動糾糾偏系系統(tǒng)油油缸。。糾偏偏油缸缸可用用于水水平、、垂直直糾偏偏，水水平糾糾偏角角度1.4°垂直糾糾偏角角度2.1°。糾偏角角度為為：上上下糾糾偏2.1°，左右右糾偏偏1.4°糾偏原原則：（1）勤糾、、微糾糾和看看趨勢勢進行行糾偏偏；（2）向上上下，，后左左右共16臺200T/臺行程150mm◆刀盤旋旋轉糾糾偏盾殼上上設計計有水水平傾傾角傳傳感器器，實實時監(jiān)監(jiān)測滾滾轉姿姿態(tài)，，并設設有預預報警警系統(tǒng)統(tǒng)。同時，，每個刀刀盤的的旋轉轉速度度及方方向都都可調調，從從而實實現(xiàn)盾盾體滾滾轉糾糾偏。。第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

3、頂管機姿態(tài)控制及糾偏◆雙螺旋旋機出出土糾糾偏為保證證土倉倉各點點壓力力的連連續(xù)性性和均均勻性性，頂頂管機機設計計為雙雙螺旋旋機出出土。當頂管管出現(xiàn)現(xiàn)姿態(tài)態(tài)偏差差，可可以通通過調調整雙雙螺旋旋機的的轉速速，控控制雙雙螺旋旋機出出土量量，控控制土土倉左左、右右側或或上、、下側側壓力力差，，進行行姿態(tài)態(tài)調整整。第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

3、頂管機姿態(tài)控制及糾偏◆輔輔助打打泥糾糾偏頂管機機盾體體和管管節(jié)周周邊均均勻布布置了了一打打泥糾糾偏孔孔孔，，在頂頂進過過程中中，可可以逐逐孔打打泥，，輔助助鉸接接達到到軸線線糾偏偏效果果。第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

3、頂管機姿態(tài)控制及糾偏◆正面面土壓壓力控控制頂管頂頂進過過程中中，采采取滿滿倉掘掘進，，經(jīng)過過改良良后土土體充充滿整整個土土倉。。頂管機機正面面設置置有9個隔膜膜壓力力計，，施工工前根根據(jù)地地質情情況及及埋深深，初初步設設定土土倉壓壓力控控制值值，頂頂進過過程中中通過過沉降降觀測測及時時調整整土倉倉壓力力的實實際控控制值值。土壓力力控制制：（1）頂進進速度度；（（2）螺機機出土土第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

4、地面沉降及管線變形控制第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

4、地面沉降及管線變形控制◆頂管管設備備選擇擇性控控制頂進施施工選選用刀刀盤與與殼體體間開開挖保保證無無間隙隙的頂頂管機機。同同時，，頂管管機尺尺寸比比管節(jié)節(jié)尺寸寸大于于10mm，，對地表表和管管線沉沉降非非常有有利。。頂管管機過過程中中，注注入觸觸變泥泥漿，，起到到潤滑滑、支支撐地地層地地作用用。◆觸觸變泥泥漿注注入在頂管管施工工過程程中注注入大大量的的觸變變泥漿漿，觸觸變泥泥漿主主要起起到潤潤滑減減阻、、支撐撐地層層的作作用。。第二章章施施工工重難難點及及關鍵鍵技術術

4、地面沉降及管線變形控制◆管管節(jié)止止退每環(huán)管管節(jié)推推進完完成后后，主頂油油缸及頂鐵鐵回縮縮，機頭頭和管管節(jié)在前方方正面面土壓壓力和和管節(jié)節(jié)接縫縫彈性性橡膠膠密封封圈反反力的的作用用下會會產生生后退，，造成正正面土土壓失失衡，，導致致地面面沉降降。第二章施工重重難點及關鍵技術術

4、地面沉降及管線變形控制管節(jié)翻身管節(jié)吊裝下井第二章施工重重難點及關鍵技術術◆出土量控制頂進施工中出土量量采用容積控制法，，小車滿斗容量按10m3統(tǒng)計，每出滿1斗土，須向前頂進進150mm。同時，根據(jù)每次統(tǒng)統(tǒng)計出土量，核算算每環(huán)頂進完成后后出土總量，出土土總量控制在理論論出土量的98%。第二章施工重重難點及關鍵技術術

4、地面沉降及管線變形控制第二章施工重重難點及關鍵技術術

4、地面沉降及管線變形控制泥土泵是針對地下下頂管施工的需求求而專門設計制造造的，它主要用于地基充填、控制沉降、設備糾偏等項目中。打泥糾偏孔打泥孔◆打泥填充地層當頂進過程中出現(xiàn)現(xiàn)出土量超多，軸軸線偏移較大、地地面沉降超過