大直径长距离顶管润滑泥浆方案研究

顶管技术作为一种经济快速的管道铺设技术已广泛应用于地下水道、石油天然气管道、电力和通讯电缆的施工中。在大直径长距离顶管施工过程中,顶进力过大是困扰顶管施工多年的技术难题。顶进力过大对顶管施工机械及相应的设施提出了更高的要求,顶进力已成为限制顶管技术发展的因素。针对这一问题,结合港珠澳大桥拱北隧道曲线顶管管幕实际工程,对顶管润滑减阻泥浆展开了研究。对泥浆中各组分对泥浆性能影响的试验研究表明,随着膨润土质量、PAC质量的增加,泥浆黏度呈现增长的趋势。通过正交试验确定了最优泥浆方案。将泥浆方案应用到实际工程中使单位摩阻力大幅降低,解决了顶进中顶推力过大的问题。     

大口径长距离钢顶管注浆减阻技术:以黄浦江上游水源地连通管工程为例

黄浦江上游水源地通管工程C3标段采用DN4000钢顶管施工,单次顶进长度达到969.94m,如何降低顶力是整个工程成功的关键。为减少摩阻力从而降低顶力,对泥浆配制、注浆控制等方面进行了研究,并结合JB06～JB05及JB07～JB06顶进段的地层、顶进力变化状况,分析顶管摩阻力的变化规律。结果表明:①该工程注浆孔的合理布置、触变泥浆的配制与使用得到的减阻效果明显,可作为类似工程减阻技术的参考;②顶力与顶进距离近似呈线性关系,但地层本身的性质会造成顶力的突变,类似工程可先对地层性质进行研究以得到更准确的顶力预测,指导顶管施工;③已注入环空一定时间后的泥浆与刚注入的泥浆相比减阻效果更好,顶力增速过快时可降低顶进速度,待泥浆充分与地层反应后再以原速顶进;④适当增加注浆量可以有效地减小管周摩阻力;⑤高聚物膨润土泥浆比膨润土泥浆单价更高,但高聚物膨润土泥浆注浆量少,综合环境效益等多方面因素考虑,高聚物膨润土泥浆更有优势。     

沙漠地区大直径顶管施工护壁减阻浆液研究与应用

沙漠地区地层稳定性差,摩阻力大,导致长距离大直径顶管施工时间长,浆液输送压力损失大,极易造成地层垮塌埋管,顶管阻力急剧增加导致顶进失败。沙漠地区大直径顶管工程顺利顶进的关键是浆液应具有较好的润滑减阻和成套护壁作用。基于这一关键问题,开展室内试验和现场应用研究,研发出了适合沙漠地区顶管的新型护壁减阻浆液,采用高岭土聚合物浆液作为机头同步注浆浆液,无粘土高聚物浆液作为沿线跟进补浆浆液。同步注浆浆液在润滑减阻的基础上主要突出成套护壁作用,而跟进补浆浆液主要突出润滑减阻特性,从而使润滑减阻浆液系统达到最佳的润滑和护壁作用。研发的新型护壁减阻浆液应用于内蒙古乌兰布和沙漠穿沙输水项目7～9号顶段——国内外首例沙漠地区大直径顶管工程,效果良好,顶进工作顺利完成。该研究提升了沙漠地区顶管工程关键技术、解决了护壁与减阻问题,具有极大的社会价值和经济效益。     

顶管施工中顶力和平均摩阻力与顶程关系分析

顶力是顶管施工中必须确定的一个重要参数,平均摩阻力则是衡量顶进效果的一个重要指标。为研究二者与顶程的关系,通过现场实测某长距离大口径急曲线顶管两节管段顶进过程中的顶力以及由顶力计算的平均摩阻力的变化情况,对顶力和平均摩阻力随顶程变化规律及其影响因素作了深入分析。由于影响因素复杂多变,顶力全程呈较为剧烈震荡上升的趋势,平均摩阻力则在经过初期的高位震荡后,由于施工趋于稳定,如泥浆套已成型、轴线控制已相对稳定,以及顶程对影响因素的稀释作用,而迅速下降并变得比较平稳。只要施工控制措施得力,长距离大口径急曲线顶管的平均摩阻力完全可以控制在较低的水平上。最后,本文就施工措施提出了一些建议。     

大断面矩形顶管减阻技术应用研究:以苏州综合管廊矩形顶管为例

以苏州城北路人民路段综合管廊矩形顶管工程为例,分析了影响矩形顶管顶进力的关键因素,提出了管节配重、管节涂蜡和管节注浆等综合减阻方法以降低管壁摩阻力。在管节内放置重物平衡管节所受周围泥浆的浮力;通过涂蜡和喷蜡使管壁光滑,降低管壁与周围介质的摩擦系数;选择合适的材料和配比配制适合地层的泥浆,调整注浆量和注浆压力,使管节周围形成完好的泥浆套。基于实测顶进力与理论计算值的对比分析表明,管壁单位面积摩阻力降低了40%左右,证实该综合减阻方法解决了人民路段矩形顶管顶进力过大的问题。     

福州市建新-先农220kV线路工程#7-#8段双方向曲线顶管施工技术探讨

福州市建新-先农220kV线路工程#7-#8段双方向曲线顶管施工技术探讨,文章主要从顶管顶力控制、中继间选择与安装以及曲线顶进路由控制三个方面对双向曲线顶管施工技术进行探讨和阐述,为今后类似工程提供借鉴与参考。     

并行长距离双线顶管创世界纪录

由中铁上海局市政公司承建的上海白龙港南线东段SST2．6标项目,于近日顺利完成双线并排顶进1900米的施工任务,创造了4米直径顶管顶进距离的世界纪录,为超大直径超长距离顶管施工积累了宝贵的技术参数。     

三维曲线顶管施工环境保护与控制技术研究

上海市西藏路电力隧道工程是目前国内难度最大的长距离、大口径复合曲线顶管工程,顶管穿越苏州河、复杂地下管线和建筑物密集地区,尤其是穿越地铁人行通道和运行中的地铁2号线,因此施工中对环境的保护至关重要。结合工程实际,将室内试验、数值模拟和现场监测等多种研究方法相结合,对三维曲线顶管施工中顶管的顶进精度、泥浆套、地表变形控制等关键技术进行了研究并对其应用效果进行了阐述,结果表明所采取的相关措施很好的保证了工程的顺利进行,并达到了对周围环境保护的要求。     

小净距三车道矩形顶管隧道施工扰动实测分析

依托嘉兴环线下穿南湖大道的1.2 m超小净距三车道特大断面类矩形顶管隧道工程,对实施过程中的管节内力、土压力、顶推力、竖向姿态及其引起的地表沉降等进行了现场实测分析。研究结果表明,双线矩形顶管在后实施隧道掘进过程中管节内力受姿态调整和润滑泥浆作用有所波动,临近隧道施工时前序管节内力存在削弱、增强再恢复的变化过程,最大钢筋应力约增加30%;与常规单线矩形顶管相比,施工引起的地表沉降呈现出较为扁平的peck沉降曲线特性,且最大沉降集中在始发井侧,随顶进距离增加呈现一定拖拽影响;南北线沉降差异主要因素为掘进竖向姿态控制,顶推力并未因小净距而出现较大差异。     

复杂环境下大断面矩形顶管法施工过程地表沉降规律及控制措施研究

为了研究邕江北岸Ⅱ级阶地地区浅埋大断面(6.9 m×4.9 m)矩形顶管在复杂环境下长距离掘进过程中的地表沉降规律及控制措施,依托南宁地铁1号线金湖广场站Ⅲ号出入口工程,采用三维有限差分软件FLAC3D模拟顶管施工过程,并与实际监测结果作对比验证,结果表明:①在顶进过程中顶管机前方土体的主要扰动范围为两倍洞宽;②地表横向沉降曲线以顶管轴线为中心呈正态分布,地表沉降的横向影响范围为三倍洞宽;③通过顶管机头上抬、加设注浆套板、管节减摩注浆以及合理的顶进参数,确保地表隆起和沉降量均在合理控制的范围内。     

Monitoring of Over Cutting Area and Lubrication Distribution in a Large Slurry Pipe Jacking Operation

Slurry pipe jacking was firmly established as a special method for the non-disruptive construction of the underground pipelines of sewage systems. Pipe jacking, in its traditional form, has occasionally been used for short railways, roads, rivers, and other projects. Basically the system involves the pushing or thrusting of concrete pipes into the ground by a number of jacks. In slurry pipe jacking, during the pushing process, mud slurry and lubricant are injected into the face and the over cutting area that is between the concrete pipes and the surrounding soil. Next, the slurry fills voids and the soil stabilizes due to the created slurry cake around the pipes. Fillings also reduce the jacking force or thrust during operation. When the drivage and pushing processes are finished, a mortar injection into the over cutting area is carried out in order to maintain permanent stability of the surrounding soil and the over cutting area. Successful lubrication around the pipes is extremely important in a large diameter slurry pipe jacking operation. Control of lubrication and gaps between pipes and soil can prevent hazards such as surface settlement and increases in thrust. Also, to find voids around the pipes after the jacking process, in order to inject mortar for permanent stabilizing, an investigation around the pipes is necessary. To meet these aims, this paper is concerned with the utilization of known methods such as the GPR (Ground Penetrating Radar) system and borehole camera to maintain control of the over cutting area and lubricant distribution around the pipes during a site investigation. From this point of view, experiments were carried out during a tunnel construction using one of the largest cases of slurry pipe jacking in Fujisawa city, Japan. The advantages and disadvantages of each system were clarified during the tests.     

无水砂层中矩形顶管施工用触变泥浆配比优化及减阻性能试验

顶管施工中,触变泥浆起到润滑减阻和支撑地层的作用,是保证顶管施工安全快速进行的重要材料,其减阻性能的优劣是影响顶管施工的重要因素。本文以北京城市副中心通州区潞城镇综合管廊工程为依托,以膨润土、羧甲基纤维素钠(CMC)和纯碱为触变泥浆原材料,进行不同材料配比的正交试验,优选出了触变泥浆的最优配比;开展缩尺的模型试验,探究了触变泥浆的减阻效果。此外,通过扫描电镜显微观察,研究了触变泥浆的微观结构和减阻机理。研究表明:触变泥浆原材料含量对泥浆的性能有很大的影响,10%膨润土、0.2% CMC、0.5%纯碱和89.3%水是泥浆原材料的最优配比,该配比下的泥浆流动性和触变性较好,失水量较小,形成的“滤饼”较为致密,综合性能最优,且该配比下的触变泥浆可以使试块和砂土之间的摩阻系数降低40%,减阻效果显著;触变泥浆呈薄片层状结构,其主要矿物成分蒙脱石具备晶格取代、阳离子交换等微观特性,使得触变泥浆宏观上表现出触变性进而发挥减阻作用,最终以泥浆套的形式充分隔离管道和周围的土体,从而实现减阻功能。     

顶管施工中注浆减摩作用机理的研究

长距离顶管施工中为减小顶进阻力通常采用注浆减摩措施。研究了注浆材料及其性能，对注浆过程中浆液与管道以及周围土体之间的相互作用机理进行了分析，探讨了浆液在土体中的渗流以及注浆对土层移动的影响，提出了注浆时应注意的几个问题。     

长距离管道顶管下无粘土浆液研究

在长距离管道顶管施工过程中,尤其是碰见复杂地层如砂卵石层的情况下,为解决在顶管施工中极易造成地层垮塌埋管、顶管阻力急剧增加导致顶管失败的难题,开展了以植物胶和聚合物为主要原料的无粘土浆液的润滑减阻护壁性能研究,最后采用正交实验得到一种适用于长距离管道顶管工程的无粘土浆液的最优配方。     

水平平行顶管引起的地面沉降计算方法研究

对水平平行双线顶管之间的相互作用进行了分析,提出了横向扰动区范围的计算公式。考虑先施工顶管对后施工顶管的影响,提出了一种新的后施工顶管地面沉降计算方法,并给出算例分析。分析表明,水平平行顶管施工时由于中间区域受到双重扰动,会产生较大的地面沉降。当两顶管轴线距离较近时,由于先施工顶管对周围土体产生的扰动会使后施工顶管产生的扰动加剧,后施工顶管引起的最大地面沉降值和沉降槽宽度都要变大,且地面沉降曲线是不对称的,其最大沉降点要偏向先施工顶管侧,但仍然可以采用Peck公式进行计算。     

考虑泥浆套不同形态的顶管管壁摩阻力计算公式

大直径、长距离顶管施工常通过注浆形成泥浆套来减小阻力,泥浆套的形态及其完整性对管壁摩阻力大小有决定性作用,现有摩阻力计算公式一般未考虑不同泥浆套形态对摩阻力的影响,计算结果与实际情况相差较大。根据不同施工状况对顶管外壁泥浆套的可能形态进行了分类及成因分析,提出了判断3种常见泥浆套形态的方法。利用半无限弹性体中柱形圆孔扩张理论探讨了注浆压力对泥浆套厚度的影响,结合非线性流体力学计算泥浆与管壁接触产生的摩阻力,最终采用挖掘面稳定假设,针对3种泥浆套形态提出了摩阻力计算公式。采用该方法对工程案例进行计算,计算结果与实测数据对比表明：现有摩阻力计算公式的计算结果过于保守,所提出的计算公式是合理和有效的。     

超大断面矩形顶管隧道施工动态变形规律

在城市地下工程建设中,新建大断面隧道近距离下穿施工对既有道路造成的扰动不可避免.分析地表变形特点及其变化规律对减小隧道施工造成的环境影响具有重大意义.结合郑州市沈庄北路-商鼎路下穿中州大道矩形顶管隧道工程的工程实践,采用现场地表变形实测统计分析并运用数值模拟方法对顶管顶进施工过程进行动态分析,揭示隧道开挖过程中的地表变化规律;数值模拟预测分析了顶管施工对既有道路的影响,从而优化施工方法和技术参数,提出相应的控制措施,并通过工程变形监测数据验证了预测分析的有效性.      

超浅覆土大断面矩形顶管近距离双线施工地表沉降规律及加固效果评价

矩形顶管施工过程中会对周围土体造成扰动,引起地表产生竖向变形。为研究超浅覆土顶管施工过程中的地表沉降规律,以深圳市某下穿道路矩形顶管工程为背景,使用PLAXIS 3D软件对顶管双线施工进行有限元模拟。首先将模拟结果与实测结果对比以验证模拟结果的合理性,然后分析双线施工地表沉降变化规律,最后对现场加固措施进行评价。主要结论如下：未加固时顶管顶进过程中,最大沉降量位于始发端,最大隆起量位于接收端;加固后地表沉降最大值点及沉降最大值均发生了改变：加固后地表最大沉降值点由始发井改变为顶管中部区域,最大沉降值减少了6.15 mm,表明现场加固方案效果显著;未加固和加固后地表沉降纵向曲线规律基本一致,表现为三个阶段：隆起期、快速沉降期和沉降稳定期;未加固和加固后地表横向沉降槽变化情况基本一致。     

长距离顶管工程中注浆减摩作用机理及效果分析

长距离顶管施工中除了克服迎面阻力外,尚需克服巨大的侧面摩擦阻力,故直接顶进非常困难。探讨了利用膨润土泥浆注浆以减小顶进阻力的技术。对注浆材料的结构、注浆工艺和减摩机理进行了较为系统的阐述,并结合工程实例对长距离顶管中顶进力的理论值与实际值做了比较。结果表明,注浆减摩效果十分明显。该技术值得在实际工程中推广应用。     

Small diameter tunnel excavation method using slurry pipe-jacking

In order to protect the safety of workers construction, as well as for environmental and cost reasons, efficient small-diameter shallow tunneling methods have recently become increasingly important in regards to outside plant engineering such as for water supplies, electricity, telecommunications and gas. The effects of the above projects in overcrowded urban areas are significant and often result in substantial impact and traffic delays associated with a loss of travel time. Clearly the solution to these utility placement problems, if the full impact of trench excavation is to be avoided, is trench less technology. In particular, for construction work near existing facilities, underground tunnels that are excavated by slurry pipe-jacking are being increasingly employed in order to avoid problems. Slurry pipe-jacking was firmly established as a special method for the non-disruptive construction of the underground pipelines of sewage systems. Pipe-jacking, in its traditional form, has occasionally been used for short railways, roads, rivers, and other projects. Basically the system involves the pushing or thrusting of a drivage machine through concrete pipes ahead of jacks. This method utilizes mud slurry that is formed around the pipes in order to stabilize the surrounding soil. Moreover, in recent years, the rectangular shape of the concrete pipe in using slurry pipe-jacking was introduced due to the effective uses of the space. Based on his reason, the rectangular shape of the concrete pipe is often adopted in Japan. From this point of view, this paper discusses the effect shapes have on the stability of surrounding soil by means of the numerical analysis. Secondly, this paper discusses the performance of the mud slurry around the drivage pipes by means of the two-dimensional Eulerian-Lagragian seepage analysis. Moreover, in slurry pipe-jacking, the performance of the mud slurry plays an important role in the pushing process. Finally, the thrusts in slurry pipe-jacking can be predicted accurately by evaluating the resistance between the mud slurry and the concrete pipes and the resistance between the soil and the pipes in the curved jacking area. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.