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城市地下管廊非开挖施工新技术郑州市市政工程总公司：吴纪东综述长期以来，自来水等压应力管线采用明挖法施工工艺，该工艺具有施工速度快、质量可控的优点。然而，一旦管线碰到各种建（构）筑物或正在形成的道路（公路）、河流等，无法进行开槽施工，且明挖施工将造成扬尘等影响、明挖施工也将造成回填量大，对市政管线产生冲击影响。市政管线大部分位于规划道路下，过宽、过深的回填受压实度的影响，对将来的市政道路产生较大的安全隐患，且直埋造成地下管线无法养护，对管线的养护产生安全隐患。城市管网系统落后产生的灾害在我国许多大中城市中频发，如：降水量过大时，城市道路积水严重；城市架空线网错杂密集；落后老化的市政管线维修反复开挖路面导致的交通拥堵等。建设城市地下综合管廊，将地下综合管廊作为管线敷设、增容、运行和检修的综合管理平台，有效地避免了日常因运行、维修、增容等所带来的城市弊病。综述（续）为促进城市集约高效和转型发展，扩大城市地下管网系统来满足城市发展需求。国家在总结以往经验的基础上，结合国外管线技术，开发了综合管廊施工技术。地下综合管廊根据断面的形状主要有矩形和圆形两种。矩形截面综合管廊（图1）和圆形截面综合管廊（图2）。按照施工工艺的不同一般有三类：明挖现浇式综合管廊、明挖预制式综合管廊和非开挖式综合管廊（盾构法或顶管法），工程管道管径一般都在3.5米以上。盾构法能适应多种地层，施工速度快，但是造价高，不适合在城市中大范围的推广应用；而大口径顶管的施工作业管径现在已经能够达到3.5米以上，完全可以满足地下管廊建设施工的要求。综述（续）顶管法作为一种非开挖的施工方法，大大减少了因施工开挖对邻近地下构筑物或地面建筑物的影响。尽管目前非开挖城市综合管廊施工技术在国家还没有大力推广，但这种非开挖的施工方法在城市地下管廊建设中却有着独特的优势。顶管施工介绍顶管施工工艺流程工作井制作接收井制作测量、放线导轨、后配置掘进机安装顶管施工洞口、管缝处理流槽施工检查井管施工回填土人工掘进顶管人工掘进顶管工艺简单，设备需求小，常用于黄土土质的管道施工中；对沙土类不适应，且管道开挖断面不宜过大，安全度低。网格式工具管顶管机的喇叭口（圆锥)式挤压顶管，利用土体的可压缩性，不设顶管机头，在管道前端设一喇叭口或圆锥形工具管，在不出土或少出土的情况下，停靠工作井中千斤顶的动力直接将顶管机管道顶人土体中。 在敞开式顶管机头前设置钢格栅以保持前端土体稳定，利用设在工作井中的千斤顶动力将格栅挤人土体，将土挤出后由人工运出管道.从而将管道顶人土体中。特点：对前方土体要求较高，适应性差。工艺简单。 机械顶管泥水平衡顶管掘进机优点：顶进施工速度快，安全性高。缺点：需泥水场地大，施工容易地面沉降土压平衡顶管掘进机优点：顶进施工适应性强，安全性高。缺点：施工速度较慢。顶进施工新技术一、悬挂式竖井悬挂式基坑支护施工工艺平面图悬挂式基坑支护施工工艺剖面图工艺获奖证书二、沉管检查井采用“F”型钢筋混凝土管作为检查井井筒，采用沉井下沉施工工艺进行管道下沉，井筒之间的连接采用“F”口，鸟形橡胶圈止水，沉井下沉到位后井底采用人工掏挖施工工艺挖至已完成管道管底，破碎已施工完毕的管道一半，绑扎钢筋，浇筑混凝土；安放塑钢爬梯，完成沉管检查井的制作，最后在其上部放置井盖板，砌筑检查井。施工工艺动画演示沉管式检查井纵断面动画沉管式检查井横断面动画相关工程照片沉管式检查井证书1）能适用各种土壤条件，如粘质土、姜石、砂砾混合卵石土和软岩上——100%适应现场的现状土层情况。粒径2-6cm的姜石3）针对土压平衡顶管机出土困难的情况，提出了渣土水化外运的方式进行了，这种泥水、土压结合的设备极大的方便了施工。21井外遥控操作设备2）可在井外控制台上进行电视监测及方向控制，精度高——提升操作环境信息沟通及时，加快了测量、纠偏速度。监控摄像机压力表、测量标靶井外遥控操作平台渣土水化箱内部结构渣土水化箱充分利用土压平衡顶管掘进机对前方土体稳定性的控制，并结合泥水不间断输送泥渣保证顶管掘进不间断，采用土压平衡顶管机结合泥水出土方式组可提高施工效率，保证工程质量。22为保证长距离顶管顺利实施，理论上采用减少顶进摩擦力并增加顶进作用力连续实施即可，催发了触变泥浆减阻及中继间施工技术及设备。中继间作为长距离顶管的主要设备，被广泛应用。制表人：杨杰审核人：张慧军时间：2012年11月3日检查项目中级间数量中继间顶力分配中继间的接口防渗漏中继间的加力模式常规情况首节位于机头后60~100m，后续间隔100~160m。顶力统一按照主顶力的50%考虑密封装置不可调、不可换。中继间逐个加力中继间布设状况目前常用中继间的问题：1、中继间布设靠后，造成顶力不足时，无法启用中继间。2、中继间的顶力设计没有按照规范设计，无法正常启动。3、中继间存在渗漏。23制表人：杨杰审核人：张慧军时间：2012年11月3日中继间漏浆中继间渗漏24结合以往施工经验、规范，优化布设中继间的位置、数量、对应的顶力。1）中继间布置在顶管机机头后面20m以内，防止出现土体变化较大顶管机的顶力不足。2）我们采取了单行程为700mm的“可充气式双密封圈式中继间”，电脑联动中继间顶进技术，加大允许偏转角度达到了1.5°，更好避免了管道偏转渗漏、提升了速度。3）中继间的数量、间距按照规范进行计算，参照以往经验进行调整。中继间顶管机机头20m以内中继间100-150m以内项目1号2号3号4号位置距离顶管机尾部10-20米以内距离顶管1号130米处距离顶管2号130米处距离顶管3号130米处顶力主千斤顶顶力的60%主千斤顶顶力的50%主千斤顶顶力的40%主千斤顶顶力的30%中继间位置、顶力分配表双胶圈中继间胶圈充气口充气孔双胶圈示意图高压入管技术在工程实践中发现大口径管道由于管底腋角处范围较大，难以压实，易造成管道在荷载作用下发生纵向断裂。鉴于此种状况，针对管径≥D2000的排水管道，应大力提倡顶管技术。目前，机械顶管技术在我国得到了大力发展，土压平衡和泥水平衡机械顶管技术都已经普及到排水工程施工的方方面面，其施工安全度高、工程质量容易保证、能有效避免开槽施工对周围环境破坏，因而得到广泛应用。顶管技术由于其特殊的施工工艺，其选用管材基本为GB/T11836《混凝土和钢筋混凝土排水管》中的钢承口管A型管。新型顶管管材——双密封管胶圈常用的单胶圈接口管27上述顶管用钢承口管，设计为单密封胶圈管材，可以满足直线及小纠偏的顶管工艺，一般顶管纠偏角度不宜超过1.2°，这样就会给这种大口径曲线顶管的纠偏带来太多的限制。为提高曲线顶管的施工工艺及加大大口径顶管作为管廊的质量控制，开发一种纠偏角度大，质量可控的管材成为一种必要。检查项目检查结果接口是否渗漏渗漏点较多管道外壁力以往经验顶进距离400米左右，千斤顶克服管道重量和摩擦力的顶力已大于管道的承压力，本工程顶进距离长，存在安全隐患。结论由于纠偏频繁导致管道接口开裂、渗漏，由于摩阻力增大导致了中继间数量的增加，使得管道多点受力、顶进速度减缓，引起管道偏位。新型顶管管材——双密封管（续）以往单胶圈容易渗漏的管道21双胶圈钢承口管具备如下优点：1、承插口间间隙加大2mm，允许偏转角度由原来规范允许的1.2°调整为1.3°-1.5°，抗变形能力增大。2、通过注浆填充杜绝由于胶圈与钢承口结合不紧密、胶圈以外的空档区域存水导致渗漏、腐蚀钢圈等现象。1#胶圈2#胶圈新型顶管管材——双密封管（续）铸钢管顶进铸钢管为给水管材的一种新型管材，其施工分开槽直埋和顶管施工，由于管材较长、管壁较薄，顶管施工一般采用敞开式掘进机工况。矩形顶管施工技术圆形隧道因其结构受力合理、施工工艺相对简单而广为采用。与圆形断面相比,矩形断面有效使用面积通常大20%以上。在城市隧道中人行地道、电缆沟、综合管廊等市政隧道工程尤以矩形最为经济。内净尺寸4m×6m的多刀盘矩形顶管机由上海隧道公司在上海的粉质粘土和南京的中粗沙中一共顶进了三顶，均获得非常另人满意的效果。杭州市德胜路地下综合管廊工程全长5.35公里，宽10.4米，高4.5米，是目前杭城七大综合管廊项目中建设进度最快的一个。矩形顶管（续）矩形顶管工艺借鉴了圆形顶管施工工艺，工艺也分敞开式、土压平衡和泥水平衡式掘进工艺，广泛用于隧道、管廊工程中。然而，由于其断面形式较运行管材摩擦力更大、施工工艺相对复杂，目前还未大面积使用，工艺还处于待提高、深入开发阶段。矩形顶管掘进机半管节盾构施工技术现有的普通盾构都可称之谓管片盾构，其广泛用于公路隧道、地铁隧道工程中，但在管廊施工中用的较少。所谓半管节盾构是指其衬砌由上下两个半环构成，它适用于各种断面形状。2.5x2.2-0.25m半管节盾构工程是世界首例半管节盾构工，它位于济宁市任兴路的济北新区，是一个地下综合管廊工程。它的推进总长度为366m，土质为黄粘土，覆土深度4.5～6.0m。其外包尺寸：高3.0m，宽2.7m，壁厚0.25m，管节宽度0.8m，顶部有一个半径3437.5m的圆弧拱。为了减小盾构机壳体与管节间的空隙，在管节外立面四个角有50x230mm的倒角。上下管节都各有1650mm和1350mm的高低两种，拼装时每环上下管节须高低搭配半管节盾构施工技术（续）盾构机分为4节：前两为掘进机，中间设有纠偏油缸。采用土压平衡模式，用土砂泵排土。第三节是盾构操作舱，第四节是盾尾舱。掘进机刀盘由中间的圆形旋转刀盘和外周的偏心多轴刀盘组合而成。半管节盾构施工技术（续）盾构施工现场的工作坑与顶管工作坑通用，长度为9m。盾构机采用分段推进。半管节盾构施工技术（续）结语压力管道穿越构筑物、运行的道路，常采用套管模式，一般套管比主管大200~400mm左右，如DN1000压力管采用DN1200~1400套管，但套管与主管之间的缝隙由于过小不好处理。一般采用填砂（大部分沉底），主管安装质量不好控制、难以修复；同时存在重主管而轻套管，套管质量无法保证，主管运行产生的震动对套管也会产生影响。碰到地下水，在主管和套管之间会形成真空通道，造成损害。采用管廊施工技术，可以有效的解决管道安装、维修的难题。2015年8月，我国开始全面推动城市地下综合管廊建设，由于综合管廊的建设在我国正处于初步发展阶段，国内少数城市虽然早有尝试，但总体来说，实施并不广泛，尤其是非开挖建设综合管廊。采用非开挖施工技术完成管廊的建设可以有效减少开挖截面，减少工程量，同时可以完成很多位于结构物下的管廊建设。非开挖技术的广泛应用，可以有效减少扬尘，做到封闭施工，充分做到绿色施工。非开挖施工工艺是一门需继续开发的技术，只有不断创新，才能保证该技术可以得到充分应用，减少工程事故，确保工程长久安全。