长距离JPCCP顶管技术在工程中的应用与研究.docVIP

长距离JPCCP顶管技术在工程中的应用与研究 关志刚1 申成斌2 （山西省水利水电工程建设监理有限公司 太原 030002， 山西省水利建筑工程局 太原 030006） 摘要：随着JPCCP顶管技术的成熟与推广，省内已经有多处穿越路桥及房屋建筑等供水管线采用JPCCP作为顶管管材在工程中应用。本文结合辛安泉供水改扩建工程中一次顶进198mDN1400JPCCP施工案例，从地质勘探、顶力计算、减阻措施及施工过程控制等方面综合分析研究长距离JPCCP顶管技术施工中的难点重点，希望对类似工程起到借鉴作用。 关键词：JPCCP；顶管；顶力计算；减阻措施 1 前言 辛安泉供水改扩建工程是山西省“十二五规划”大水网工程骨干工程之一，主要供水对象为长治市城区、长治市郊区、潞城市、平顺县、屯留县、长治县、壶关县、黎城县和襄垣县9个县（市、区）。工程线路总长165km。工程涉及穿越铁路、公路及房屋等建筑物60余处（约4km）。本文通过辛安泉供水改扩建工程屯留支线198mDN1400JPCCP顶管工程，从地质勘探、顶力计算、减阻措施、施工过程等方面总结，对长距离JPCCP一次顶进施工进行分析研究。 2 地质勘探 为保证顶力计算、后靠背设计及顶进工艺参数选定的准确性，在准备阶段需要对顶管处的地质进行详细勘探。该处管道设计埋深平均3.8m，西高东低坡度2.5%，地面标高为896.08～903.05m。本次勘探采用XY-1型回转钻机静压取样，勘探点6个，深度10m。0.7～8.2m均为粉质粘土（Q3p1），褐黄色，湿～饱和，软塑～可塑，含铁锰质氧化物，局部夹粉土薄层，干强度高，在水位上下约0.6m左右流塑状态的淤泥质粉质黏土；质量密度2.04g/cm3，含水率18.6%；地下水位稳定水位为0.9～7.8m；地基承载力建议值100～140kPa。根据地下水位推测，顶管底部约135m位于地下水位以下，63m处于地下水位以上。 3 顶力计算 顶力计算的影响因素包括：水文地质、管材类型、减阻措施及施工因素等，其计算成果直接决定后靠背设计、顶进设备选型、中继间设置等资源投入和施工措施。本次计算主要采用《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）结合工程实际情况，顶进阻力由摩擦阻力、迎面阻力及下滑力三部分组成（图1）。 图1 Fp=πDoL1fk+πDg2αR/4+WiL1 （L≤L1） Fp=（πDoL1fk+πDoL2fk）+π（Dg-t）tR+Wi（L1+L2） （L＞L1） Fp——顶进阻力（kN）； Do——管道外径（m），取值1.82； Dg——工具管外径（m），取值1.86； L1——有地下水段顶进长度（m），取值135； L2——无地下水段顶进长度（m），取值63； fk——采用触变泥浆的管外壁单位面积平均摩擦阻力（kN/m2），有地下水段取3，无地下水段取5； α——网格截面参数（0.6～1），取值0.8； t——工具管刃脚厚度（m），取值0.02； R挤压阻力（kN/m2），取值500（一般为300～500）； Wi——每延米管道斜坡下滑力（kN），取值0.75。 经计算：当顶进距离L=L1时，Fp（max）=2314+1086+101=3501 kN； 当顶进距离L＞L1时，Fp（max）=（2314+1800）+58+149=4321kN； 施工安全系数（1.2倍），施设最大顶进阻力5185kN。 本公式是在经验与理想状态下推导出来的，所谓的理想状态就是在顶进过程中没有发生轴向偏差，没有明显的土质变化；所谓经验就是在摩擦阻力的取值，一般情况下可通过减阻措施及施工熟练程度适当选择。在施工前还应充分考虑水文地质、管材类型、减阻措施及施工因素等对管道顶进过程中可能增加的附加作用力，为保证顶管顺利实施，施设时考虑了一定的安全系数。 4 施工减阻设计 该顶管工程下穿地层土质较为单一，但由于下穿地下水层，采用不同的施工工艺，所以在减阻设计上也有所不同。 在有地下水段主要考虑管材材质及工具管端头网格密度对顶进阻力的影响。措施一是对管道进行沥青涂层处理，主要目的是为防止普通混凝土管道外壁吸附泥水而加大摩擦阻力；措施二是合理布设工具管端头网格，主要是为防止工具管网格过密可能导致迎面阻力的加大，本工程在网格加工时采用夹角30°的等分方式在工具管端头布设网格（图2），同时通过调节出土体积与顶进体积从而间接减小迎面阻力。由于该段顶管处于地下水位以下，同时管道外壁沥青涂层起到隔水作用，顶进过程形成自然浆套，所以该段不需要加注触变泥浆。 在无地下水段主要通过改变掘进方式和管壁摩擦系数减少顶进阻力。措施一为割除工具管前端的网格，采用人工开挖敞开式顶进，从而大大减少了迎面