CN109779651A - 一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，本发明的主要操作步骤是先进行轴线放样，然后放样的轴线进行井内顶管设备的安装，再配制并注入触变泥浆，最后进行管道的顶进，在管道进行顶进的过程中，本发明采用双排近距顶管泥水平衡施工方法对管道进行顶进，双排管道分别为左线管道和右线管道，右线管道推进时左线管道同步安装焊接，左线管道推进时右线管道同步安装焊接，左线管道和右线管道交叉施工，左线管道和右线管道均进洞后施工结束。本发明采用近距双排的顶管交替施工的方法对含砂姜黏土的地质进行施工，不仅克服了含砂姜黏土的黏性大，摩擦系数较大的特点，而且还减少了双排管施工时管道之间的相互的影响。

Description

一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法

技术领域

本发明属于地下管道施工技术领域，具体涉及一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法。

背景技术

随着城市对供水要求的日益剧增，水源地及输水管道的建设近年也得到了大力的发展，主要表现为管道口径越来越大，一次性顶进长度越来越长及施工技术越来越先进等方面，但在含砂姜黏土地质条件下近距双排钢管顶管施工暂无成功应用实例。一般输水管道在建设时施工区域地层自上而下划分为五层，第一层：粉土夹粉砂；第二层：淤泥质粉质黏土；第三层：粉土夹粉砂；第四层：黏土；第五层：含砂姜黏土，近距双排钢管顶管所处地层为第五层含砂姜黏土层。砂姜黏土具有粘性大、塑性高、压缩模量大的特点，含砂姜黏土层主要成分为黏土，但是由于其中含有姜石使其具备粘性大，塑性高等特点，对于顶管施工而言，在该种地质条件下，极易造成刀盘进土口堵塞、刀盘扭矩增大，从而造成顶管困难。

含砂姜黏土层摩阻系数较大，含砂姜黏土的黏性较大，强度较高，因此在顶管施工中将会对周边土体产生较大的扰动，尤其是在双排管道顶管施工时，由于土体扰动的影响，将会使邻近管道的轴线方向难以控制。在近距双排顶管施工过程中，注浆减阻能够减小管道外壁与土体间的摩阻力，从而减小对周边土体的扰动，减小相邻管道间的相互影响，而传统的触变泥浆和注浆系统不能满足要求。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中双排管顶管分开施工时相邻双排管之间的扰动过大，相互之间的影响荷载较大，同时针对含砂姜黏土层施工时效率不高，施工难度较大的技术问题。本发明应用近距双排管同步顶进的顶管技术，合理确定两掘进机头的横向间距及错位纵距，对刀盘进行重新改进，大幅提高了本发明中在施工过程中对含砂姜黏土地层地质条件的适应性，提升了施工效率，节省了施工成本。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

S1，轴线放样：进行轴线测量放样并对顶管的轴线进行复测，复测合格后的轴线用于管道顶进方向控制的依据；

S2，工作井设备的安装：按照步骤S1中测放的轴线进行井内顶管设备的安装；

S3，对刀盘进行优化：待步骤S2中的设备安装完成后先进行调试和试顶，试顶后对刀盘进行优化；

S4，配制并注入触变泥浆：根据待施工地质数据配置触变泥浆，然后采用双液注浆系统对顶管外壁的空隙和顶管的后续管节因浆液流失而出现的空隙进行补液；

S5，管道的顶进：采用双排近距顶管泥水平衡施工方法对管道进行顶进，双排管道分别为左线管道和右线管道，右线管道推进时左线管道同步安装焊接，左线管道推进时右线管道同步安装焊接，左线管道和右线管道交叉施工，左线管道和右线管道均进洞后施工结束。

如上所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，优选地，所述步骤S2的具体操作方法为：

S201，进行地面设备的安装；

S202，进行工作井设备安装；

S203，出洞的准备：安装洞口止水装置，准备注浆材料，对机头进行改良；

S204，左线出洞，进行注浆减阻，然后向前顶进，最后右线出洞。

如上所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，优选地，所述步骤S4的具体操作方法为：

S401，根据施工现场的含砂姜黏土的地质数据进行配制触变泥浆；

S402，在机头前设置同步注浆系统，在顶管后续管节上设置跟进补浆系统；

S403，确定注浆压力，然后进行注浆。

如上所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，优选地，所述步骤S401中配制的触变泥浆的配比为：钠基膨润土：水：烧碱：CMC＝125kg：1000kg：3kg：0.25kg；

所述步骤403中注浆压力P的确定方法为：

P_A＝(2～3)γh 式1；

式中：P_A-注浆压力；

h-管道的覆土深度；

γ-土的重度，KN；

注浆压力P＝P_A；

再优选地，所述步骤S403中使用的注浆泵为螺杆泵。

如上所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，优选地，所述步骤S5中双排近距管道之间的横向间距遵循如下的计算模型：

B_e≤L 式3；

式中：

B_e-管顶土体扰动宽度；

D₀-顶管机的外径；

-土的内摩擦角；

L-两条管道之间轴线的距离。

如上所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，优选地，所述步骤S5中双排近距管道之间的纵向间距遵循如下的计算模型：

式中：

H-前方顶管机长；

-由土质性质决定的系数，取1.5-2.0；

D-顶管机外径；

L_min-双排管前后纵距的最小值。

如上所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，优选地，所述步骤S5中具体做法如下：

S501，左线顶管先顶进50m，并同时进行右线顶管的安装焊接；

S502，再进行右线顶管的顶进，并同时进行顶管的焊接；

再优选地，步骤S501和步骤S502交替进行。

如上所述一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法用刀盘，优选地，所述刀盘包括：

刀盘面板，所述刀盘面板为圆饼状；

切削区，所述刀盘面板上设置有多个切削区，每个所述切削区内包括四个切削带，四个切削带分别为第一切削带、第二切削带、第三切削带和第四切削带，四个切削带以刀盘面板的圆心为中心呈放射状分布。

如上所述刀盘，优选地，所述刀盘面板上设置有三个切削区，每个切削带之间以30°均匀分布在刀盘面板上。

如上所述刀盘，优选地，每个所述切削区内均设置有主切削头、合金滚刀、辅助切削头与改进后的进泥口，所述主切削头、合金滚刀与改进后的进泥口均为矩形结构，所述辅助切削头为梯形结构；

再优选地，梯形结构的所述辅助切削头的上底边靠近刀盘面板的圆心一侧。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明是采用近距双排的顶管交替施工的方法对含砂姜黏土的地质进行施工，不仅克服了含砂姜黏土黏性大，强度高，摩擦系数较大的特点，而且还减少了双排管施工时管道之间的相互的影响。

本发明相比现有技术至少具有如下的技术效果：

1)本发明解决了含砂姜黏土地质下近距双排钢管同步顶进的技术难题；

2)本发明高效快捷，安全可控，能够有效缩短工期，降低施工成本，为日后同类工程提供了技术参数，具有良好的应用前景；

3)本发明中的刀盘增加了含金滚刀，主切削头与辅助切削头之间的分布也重新设计，使得刀盘的开口率增大到11.1％，以更好地适应含砂姜黏土的地质条件。

附图说明

图1为本发明实施例中优化后的刀盘的结构示意图；

图2为现行刀盘的结构示意图；

图3为本发明实施例中双排管道横向间距计算简化模型示意图；

图4为本发明实施例中双排管道纵向间距计算简化模型；

图5为本发明实施例中顶管施工纵向扰动分区图；

图6为图5的A-A剖面图；

图7为本发明实施例中的左侧管道顶力变化曲线图；

图8为本发明实施例中的右侧管道顶力变化曲线图。

图中：1、刀盘面板；2、主切削头；3、新进泥口；4、辅助切削头；5、合金滚刀；6、原进泥口。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图所示，本发明提供了一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，施工方法包括如下步骤：

S1，轴线放样：进行轴线测量放样并对顶管的轴线进行复测，复测合格后的轴线用于管道顶进方向控制的依据，当复测的轴线不合格时再进行重新放样，直至轴线合格后方进行下一步工序。

S2，工作井设备的安装：按照步骤S1中测放的轴线进行井内顶管设备的安装，在具体实施时主要分为以下几个步骤进行：步骤S2的具体操作方法为：

S201，进行地面设备的安装，主要是进行现场泥浆池的砌筑，泥水分离设备安装，拌浆设备安装，吊装设备的就位，进排泥管及注浆管等管路铺装等，并完成管材进场验收、机械调试、人员就位等准备工作。

S202，进行工作井设备安装，根据测放的轴线进行顶管设备的安装，具体安装流程为：导轨安装→顶管设备安装→注浆设备安装→洞口止水装置安装→通风设备安装→顶管机安装与调试。

以上安装设备过程中应该注意的问题是：

1.两条施工管线的后靠背需相互平行，尽量控制在同一平面，避免同步顶部两条线伸长不均匀的反力而导致工作井井壁失稳；

2.如果两条施工管线共用一套控制系统时，需要同时运行两台顶管机调试，检查各子控制系统是否相互干扰，同时检查供电系统在满荷载状态下是否满足要求。

S203，出洞的准备：安装洞口止水装置，准备注浆材料，对机头进行改良。本发明中的止水装置是由钢板和橡胶圈组成的止水构件。本发明中的机头是指顶管机前段部分的简称，由动力设备、转动系统、纠偏系统、进泥排泥系统和刀盘组成，在选用你谁平衡顶管机时主要考虑以下两个方面：

1)机头中的电机和核心部件，针对含啥姜黏土的地质条件要选用扭矩较大的变频电机来适应高强度的地质条件。

2)选用可伸缩的刀盘，原机头只具备2°以内的纠偏调节系统，并不能有效的进行刀盘的前后伸缩。延长刀盘在工具管内的可伸缩距离，同时适当提升纠偏油缸的行程。通过对刀盘的可伸缩改造，一方面可以很好的平衡土压力、保证切割面的稳定；另一方面当刀盘在遇到粘性大的土质时会发生抱死情况，而利用刀盘的伸缩可以很好的解决这类问题。

S204，左线出洞，进行注浆减阻，然后向前顶进，最后右线出洞。

S3，对刀盘进行优化：待步骤S2中的设备安装完成后先进行调试和试顶，试顶后对刀盘进行优化。

S4，配制并注入触变泥浆：根据待施工地质数据配置触变泥浆，然后采用双液注浆系统对顶管外壁的空隙和顶管的后续管节因浆液流失而出现的空隙进行补液，在具体进行实施时，主要包括如下步骤：步骤S4的具体操作方法为：

S401，根据施工现场的含砂姜黏土的地质数据进行配制触变泥浆；

S402，在机头前设置同步注浆系统，在顶管后续管节上设置跟进补浆系统；

S403，确定注浆压力，然后进行注浆。

步骤S401中配制的触变泥浆的配比为：钠基膨润土：水：烧碱：CMC＝125kg：1000kg：3kg：0.25kg；

步骤403中注浆压力P的确定方法为：

P_A＝(2～3)γh 式1；

式中：P_A-注浆压力，Kpa；

h-管道的覆土深度；

γ-土的重度，KN；

注浆压力P＝P_A。

需要注意的是，注浆压力不宜过低。如果注浆压力P﹤P_A，则管外侧压力大于注浆压力，触变泥浆无法注入到管道四周，不能形成泥浆套；如果P＞P_A，则容易发生冒浆现象，造成泥浆流失，不易形成浆套，而且过高的压力作用在管道上时，会增加管道周边的正压力，使顶管时的顶力增加。

步骤S403中使用的注浆泵为螺杆泵，螺杆泵的泵送能力更强更稳定，有利于浆套的形成。

S5，管道的顶进：采用双排近距顶管泥水平衡施工方法对管道进行顶进，双排管道分别为左线管道和右线管道，右线管道推进时左线管道同步安装焊接，左线管道推进时右线管道同步安装焊接，左线管道和右线管道交叉施工，左线管道和右线管道均进洞后施工结束。

在具体实施时双排顶管的具体顶进方法为：S501，左线顶管先顶进50m，并同时进行右线顶管的安装焊接；

S502，再进行右线顶管的顶进，并同时进行顶管的焊接；

步骤S501和步骤S502交替进行。

步骤S5中双排近距管道之间的横向间距遵循如下的计算模型：

B_e≤L 式3；

式中：

B_e-管顶土体扰动宽度；

D₀-顶管机的外径；

-土的内摩擦角；

L-两条管道之间轴线的距离，m。

步骤S5中双排近距管道之间的纵向间距遵循如下的计算模型：

式中：

H-前方顶管机长；

-由土质性质决定的系数，取1.5-2.0；

D-顶管机外径；

L_min-双排管前后纵距的最小值。

如图2所示，为优化前的刀盘，优化前的原进泥口6的尺寸为50×50mm，没有合金刀头，刀盘的开口率即刀盘开口的区域面积与刀盘总面积的比值为8.4％，这种结构的刀盘不能适应高强度的含砂姜黏土的需求，因此需要针对性的进行改进。

如图1所示，为本发明应用的优化后的刀盘，具体包括：

刀盘面板1，刀盘面板1为圆饼状。

切削区，刀盘面板1上设置有多个切削区，每个切削区内包括四个切削带，四个切削带分别为第一切削带、第二切削带、第三切削带和第四切削带，四个切削带以刀盘面板1的圆心为中心呈放射状分布。

第一切削带，第一切削带包括主切削头2和合金滚刀5，合金滚刀5位于刀盘面板1的边缘处，多个合金滚刀5均匀分布在主切削头2与刀盘面板1的圆心之间。

第二切削带，第二切削带位于第一切削带顺时针方向的刀盘面板1上，第二切削带包括辅助切削头4、主切削头2和新进泥口3，辅助切削头4位于刀盘面板1的边缘处，多个主切削头2均匀分布在辅助切削头4与刀盘面板1的圆心之间；主切削头2与辅助切削头4两端的刀盘面板1上均设置有改进后的进泥口3。

第三切削带，第三切削带位于第二切削带顺时针方向的刀盘面板1上，第三切削带包括多个主切削头2，多个主切削头2均匀分布在刀盘面板1的半径上。

第四切削带，第四切削带位于第三切削带顺时针方向的刀盘面板1上，第四切削带包括辅助切削头4、主切削头2、新进泥口3和合金滚刀5，辅助切削头4位于刀盘面板1的边缘处，辅助切削头4的内侧依次设置有多个主切削头2与合金刀；以最靠近外侧合金刀的主切削头2为对称主切削头2，对称主切削头2两端的合金滚刀5的数量以及主切削头2加上辅助切削头4的数量相同；合金滚刀5与辅助切削头4的两端的刀盘面板1上均设置有新进泥口3，对称主切削头2的两端不设置新进泥口3。

刀盘面板1上设置有三个切削区，每个切削带之间以30°均匀分布在刀盘面板1上。

主切削头2、合金滚刀5与改进后的进泥口3均为矩形结构，辅助切削头4为梯形结构。

优选地，梯形结构辅助切削头4的上底边靠近刀盘面板1的圆心一侧。

新进泥口3的尺寸为60×70mm，刀盘的开口率为11.1％。

辅助切削头4的数量为51个，合金滚刀5的数量为33个，主切削头2的数量为×个。

本发明在具体实施时刻选用可伸缩的刀盘，一方面可以很好的平衡土压力、保证切割面的稳定；另一方面当刀盘在遇到粘性大的土质时会发生抱死情况。本发明中的刀盘能够很好地强化刀盘的切削能力，大尺寸刀头将整块坚硬土体破碎成小块，再由小尺寸刀头将小块土体进一步破碎，从而使切削下来的土体顺利进入泥水仓。

实施例2

本实施例以徐州市骆马湖水源地及第二地面水厂工程06标段为例采用本发明的施工方法进行施工，该取水规模和送水管线输送规模均为80万m³/d，设计采用双排D2020钢管。其中穿越徐洪河段全长592m，管道埋深4m～17m，管道位于含砂姜黏土层，设计采用顶管施工工艺。该段顶管具有顶距长、地质复杂、顶力控制难度大、工期紧等特点，施工难度大。

该土层为含砂姜黏土层，其主要成分为黏土，但是由于其中含有姜石使其具备黏性大，强度高等特点，对于顶管施工而言，在该种地质条件下，极易造成刀盘进土口堵塞、刀盘扭矩增大，从而造成顶进困难。另外，含砂姜黏土层摩阻系数较大，因此在顶管施工中将会对周边土体产生较大的扰动，尤其是在双排管道顶进时，由于土体扰动的影响，将会使邻近管道的轴线方向难以控制。

采用本发明的施工方法，对砂姜黏土层黏性大、塑性高等特点，本发明的刀盘及刀具，提高了对砂姜的破碎效果，避免了刀盘粘结堵塞，降低了刀盘扭矩和迎面阻力，减小对土体的扰动，解决了砂姜黏土层顶管的施工难题。

采用本发明中的施工方法时对双排管平行顶管会产生诸多影响，具体分析如下：

顶管施工时将导致周围土体原始应力状态发生改变，使周围土体出现卸载和加载等复杂力学行为，土体的极限平衡状态受到破坏，从而对土体产生扰动。双排平行顶管研究的就是如何通过有效措施，减小两管道之间的相互影响。

首段管道进入土体向前开始顶进后，将对周围一定范围内的土体产生扰动，通过扰动周围土体所产生的附加应力间接施加到相邻管道上，从而对相邻管道顶进施工造成影响。管道顶进施工时对周围不同范围内的土体将产生不同程度的影响，大致可以分为七个区如图5和图6所示，每个扰动区所受到的施工应力各不相同，因此对邻近管道的间接作用也有所差异。

(1)挤压扰动区①：该区土体距开挖面较远，主要承受挤压应力作用而产生挤压变形，随着掘进机的不断推进，挤压应力逐渐增大，土体的水平应力会有所增加。

(2)剪切扰动区②：该区位于掘进机正前方，受到掘进机的正面挤压力、刀盘的切削剪切力及振动荷载的共同作用，应力状态十分复杂。该区土体一方面由于开挖导致应力松弛，使水平应力减小；另一方面又由于顶推力和平衡泥浆的压力使水平应力增加。

当这两方面引起的应力变化能够维持水平应力基本不变时，施工对邻近土体的扰动最小，对相邻管道的影响也最小；若由此引起的水平应力减小值大于主动土压力，则开挖面的土体将发生坍塌，可能由此引起上方的③区土体塌陷，从而使得相邻管道受到不均匀土压力产生的附加应力影响；当由此引起的水平应力增加值大于被动土压力时，则将使得②区的土体向外挤出，对邻近的管道产生附加的挤压应力。

(3)卸荷扰动区③：③区与①区和②区相邻且与开挖面较近，受到由①区扩散的挤压应力和剪切应力的作用。顶管顶进时，水平和竖直方向应力均有所增加，使地面产生隆起变形。顶管机通过后，由于机头与后续管节之间的直径差，加上泥浆中水分逐渐流失，使③区土体应力松弛，导致地面产生沉降。

(4)剪切扰动区⑤：该区域是由于掘进机在推进过程中，外壳与周围土体之间产生摩擦阻力从而产生的剪切扰动区，该区的特点是范围较小，对邻近管道影响不大。

(5)注浆剪切扰动区⑥：注浆的作用主要有：一是起润滑作用，将管道与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，减小摩擦阻力，从而减小管道与土体间的剪切力作用；二是起支撑作用，在浆液的填充下使管道周围土体变得稳定，减小顶管施工引起的土体变形。因此，该区域扰动程度的大小主要取决于注浆效果的好坏。

由以上分析可知，应用本发明中的近距双排管交替施工的方法，合理确定两掘进机头的横向间距及错位纵距，能够有效减少两管间相互干扰和影响及管间土体的扰动。

采用本发明中的施工方法是近距双排管之间的横向间距对整体的施工效果会产生较为重要的影响，确定合理的横向间距对整体施工的效果至关重要，具体分析如下：

双排平行顶管的相互影响是一个十分复杂的动态三维过程，受多种因素的制约，包括相邻管道顶进时附加荷载的增加、管道顶进时土体的弹性恢复等。附加荷载不仅与土体物理参数有关，而且与管道施工参数关系密切。正面顶力过大会使相邻管道产生纵向变形，甚至引起裂缝；而正面顶力不足则会引起相邻管道侧压力系数减小，导致相邻管道内弯矩增大。因此，双排顶管中心距与管顶扰动宽度的关系决定了顶管施工的安全性，当机头扰动宽度小于或等于两管道中心距时即为安全，如图3所示。即：

Be≤L_横 式5

式中：B_e-管顶土体扰动宽度；

D₀-顶管机的外径，本实施例中取2.06m；

-土的内摩擦角，本实施例的内摩擦角为取24°；

L_横-两条管线轴线距离，本实施例中取6m。

由以上可以得出管顶土体扰动的宽度Be＝3.8m。

根据《给排水工程顶管技术规程》(CECS246：2008)的规定，相互平行的管道水水平平均距离应根据涂层性质、管道直径和管道埋深等因素确定，一般情况下宜大于1倍的管道外径。本实施例的管道外径为2.02m，按照上述规程的规定两条管道轴线之间的距离不得小于4.04m，本实施例中两条管道的轴线距离L_横的取值为6m，符合上述规程的要求。

采用本发明的施工方法时两条管道的错位纵距的确定对于减少两条管道之间的相互干扰和影响至关重要，在确定两条管道的错位纵距时具体分析如下：

如图4所示，施工前采用以下的力学简化模型来确定前后纵距L_纵：

在顶管施工过程中，顶管正面对土体的施力状况按照向前方360°扩散，其纵向影响距离如下：

P＝F 式7

F＝P_pπD²/4 式9

在式7中，F按施工中控制压力的上线取值，计算所得的结果偏于安全。另外，除顶管机挤土产生的影响外，还需要考虑因顶管机纠偏引起侧向土体的扰动，且由于机头五注浆孔，摩擦力引起的对侧向土体的扰动也应该考虑，因此，采用系数来解决，则双排管前后最小纵距为：

式中：H-前方顶管机长，如果顶管机后与管节做刚性联结，则H应为顶管机管长与后联结钢管长度之和，本实施例中取4.5+6＝10.5m；

-由土质性质决定的系数，取1.5—2.0，本实施例中取2.0；

D-顶管机外径，本实施例中取2.06m；

P_p-土的被动土压力，P_p＝150KPa；

P₀-静止土压力，P₀＝135KPa。

由上述数据可以计算得出，双排管前后纵距的最小值L_纵min＝21.6m。

同时，为了最大程度降低双排管之间的相互影响，也同步采取如下措施：

(1)让左线先顶进50m后再进行右线的顶进，加大机头的间距，使两条管线间的附加荷载顶进长度分散掉，相互作用减小到最低。

(2)全程监测泥水的水仓压力，观察压力变化并及时调整，使其与土体之间的压力保持平衡，避免造成多余压力传递到切割正前方，增加附加荷载的影响。

(3)控制好主顶的推力，如出现不规则的顶力增大应立即停止推进，检查并调查原因，待解决问题并恢复正常推力后才可推进。因为过多的推力会直接传递给切割面，大大增加相邻管道的附加荷载。

采用双液注浆护壁减阻系统，减少双管近距顶进的相互影响，确保顶进轴线控制稳定，保证顶管施工质量。采用双管错位交替顶进的工艺及控制参数，减少了配套设备和人工的配置数量，降低了施工成本，保证了施工安全。

由图7和图8所示，管道实际顶力远小于理论计算顶力，通过分析，主要是由于注浆效果良好，管外壁形成了完整的泥浆套环，对管外壁土体起到了有效支撑和减阻作用；另外，通过以上两图可以看出，双排管道错距同步顶进时顶力变化基本不受相邻管道影响，达到了预期目标。

在施工过程中需注意：

(1)顶管施工过程中加强轴线监测，及时纠偏，遵循“勤纠微纠”的原则，避免大角度纠偏，以防出现顶力突增及加大对周边土体的扰动等不利情况。

(2)严格控制泥水仓压力，通过控制出渣量及顶进速度，保证泥水仓压力在允许范围内变化，避免附加荷载对相邻管道造成不利影响。

(3)加强注浆控制，确保注浆效果，避免阻力过大对土体产生较大程度的扰动，从而对相邻管道造成不利影响。

(4)让左线先顶进50m后在进行右线的顶进。加大机头的间距，使相互间的附加荷载随顶进长度分散掉，相互作用减小到最低。

(5)时刻监测泥水仓压力，观察压力变化并及时调整，尽量使其与土压力平衡，避免造成多余的压力传递到切割正前方，增加附加荷载影响。

(6)控制好主顶的推力，如出现不规则的顶力增大应立即停止推进，检查并调查原因，待解决问题并恢复正常推力后才可推进。因为过多的推力会直接传递给切割面，大大增加相邻管道的附加荷载。

采用本发明中的施工方法达到了如下的技术效果：

(1)进度效益：按照常规的施工方法制定的施工工期为96日历天，而采用本发明的施工方法的实际施工工期为69日历天。

(2)经济效益：采用常规施工方法的顶管总成本分析如下表：

表1单线顶管成本分析表

而采用本发明双排管到错距同步顶进的施工方法后实际总成本分析如下表：

表2双线顶管成本分析表

通过对比分析可知，本发明的施工方法可节约成本38.07万元。

(3)社会效益：采用双排管道错距同步顶进施工可以大大缩短施工周期，减少工程施工占地时间，能够提前进行原地貌恢复，较大程度上减少了对居民生活、社会环境和自然环境的影响。

(4)解决的技术问题：通过对机头的改良、确定最优的触变泥浆配比和注浆压力、合理进行双排管道区间受力分析确定最佳顶进措施，减少了施工难度，解决了含砂姜黏土地质条件下近距双排钢管同步顶进的难题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

S1，轴线放样：进行轴线测量放样并对顶管的轴线进行复测，复测合格后的轴线用于管道顶进方向控制的依据；

S2，工作井设备的安装：按照步骤S1中测放的轴线进行井内顶管设备的安装；

S3，对刀盘进行优化：待步骤S2中的设备安装完成后先进行调试和试顶，试顶后对刀盘进行优化；

S4，配制并注入触变泥浆：根据待施工地质数据配置触变泥浆，然后采用双液注浆系统对顶管外壁的空隙和顶管的后续管节因浆液流失而出现的空隙进行补液；

S5，管道的顶进：采用双排近距顶管泥水平衡施工方法对管道进行顶进，双排管道分别为左线管道和右线管道，右线管道推进时左线管道同步安装焊接，左线管道推进时右线管道同步安装焊接，左线管道和右线管道交叉施工，左线管道和右线管道均进洞后施工结束。

2.如权利要求1所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S2的具体操作方法为：

S201，进行地面设备的安装；

S202，进行工作井设备安装；

S203，出洞的准备：安装洞口止水装置，准备注浆材料，对机头进行改良；

S204，左线出洞，进行注浆减阻，然后向前顶进，最后右线出洞。

3.如权利要求1所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S4的具体操作方法为：

S401，根据施工现场的含砂姜黏土的地质数据进行配制触变泥浆；

S402，在机头前设置同步注浆系统，在顶管后续管节上设置跟进补浆系统；

S403，确定注浆压力，然后进行注浆。

4.如权利要求3所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S401中配制的触变泥浆的配比为：钠基膨润土：水：烧碱：CMC＝125kg：1000kg：3kg：0.25kg；

所述步骤403中注浆压力P的确定方法为：

P_A＝(2～3)γh 式1；

式中：P_A-注浆压力；

h-管道的覆土深度；

γ-土的重度，KN；

注浆压力P＝P_A；

优选地，所述步骤S403中使用的注浆泵为螺杆泵。

5.如权利要求1所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S5中双排近距管道之间的横向间距遵循如下的计算模型：

B_e≤L 式3；

式中：

B_e-管顶土体扰动宽度；

D₀-顶管机的外径；

-土的内摩擦角；

L-两条管道之间轴线的距离。

6.如权利要求1所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S5中双排近距管道之间的纵向间距遵循如下的计算模型：

式中：

H-前方顶管机长；

-由土质性质决定的系数，取1.5-2.0；

D-顶管机外径；

L_min-双排管前后纵距的最小值。

7.如权利要求1所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S5中具体做法如下：

S501，左线顶管先顶进50m，并同时进行右线顶管的安装焊接；

S502，再进行右线顶管的顶进，并同时进行顶管的焊接；

优选地，步骤S501和步骤S502交替进行。

8.如权利要求1所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述刀盘包括：

刀盘面板，所述刀盘面板为圆饼状；

切削区，所述刀盘面板上设置有多个切削区，每个所述切削区内包括四个切削带，四个切削带分别为第一切削带、第二切削带、第三切削带和第四切削带，四个切削带以刀盘面板的圆心为中心呈放射状分布。

9.如权利要求8所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，所述刀盘面板上设置有三个切削区，每个切削带之间以30°均匀分布在刀盘面板上。

10.如权利要求8所述砂姜黏土地层近距泥水平衡顶管施工方法，其特征在于，每个所述切削区内均设置有主切削头、合金滚刀、辅助切削头与改进后的进泥口，所述主切削头、合金滚刀与改进后的进泥口均为矩形结构，所述辅助切削头为梯形结构；

优选地，梯形结构的所述辅助切削头的上底边靠近刀盘面板的圆心一侧。