申请同济大学工程硕士学位论文
超长距离顶管施工技术应用研究
培养单位：同济大学 工程领域：建筑与土木工程
研究生：匡志文
指导教师：高广运教授 校外导师：饶维森高级工程师
二００五年八月
摘要
顶管法施工是一种现代化的地下管道敷设方法，国内外均已广泛采用。超 长距离顶管施工具有独特的优越性，可满足大口径管道穿越江河或地面建（构） 筑物等需要，施工技术难度大，为地下工程施工中的研究课题之一。 本文根据超长距离顶管施工的技术特点，结合嘉兴市污水排海工程和上海 市奉贤区污水排海工程两个超长距离顶管施工工程实例，对超长距离顶管施工 中的泥浆减阻、中继间设置、轴线控制等关键施工技术问题进行了详细的分析， 并针对可能出现的具体问题提出了切实可行的解决办法。 本文针对超长距离顶管施工中的泥浆减阻、中继间设置、轴线控制等关键 技术所提出的具体解决办法，具有实际工程意义。 关键词：超长距离；顶管施工；关键技术；侧压力；中继间；泥浆减阻； 轴线控制；工程实例
中口径是指人猫腰可以在其内行走的管子，但有时不能走得太远。这种管
子口径通常为Ｄ＝１２００ｍｍ一１８００ｍｍ，在顶管中占大多数。 小口径是指人只能在管内爬行，有时甚至于爬行也比较困难的管子。这种 管子口径在Ｄ＝５００ｍｍ—１０００ｍｍ之间。 微型顶管其口径Ｄ很小，人无法进入管子里，通常Ｄ＝４００ｍｍ以下，最小的 只有Ｄ＝７５ｍｍ。这种口径的管子一般都埋得较浅，所穿越的土层有时也很复杂， 已成为顶管施工的一个新的分支，发展很快，这种顶管在形式上也不断创新。 （２）第二种分类方式是以推进管前工具或掘进机的作业形式来分。推进管前 只有一个钢制的带刃口的管子，具有挖土保护和纠偏功能的被称为工具管。人 在工具管内挖土，这种顶管则被称为手掘式。如果工具管内的土是被挤进来再 做处理的就被称为挤压式。 以上两种顶管方式在工具管内都没有掘进机械，如果在推进管前的钢制壳 体内有机械的则称为半机械或机械顶管。在钢制壳体中没有反铲之类的机械手
千米以上的顶管称之为超长距离顶管。超长距离顶管是为了满足大口径管道穿 越江河或地面构筑物、通向水域等需要，从上世纪七十年代开始发展起来的一 项敷设管道的新技术。
１．４我国超长距离顶管的现状
我国１９８７年完成第一根超长距离顶管，随着技术的不断进步和市政建设发
展的需要，在这近二十年间，超长距离顶管施工技术在工程实践中得到了越来
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）ｈａｓ
ｒｉｖｅｒｓ
ｏｒ
ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｆｏｒ ｇｒｅａｔ－ｄｉａｍｅｔｅｒ ｐｉｐｅｓ。Ｔｈｅ ｉｓ
ｏＩｌｅ
ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
ＥＬＤＰＪＣ
ｉｓ
ｖｅｒｙ
ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ缸
ａｓ
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ｏｕｔ ｔｏ ｓｅａ ｉｎ Ｆｅｎｇｘｉａｎ
Ｒｅ，ｏｎ ｏｆ
Ｓｈａｎｇｈａｉ ａｎｄ ｉｎ
Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅ
ｋｅｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ＥＬＤＰＪＣ，
ａｘｅｓ
ｒｅｄｕｄｎｇ ａｎｔｉ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｙ ｓｌｕｒｒｙ，ｓｅｔｔｉｎｇ ｒｅｌａｙ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ
Ｔｈｅ ｇｉｖｅｎ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．
ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｎｔｉ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｙ ｓｌｕｒｒｙ，ｓｅｔｔｉｎｇ
ｌｔｘｅｓ
ｒｅｌａｙ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ
ｅｔ ａ１．ｈａｖｅ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ
ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ
（３）泥水式顶管适用的范围更广～些，而且在许多条件下不需要采用辅助施
工措施。土压式的适用范围最广，尤其是加泥式土压平衡顶管掘进机的适用范
围最为广泛，可以称得上全土质型，即从淤泥质土到砂砾层它都能适应（Ｎ值从
０－５０之间，含水量在２０％一１５０％之间的土它都能适应）。而且，通常也不用辅助 施工措旌。
第１章引言
学位论文作者签名：畔 川年（）月（日
第ｌ章引言
第１章引言
１．１顶管施工的发展与现状
顶管法施工是一种现代化的管道敷设方法。在修建下水道、工业地下管道、 穿越铁路、公路和河流的信道等地下工程时，为了避免对地下管线、地下构筑 物、风景区、地面建筑物等的破坏及减少对交通的影响等，国内外均已广泛采 用顶管法施工技术。不论在经济效益方面还是在社会效益方面，顶管法施工都 具有它独特的优越性。 目前，顶管旌工技术的发展有一百多年的历史，从施工理论到施工工艺都 相当成熟和完善。国外在机械设备、异形顶管、曲线项管等方面的研究有很高 的水平，且有很多成功的工程实践，尤其是日本，他在顶管设备的设计与制造、 管材的研究、多瞳线顶管等方面走在世界的前列，在工程实践中，顶管施工发 挥了它独特的优越性，创造了很好的经济效益和社会效益，也积累了丰富的施 工经验。 顶管旃工在国内的发展经历了近５０年的时间，尤其是在最近的二十几年里， 随着科学技术的进步、国民经济的高速发展和工程建设的需要，顶管施工技术 不论在理论上还是在旋工工艺上，都有了很大的进步和发展，整体水平已接近 或达到国际先进水平，在某些领域还处于国际领先水平。顶管施工也由原来单 一的圆形、直线顶管向异形顶管、曲线项管发展。 国内顶管旌工机械设备的使用有三个阶段，开始时主要是简易式手掘工具 管、挤压式工具管到半机械、机械式工具管；第二阶段是上世纪九十年代初期， 顶进设备主要是引进和仿造：第三阶段是上世纪九十年代中后期至今，顶进设 备主要是国内自行设计、研制先进的平衡式工具管和异型工具管。 随着国内经济的高速发展和大规模城市建设的需要，顶管施工技术在近十 几年里得到广泛的应用，尤其是在东南沿海经济发达地区，项管施工在市政建 设中更是得到了普遍的应用，如上海合流污水、苏州河治理、北京清河污水干 线、西安咸阳机场排水系统等。广州、杭卅｜、福州、武汉、嘉兴等地等地都有
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｐｉｐｅ
ｊａｃｋｉｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｕｎｄ＝掣ｏｕｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ，ｉｓ
ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ａｌｌ ＯＶｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ．Ｔｈｅ
ＥＬＤＰＪＣ（Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｎｇ
Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｐｉｐｅ Ｊａｃｋｉｎｇ
ｅｔ
ａｌ ｗｅｒｅ
ａｎａｌｙｚｅｓ
ｄｅｔａｉｌｅｄ ａｆｔｅｒ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｊａｔｕｒｅｓ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
Ｔｈｅｎ，ａｉｍｉｎｇ ａｔｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅｆｅａｓｉｂｌｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｗｅｒｅ西Ｖｅｎ．
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＯ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｓｕｂｊｅｃｔｓ
ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＥＬＤＰＪＣ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｗｏ ｈｉｓｔｏｒｉｅｓ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｓｅｗａｇｅ Ｊｉａｘｉｎｇ Ｃｉｔｙ ｏｆ ｓｕｃｈ
机械化项管施工实例。
国内项管施工有最初的中等口径向大口径和小口径发展。大口径顶管主要
第１章引言
应用在环境整治、发电厂进排水隧道等领域，现在最大的项管口径已达到中 ３６００；小口径顶管主要应用在能源供应、通讯等领域，管径一般是中８０～西６００ 之间。 国内顶管施工的一次顶进距离也由最初的几十米发展到现在的２０００多米， 一次顶进距离大于ｉ０００米的顶进施工在国内已很常见。
越多的应用。现将已完成的我国超长距离项管工程简要介绍于表１．１。
表１．１
超长距离顶管工程实例
４
第】章引言
１．５超长距离顶管技术的发展
通过近二十年来的研究和工程实践，我国的超长距离顶管箍工技术得到了
Ⅱ
学位论文原创性声明
本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取
得的成果，撰写成硕士学位论文＝＝超丝壁直亟篮照王堇苤廑旦班窒”ｏ
除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确 注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。
进行挖土的则称为半机械式。为了稳定挖掘面，这类半机械式项管往往需要采
用降水、注浆或采用气压等辅助施工手段。
２
第ｊ章引言
我们在机械丁更管中都可看到推进管前有～台掘进机，按掘进机的种类又可 把机械顶管分成泥水式、泥浆式、土压式和岩石掘进机，而顶管也被区分为泥 水式、泥浆式、土压式和岩石式顶管。上述四种机械式顶管中，又以泥水式和 土压式使用得最为普遍，掘进机的结构形式岜最为多样。 （３）第三种分类方法是以推进管的管材来分类的，可分为钢筋混凝土管项管 和钢管顶管以及其它管材的顶管。 （４）第四种分类方法是按顶进管子轨迹的曲直来分的，可分为直线顶管和曲 线顶管。曲线顶管技术相当复杂，是项管蓖工的难点之一。 （５）第五种分类方法是按工作坑和接收坑之间的距离的长短来分，可分为普 通顶管和长距离顶管。而长距离顶管是随顶管技术不断发展丽发展的。过去把 ｌＯＯｍ左右的顶管就称为长距离顶管。现在随着注浆减摩技术水平的提高和设备 的不断改进，百米己不成为长距离了。现在通常把一次项进３００ｍ以上距离的顶 管才称为长距离顶管。 １．２．２顶管施工特点 顶管施工有一个最突出的特点就是适应性问题。针对不同的土质、不同的 施工条件和不同的要求，必须选用与之适应的项管施工方式，这样才能达到事 半功倍的效果；反之则可能使顶管施工出现问题，严重的会使顶管施工失败， 给工程造成巨大损失。 （１）挤压式顶管只适用于软粘土中，而且覆土深度要求比较深。通常条件下， 不用任何辅助施工措施。手掘式只适用于能自立的土中，如果在含水量较大的 砂土中，则需要采用降水等辅助施工措施。如果是比较软的粘土则可采用注浆 以改善土质，或者在工具管前加网格，以稳定挖掘面。 （２）手掘式的最大特点是在地下障碍较多且较大的条件下，排除障碍的可能 性最大、最好。半机械式的适用范围与手掘式差不多，如果采用局部气压的辅 助施工措施，则适用范围会较广些。