3項(xiàng)目實(shí)施情況報(bào)告

1、鄭州市重大科技公關(guān)專項(xiàng)曲線頂管技術(shù)在三環(huán)線快速化工程的應(yīng)用研究項(xiàng)目實(shí)施情況報(bào)告鄭州征遠(yuǎn)建設(shè)工程有限公司鄭州市市政工程質(zhì)量監(jiān)督專業(yè)站二0一四年十二月曲線頂管技術(shù)在三環(huán)線快速化工程的應(yīng)用研究研究工作報(bào)告曲線頂管技術(shù)在三環(huán)線快速化工程的應(yīng)用研究項(xiàng)目，在鄭州市科技局的大力支持下，通過(guò)相關(guān)科研、技術(shù)人員的努力工作，相關(guān)使用單位的應(yīng)用實(shí)踐，項(xiàng)目研究成果達(dá)到并超過(guò)預(yù)期目標(biāo)，現(xiàn)將項(xiàng)目實(shí)施的主要情況報(bào)告如下：1立項(xiàng)背景及意義隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全面展開(kāi)，頂管法作為一種成熟的暗挖施工工法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，頂管法施工技術(shù)發(fā)展很快。在建筑密集市區(qū)或在穿越江河及江堤地段、

2、下水管道、越江煤氣管道、過(guò)堤出江排水管等工程中已有許多成功案例。目前，頂管施工場(chǎng)地周圍環(huán)境逐漸復(fù)雜化，穿越線路內(nèi)經(jīng)常遍布重要管線、地鐵運(yùn)營(yíng)線路、重要建筑物，公路高架橋，江河湖泊等等，這就要求頂管施工對(duì)于周圍環(huán)境的影響要嚴(yán)格控制，爭(zhēng)取做到微擾動(dòng)施工，但從目前的施工水平和控制工藝來(lái)看，頂管法施工產(chǎn)生的擾動(dòng)仍然較大，相比較而言盾構(gòu)法仍然具有一定優(yōu)勢(shì)。從目前的國(guó)內(nèi)外研究資料可發(fā)現(xiàn)，對(duì)于頂管法穿越微擾動(dòng)施工，在理論分析、試驗(yàn)技術(shù)、設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)等方面的綜合研究還較少，在理論及實(shí)踐上均存在著許多不完善之處。國(guó)內(nèi)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用也才剛剛起步，以目前的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平，不停運(yùn)進(jìn)行頂管地下穿越微擾動(dòng)施工

3、還有較高的技術(shù)難度。因此，結(jié)合我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中不斷涌現(xiàn)的頂管下穿越工程，深入研究頂管法下穿越工程合理的微擾動(dòng)設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)及控制措施等是十分必要的、緊迫的，其研究成果對(duì)于促進(jìn)生態(tài)地下工程的建設(shè)，減少地下穿越工程施工對(duì)地面環(huán)境、地下環(huán)境的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也具有巨大的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。從國(guó)內(nèi)外頂管掘進(jìn)機(jī)的資料來(lái)看，對(duì)根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行切土量、排泥量和頂進(jìn)量動(dòng)態(tài)平衡方面的研究還較少，為了控制頂管下穿越施工對(duì)周圍重要性建（構(gòu)）筑物的擾動(dòng)影響，需要進(jìn)行這方面的深入研究。例如灰色淤泥質(zhì)粘土層和灰色砂質(zhì)粉土層等，該類地層含水量高，土層條件較差，為了降低環(huán)境擾動(dòng)，有必要對(duì)頂管機(jī)切土量、排泥量

4、、頂進(jìn)量動(dòng)態(tài)平衡進(jìn)行研究。另外，砂質(zhì)粉土地層中大斷面長(zhǎng)距離頂管在國(guó)內(nèi)外尚不多見(jiàn)，由此帶來(lái)的砂質(zhì)粉土中膨潤(rùn)土泥漿套質(zhì)量控制技術(shù)和理論難題需要深入分析和研究，因此進(jìn)行砂質(zhì)粉土地層中膨潤(rùn)土泥漿套的質(zhì)量控制方法的優(yōu)化，形成自主的質(zhì)量控制技術(shù)方法和指標(biāo)體系，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外在該方面的不足，顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)外在頂管法施工技術(shù)和控制技術(shù)方面已總結(jié)出許多成功的經(jīng)驗(yàn)，并有一些可供指導(dǎo)工程實(shí)踐的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。但目前更多的是直線或者大曲率半徑頂管施工的經(jīng)驗(yàn)(多為粘性土層中的頂管工程)，超大直徑、砂質(zhì)粉土層、江中淺覆土條件下的長(zhǎng)距離頂管施工尚無(wú)成熟的施工工藝，也缺乏系統(tǒng)的理論研究成果。當(dāng)前鄭州市城市地下管線改造施工正處于

5、迅猛發(fā)展時(shí)期，地下管線施工一般采用明挖超大基坑法。該法現(xiàn)有技術(shù)施工周期長(zhǎng)，占地面積大，并且在交通要道和繁華地帶地下管線施工帶來(lái)了交通堵塞和環(huán)境污染的問(wèn)題。在現(xiàn)代化城市建設(shè)中，安全、有序、暢通的交通環(huán)境是城市發(fā)展的基礎(chǔ)，是城市綜合服務(wù)水平的體現(xiàn)，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展的保證。進(jìn)入一個(gè)大好發(fā)展時(shí)期，中部崛起的號(hào)角已經(jīng)吹響，城市跨越式發(fā)展的戰(zhàn)鼓也已擂動(dòng)，擴(kuò)大城市規(guī)模、提高城市化水平、完善城市綜合服務(wù)功能、提升城市形象是當(dāng)前鄭州市發(fā)展的重要任務(wù)，這需要對(duì)鄭州市的城市框架、基礎(chǔ)設(shè)施和區(qū)域交通環(huán)境進(jìn)行重大完善、調(diào)整和投資。由于目前施工在城市建筑物密集區(qū)域且不良地質(zhì)條件下，采用機(jī)械頂管的方式穿越建

6、筑物鋪設(shè)管道時(shí)會(huì)對(duì)周邊建筑物造成不可避免的不良影響，此時(shí)采用曲線頂管的方式可以有效的避開(kāi)密集建筑物，最終能保證周邊建筑物的安全的前提下完成管道鋪設(shè)任務(wù)。曲線頂管技術(shù)的應(yīng)用主要取決于以下幾方面：城市交通的需要。由于各類管道歸屬于不同的產(chǎn)權(quán)業(yè)主，因此管道的建設(shè)、使用、維護(hù)管理存在的許多問(wèn)題，最典型的是同一路段反復(fù)無(wú)序的開(kāi)挖，頻繁“開(kāi)膛剖肚”，“馬路拉鏈”現(xiàn)象使城市道路遭到嚴(yán)重“毀容”，給城市交通帶來(lái)不便。對(duì)于繁忙而脆弱的城市交通系統(tǒng)，開(kāi)挖敷設(shè)地下管道勢(shì)必會(huì)造成交通中斷，特別是敷設(shè)橫穿城市主干道下地管道，大開(kāi)挖埋管必然帶來(lái)交通阻斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這些地下管道往往埋深較小，在非開(kāi)挖狀態(tài)下對(duì)這些管

7、道進(jìn)行修復(fù)和敷設(shè)。(1) 市容環(huán)境的需要。曲線頂管土方工程量要比開(kāi)槽施工工藝少很多，因此在土方開(kāi)挖和運(yùn)輸時(shí)投入的機(jī)具消耗的能量少，機(jī)具造成的污染小。(2) 城市居民正常生活的需要，曲線頂管施工過(guò)程中管體運(yùn)動(dòng)對(duì)地面的影響甚微，不影響居民正常出行；由于絕大部分作業(yè)在地下完成，所以頂管作業(yè)區(qū)域附近居民可免受噪音污染之苦；它占用的場(chǎng)地很少，無(wú)需搬遷作業(yè)區(qū)域內(nèi)的大量居民。2設(shè)定研究?jī)?nèi)容2.1設(shè)定研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目將立足鄭州地區(qū)工程地質(zhì)特點(diǎn)及頂管施工技術(shù)水平，在以下幾方面開(kāi)展深入系統(tǒng)研究：(1) 頂管頂力分析及計(jì)算；曲率半徑與管節(jié)尺寸關(guān)系研究；曲線的形成和控制研究；施工軸線與設(shè)計(jì)軸線的關(guān)系研究；地層沉降特點(diǎn)及

8、機(jī)理研究；管節(jié)結(jié)構(gòu)、制作質(zhì)量等的要求研究；施工測(cè)量糾偏研究；漿料配比壓漿工藝研究。2.2設(shè)定關(guān)鍵技術(shù)為了完成項(xiàng)目目標(biāo)，在整個(gè)研發(fā)階段需要重點(diǎn)突破如下關(guān)鍵性技術(shù)難題：(1) 優(yōu)化超長(zhǎng)距離頂管注漿工藝及技術(shù)措施；頂管下穿越施工的擾動(dòng)指標(biāo)體系研究；頂管下穿越微擾動(dòng)施工的檢測(cè)技術(shù)及理論預(yù)測(cè)研究；頂管下穿越微擾動(dòng)施工控制原理與控制技術(shù)研究；頂管軌跡控制與糾偏技術(shù)；頂管頂力預(yù)測(cè)計(jì)算方法；3設(shè)定研究目標(biāo)3.1設(shè)定完成指標(biāo)泥漿套及注漿方面在頂進(jìn)過(guò)程中注漿完成之后所形成的套狀泥漿在各個(gè)土層之中的壁厚為5cm,從而形成與管材套裝平行的結(jié)構(gòu)，以利于管材沿固定軸線順利前行。(2) 地面沉降方面在曲線頂管施工完成之后在

9、待地面沉降進(jìn)入穩(wěn)定的時(shí)候之后，對(duì)施工路段進(jìn)行測(cè)量考核，地面沉降要控制在土3cm之內(nèi)。(3) 開(kāi)挖穩(wěn)定性及糾偏方面在頂進(jìn)過(guò)程中及貫通后定位軸線的偏差在設(shè)計(jì)范圍3cm之內(nèi)。3.2設(shè)定完成目標(biāo)砂質(zhì)粉土地層中大斷面長(zhǎng)距離頂管在國(guó)內(nèi)外尚不多見(jiàn)，該課題的完成將能填補(bǔ)此方面國(guó)內(nèi)外研究不足，進(jìn)一步完善復(fù)雜土層大斷面長(zhǎng)距離頂管的設(shè)計(jì)計(jì)算理論和施工技術(shù)。通過(guò)大斷面長(zhǎng)距離頂管下穿越微擾動(dòng)施工技術(shù)的系統(tǒng)研究，形成頂管下穿越微擾動(dòng)設(shè)計(jì)與施工新理論與新規(guī)范，開(kāi)發(fā)頂管下穿越微擾動(dòng)施工新工法及其相應(yīng)的技術(shù)裝備，在不停運(yùn)等前提下利用本項(xiàng)目的微擾動(dòng)穿越施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下的頂管穿越施工。根據(jù)規(guī)劃線路，頂進(jìn)過(guò)程中將下穿多道市政

10、地下管線和多幢居民樓等障礙物，通過(guò)本項(xiàng)目研究，可以減少地下管線的改道費(fèi)用、居民樓拆遷費(fèi)用合計(jì)大約5000萬(wàn)左右，另外可以大大縮短需要拆遷耽誤的工期，也間接節(jié)省了大批工程資金。4項(xiàng)目實(shí)施情況4.1研究技術(shù)路線本項(xiàng)目依托北三環(huán)排污工程，首先通過(guò)文獻(xiàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析，初步對(duì)粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工對(duì)周圍土層的作用機(jī)制，以及導(dǎo)致周圍土層擾動(dòng)的各影響因素進(jìn)行了研究；其次，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究了膨潤(rùn)土潤(rùn)滑作用的機(jī)理，并分析了鵬潤(rùn)土的摻量和物質(zhì)組成、攪拌效果、溫度等對(duì)觸變泥漿潤(rùn)滑效果的影響；再次，在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，分析了觸變泥漿中膨潤(rùn)土、純堿、CMC和水摻量變化對(duì)管片外壁減阻效果的影響；

11、再次，根據(jù)地面沉降變形規(guī)律，結(jié)合FLAC三維有限元數(shù)值模擬，深入研究了粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂進(jìn)施工中地面變形沉降規(guī)律及分布特征。并對(duì)比研究了機(jī)頭壓力、泥漿套、土體抗力等因素對(duì)地面沉降變形規(guī)律的影響，給出了地表沉降動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法；最后，基于上述研究成果，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)和提出粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工變形控制關(guān)鍵技術(shù)、糾偏技術(shù)和周邊環(huán)境保護(hù)措施等等。本項(xiàng)目研究成果能夠?yàn)榻窈蠓弁梁头圪|(zhì)黏土中曲線頂管施工提供行之有效的指導(dǎo)建議。4.2研究工作計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)后，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人立即根據(jù)項(xiàng)目申報(bào)書和項(xiàng)目可行性研究報(bào)告，組織申報(bào)書中擬定的科研人員和相關(guān)工程技術(shù)人員，開(kāi)展項(xiàng)目研究工作，開(kāi)展的主要工作有：(1)

12、 2011年08月-2011年10月統(tǒng)計(jì)整理文獻(xiàn)資料，分析粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工對(duì)周圍土層的作用機(jī)制，以及導(dǎo)致周圍土層擾動(dòng)的各影響因素。(2) 2011年11月-2011年12月確定觸變泥漿配比方案、室內(nèi)模型試驗(yàn)方案。(3) 2012年1月-2012年5月進(jìn)行觸變泥漿配比試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)，為曲線頂管施工提供設(shè)計(jì)參數(shù)。(4) 2012年6月-2013年4月建立FLAC3D數(shù)值模型，分析曲線頂進(jìn)施工中地面變形沉降規(guī)律及分布特征，著重研究機(jī)頭壓力、泥漿套、土體抗力等因素對(duì)地面沉降變形規(guī)律的影響。(5) 2013年5月-2013年9月總結(jié)前面研究成果，并在此基礎(chǔ)上借鑒工程經(jīng)驗(yàn)提出頂管機(jī)選型建議

13、，地面、周圍管線和建筑物變形控制措施、頂管進(jìn)出洞控制措施、以及糾偏技術(shù)措施等等。(6) 2013年10月-2014年4月數(shù)據(jù)資料整理、補(bǔ)充研究、編寫報(bào)告。(7) 2014年5月-2014年12月成果總結(jié)、鑒定。4.3主要研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目將立足鄭州地區(qū)工程地質(zhì)特點(diǎn)及頂管施工技術(shù)水平，在以下幾方面開(kāi)展深入系統(tǒng)研究:4.3.1統(tǒng)計(jì)與理論分析粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工微擾動(dòng)機(jī)理研究。通過(guò)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析，研究曲線頂管施工擾動(dòng)機(jī)理，分析頂管達(dá)到前后和通過(guò)時(shí)地面沉降的分布特征及變化規(guī)律，探討了注漿、超挖、覆土厚度較淺、不均勻地層、土體固結(jié)等因素對(duì)地面沉降分布特征及變化規(guī)律的影響。4.3.2室內(nèi)膨潤(rùn)土配比試驗(yàn)研

14、究粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工過(guò)程中泥漿套成套技術(shù)研究。通過(guò)室內(nèi)觸變泥漿配比試驗(yàn)，研究了鵬潤(rùn)土的摻量和物質(zhì)組成、攪拌效果、溫度等對(duì)膨潤(rùn)土潤(rùn)滑作用發(fā)揮度的影響。研究表明：(1) 膨潤(rùn)土含量增加一倍，可使膨潤(rùn)土懸浮液的支撐作用提高到7倍至10倍。但是這也意味著，若膨潤(rùn)土含量減少1/2,支撐作用就可能降低到1/10。所以，確定懸浮液中的膨潤(rùn)土含量，便有著如此重大的意義。(2) 攪拌越充分，膨脹時(shí)間就越短。攪拌時(shí)間，至少要有半個(gè)小時(shí)。在攪拌效果良好的情況下，攪拌過(guò)程結(jié)束后即已能夠達(dá)到80%左右的最終流限，而在攪拌效果不良的情況下，這一比值則降低到大約35%。高溫(夏季溫度)可使膨脹時(shí)間縮短，低溫(冬季

15、溫度)則使膨脹時(shí)間延長(zhǎng)。當(dāng)溫度低于零度時(shí)，膨脹過(guò)程即告中止，但混合料并不會(huì)遭到破壞。解凍后膨脹過(guò)程又會(huì)重新繼續(xù)下去，在這種情況下，須將凍結(jié)的時(shí)間計(jì)入膨脹時(shí)間之內(nèi)；如果懸浮液中的膨潤(rùn)土含量在全部推頂距離上保持不變，那么對(duì)粗粒土壤來(lái)說(shuō)，由于需要懸浮液的膨潤(rùn)土含量較高以保證支承作用，故而推頂阻力以及因之所需的推頂力就會(huì)比細(xì)粒土壤的情況下更大一些。但孔隙一旦被膨潤(rùn)土懸浮液充滿，并因而形成支撐環(huán)帶時(shí)，于是粗粒土壤的狀況也就無(wú)異于細(xì)粒土壤了。因而在這種情況下，為了在推頂過(guò)程中支承土層，懸浮液中的膨潤(rùn)土只需要達(dá)到穩(wěn)定極限所要求的最小含量40kg/m3即可4.3.3室內(nèi)模型試驗(yàn)研究粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工

16、過(guò)程中泥漿套成套技術(shù)研究。通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，分析了觸變泥漿中膨潤(rùn)土、純堿、CMC和水摻量變化對(duì)管片外壁減阻效果的影響。(1) 混凝土面板與各漿土混合物間的最大靜摩擦系數(shù)以及滑動(dòng)摩擦系數(shù)基本呈隨質(zhì)量比W的增大而逐漸減小的變化趨勢(shì)，在E=0(純粘土)時(shí)最大，在E=8(純觸變泥漿)時(shí)最小。同時(shí)，在各種質(zhì)量比的情況下，最大靜摩擦系數(shù)均比滑動(dòng)摩擦系數(shù)略大一點(diǎn)，但差別并不十分明顯?；炷撩姘迮c漿土混合物之間的摩擦系數(shù)比混凝土面板與純粘土之間的摩擦系數(shù)有所減小。注入觸變泥漿后可以降低頂管與周圍土體的摩擦系數(shù)。建議控制漿土混合物的質(zhì)量比以不小于0.20.3為宜，如此可以較大程度地降低頂管頂進(jìn)過(guò)程中的摩擦系數(shù)，

17、頂管與土體間摩擦系數(shù)可降低到原來(lái)的0.28倍左右，進(jìn)而可以較大幅度地降低頂進(jìn)阻力。4.3.4數(shù)值模擬研究粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工中地面沉降變形規(guī)律研究。通過(guò)FLAC三維有限元數(shù)值模擬，深入研究了粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂進(jìn)施工中地面變形沉降規(guī)律及分布特征，并對(duì)比研究了機(jī)頭壓力、泥漿套、土體抗力等因素對(duì)地面沉降變形規(guī)律的影響，給出了地表沉降動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法。研究表明：(1) 在頂管外側(cè)形成質(zhì)量較好的泥漿套，即頂管推進(jìn)過(guò)程中摩阻力較小，其對(duì)周圍土體的擾動(dòng)也較小，地表的沉降將明顯減小，在頂管軸線正上方尤為明顯；隨著離開(kāi)頂管軸線距離的增加，這種影響逐漸減弱。摩阻力越大，頂管推進(jìn)對(duì)其兩側(cè)地表土體的影響范圍越

18、大。摩阻力越大，頂管推進(jìn)對(duì)軸線正上方土體的影響時(shí)間越長(zhǎng)。摩阻力越大，機(jī)頭正上方地表土體變形越小，即當(dāng)機(jī)頭通過(guò)時(shí)，其正上方的土體沉降越小，其前方土體的隆起值也越大，對(duì)前方土體的影響范圍也越大；在機(jī)頭后方(0-20m)范圍內(nèi)，摩阻力越大，沉降越?。粰C(jī)頭后方20m處，不同摩阻力作用下地表的沉降量相同；離開(kāi)挖面20m之后，當(dāng)摩阻力較小時(shí)，沉降基本穩(wěn)定，而當(dāng)摩阻力較大時(shí)，沉降發(fā)展較快，且摩阻力越大，沉降值越大。管壁外側(cè)的泥漿套越完整，則地表的沉降量越小。(2) 注漿壓力的變化對(duì)地表變形的影響較大，當(dāng)注漿壓力為0.1MPa時(shí)，沿頂管軸線橫向地表產(chǎn)生沉降，隨著注漿壓力的增加，地表沉降不斷減小，當(dāng)注漿壓力為0

19、.2MPa時(shí)，地表產(chǎn)生隆起。注漿壓力的變化對(duì)機(jī)頭后部土體影響較大，而對(duì)機(jī)頭前方土體幾乎不產(chǎn)生影響。(3) 機(jī)頭壓力越大，地表變形的隆起值越大，其隆起的最高點(diǎn)距機(jī)頭所在的位置越近。機(jī)頭壓力增大會(huì)使機(jī)頭前方土體的變形增大，影響范圍也增大；而對(duì)于機(jī)頭后方的土體，機(jī)頭壓力越大，其沉降也越大，但沉降值遠(yuǎn)小于隆起值；對(duì)于機(jī)頭正上方的土體，其變形量在不同的機(jī)頭壓力下保持不變。(4) 不同的抗力對(duì)管道橫向方向的變形有一定的影響，而對(duì)縱向的變形幾乎沒(méi)有影響。由于頂管對(duì)外側(cè)土體的抗力作用，地表橫向的變形并非關(guān)于頂管軸線對(duì)稱；外側(cè)地表土體的變形要小于內(nèi)側(cè)的變形；抗力越大，這種差別也越大。同時(shí)，地表沉降最大的點(diǎn)并不是

20、頂管軸線正上方的點(diǎn)，而是偏向頂管曲線的圓心一側(cè)。4.3.5關(guān)鍵技術(shù)與措施研究粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工變形控制關(guān)鍵技術(shù)研究?；谇懊娴难芯砍晒Y(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提出頂管機(jī)選型建議，地面、周圍管線和建筑物變形控制措施、頂管進(jìn)出洞控制措施、以及糾偏技術(shù)措施等等。5研究成果及完成指標(biāo)5.1研究成果通過(guò)室內(nèi)膨潤(rùn)土配比試驗(yàn)，提出：膨潤(rùn)土摻量大小對(duì)膨潤(rùn)土懸浮液的支撐與潤(rùn)滑作用影響非常顯著；膨脹時(shí)間與溫度和攪拌有密切關(guān)系。攪拌越充分，膨脹時(shí)間就越短。攪拌時(shí)間，至少要有半個(gè)小時(shí)。在攪拌效果良好的情況下，攪拌過(guò)程結(jié)束后即已能夠達(dá)到80%左右的最終流限，而在攪拌效果不良的情況下，這一比值則降低到大約35%;高

21、溫(夏季溫度)可使膨脹時(shí)間縮短，低溫(冬季溫度)則使膨脹時(shí)間延長(zhǎng)。當(dāng)溫度低于零度時(shí)，膨脹過(guò)程即告中止，但混合料并不會(huì)遭到破壞。解凍后膨脹過(guò)程又會(huì)重新繼續(xù)下去，在這種情況下，須將凍結(jié)的時(shí)間計(jì)入膨脹時(shí)間之內(nèi)；相比粗粒土壤中，在細(xì)粒土壤中頂進(jìn)阻力要??；為了在推頂過(guò)程中支承土層，懸浮液中的膨潤(rùn)土只需要達(dá)到穩(wěn)定極限所要求的最小含量40kg/m3即可。(1) 通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，提出：混凝土面板與各漿土混合物間的最大靜摩擦系數(shù)以及滑動(dòng)摩擦系數(shù)基本呈隨質(zhì)量比E的增大而逐漸減小的變化趨勢(shì)，在E=0(純粘土)時(shí)最大，在£=8(純觸變泥漿)時(shí)最小。同時(shí)，在各種質(zhì)量比的情況下，最大靜摩擦系數(shù)均比滑動(dòng)摩擦系數(shù)

22、略大一點(diǎn)，但差別并不十分明顯;混凝土面板與漿土混合物之間的摩擦系數(shù)比混凝土面板與純粘土之間的摩擦系數(shù)有所減小。注入觸變泥漿后可以降低頂管與周圍土體的摩擦系數(shù)。建議控制漿土混合物的質(zhì)量比以不小于0.20.3為宜，如此可以較大程度地降低頂管頂進(jìn)過(guò)程中的摩擦系數(shù)，頂管與土體間摩擦系數(shù)可降低到原來(lái)的0.28倍左右，進(jìn)而可以較大幅度地降低頂進(jìn)阻力。(2) 提出了頂管機(jī)選型建議。粘性土及粉土層中，施工時(shí)常會(huì)發(fā)生刀盤粘附導(dǎo)致增大阻力和螺旋輸送機(jī)的粘附堵塞，因而頂管機(jī)選型時(shí)應(yīng)注意在刀盤形式、開(kāi)口率、刀具、加泥位置等考慮解決方法。(3) 提出了地面、周圍管線和建筑物變形控制措施。選用大刀盤泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)；強(qiáng)

23、化對(duì)觸變泥漿壓漿工藝的管理，充分運(yùn)用泥漿套原理；合理制定主要施工參數(shù)；使用多組糾偏特殊管的糾偏系統(tǒng)；信息化施工；做好置換漿液工作，減少后期擾動(dòng)土體固結(jié)產(chǎn)生的沉降、變形。頂管進(jìn)出洞頂管姿態(tài)、進(jìn)洞脫管控制措施。在洞口附近一定范圍內(nèi)采用高壓旋噴、注漿、凍結(jié)、深井降水等加固施工措施。而后在工作井壁面出洞口的預(yù)留位置上鑿除封門處的混凝土或磚墻，將掘進(jìn)機(jī)頂入鑿出的洞口，同時(shí)掘進(jìn)機(jī)前端刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)切削井壁上剩余的混凝土及土體，頂進(jìn)過(guò)程開(kāi)始。為了防止后部管節(jié)被破壞的情況發(fā)生，應(yīng)考慮在工具頭后于管節(jié)連接段加設(shè)千斤頂。工具頭進(jìn)入接收井后，千斤頂啟動(dòng)，將工具頭徐徐推出混凝土鋼套環(huán)，從而安全的將工具頭脫離開(kāi)管節(jié)。(4)

24、頂管軸線控制、糾偏技術(shù)措施。頂管糾偏應(yīng)遵循“勤測(cè)勤糾、預(yù)測(cè)緩糾、預(yù)糾強(qiáng)糾”的原則。當(dāng)頂管機(jī)頭進(jìn)入曲線段始曲點(diǎn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行曲線糾偏頂進(jìn)。利用工具頭糾偏油缸對(duì)工具頭頂進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整。糾偏量的大小應(yīng)使工具頭自身彎曲度與曲線彎曲度相吻合(依靠頭部特殊段及第一節(jié)碌管坐標(biāo)來(lái)確定)。頂入曲線段后，每次測(cè)量應(yīng)以第一節(jié)碌管的偏差為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)確定工具頭及特殊段的糾偏量，調(diào)整頭部軌跡，并根據(jù)高程偏差情況來(lái)進(jìn)行糾偏控制。頂管施工中，若碌管運(yùn)行軌跡符合設(shè)計(jì)要求，即進(jìn)入曲線段后，每節(jié)磔管曲線側(cè)應(yīng)有符合曲線半徑數(shù)值正確的開(kāi)縫。此時(shí)應(yīng)及時(shí)利用碌管端口預(yù)埋件，用鋼板進(jìn)行固定，以防止利用中繼環(huán)頂進(jìn)形成的曲線變形。或因中繼環(huán)有效行程縮

25、短后，無(wú)法向前推進(jìn)。必要的時(shí)候，可將中繼環(huán)頂力中心偏向內(nèi)側(cè)，以防止中繼環(huán)折角過(guò)大而損壞。如果曲線段玲管運(yùn)行軌跡大于設(shè)計(jì)半徑,壞。如果曲線段玲管運(yùn)行軌跡大于設(shè)計(jì)半徑,壞。如果曲線段玲管運(yùn)行軌跡大于設(shè)計(jì)半徑,碌管段開(kāi)縫過(guò)小，則應(yīng)在管壁處設(shè)置千斤頂將開(kāi)縫擴(kuò)至設(shè)計(jì)要求，并及時(shí)在縫內(nèi)填塞木墊板，并用鋼板固定，這樣逐一調(diào)整，直到符合曲率要求再頂進(jìn)。5.2實(shí)際完成指標(biāo)本項(xiàng)目已完成科研合同的目標(biāo)責(zé)任、年度計(jì)劃的全部?jī)?nèi)容，其中研發(fā)的內(nèi)容目標(biāo)已超額完成。完成的主要指標(biāo)為：(1) 頂管頂力分析及計(jì)算；曲率半徑與管節(jié)尺寸關(guān)系研究；曲線的形成和控制研究；膨潤(rùn)土潤(rùn)滑作用室內(nèi)配比試驗(yàn)和模型試驗(yàn)研究；地面沉降分布特征及變化規(guī)

26、律影響因素三維數(shù)值模擬研究；(2) 頂管機(jī)選型，地面、周圍管線和建筑物變形、頂管進(jìn)出洞、頂管軸線和糾偏技術(shù)等措施研究。最后，形成了包括施工工藝、作用機(jī)理、地面沉降動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法、膨潤(rùn)土配比方法和模型試驗(yàn)方法等一整套粉土或粉質(zhì)粘土中曲線頂管施工方法和變形控制關(guān)鍵技術(shù)。產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益910多萬(wàn)元、節(jié)省頂管工程施工工期10%。6技術(shù)先進(jìn)性綜述6.1與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較針對(duì)鄭州地區(qū)粉土或粉質(zhì)粘土中曲線頂管施工技術(shù)，首先通過(guò)文獻(xiàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析，初步對(duì)粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工對(duì)周圍土層的作用機(jī)制，以及導(dǎo)致周圍土層擾動(dòng)的各影響因素進(jìn)行了研究；其次，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究了膨潤(rùn)土潤(rùn)滑作用的機(jī)理，并分析了鵬潤(rùn)土

27、的摻量和物質(zhì)組成、攪拌效果、溫度等對(duì)觸變泥漿潤(rùn)滑效果的影響；再次，在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，分析了觸變泥漿中膨潤(rùn)土、純堿、CMC和水摻量變化對(duì)管片外壁減阻效果的影響；再次，根據(jù)地面沉降變形規(guī)律，結(jié)合FLAC三維有限元數(shù)值模擬，深入研究了粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂進(jìn)施工中地面變形沉降規(guī)律及分布特征。并對(duì)比研究了機(jī)頭壓力、泥漿套、土體抗力等因素對(duì)地面沉降變形規(guī)律的影響，給出了地表沉降動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法；最后，形成了粉土和粉質(zhì)黏土中曲線頂管施工關(guān)鍵技術(shù)。河南省情報(bào)所查新結(jié)果表明的本項(xiàng)目研究成果的先進(jìn)性、獨(dú)特性、創(chuàng)新性。6.2成果的創(chuàng)造性、先進(jìn)性詮釋了曲線頂管施工過(guò)程中頂進(jìn)擾動(dòng)的機(jī)理及地面變形規(guī)律。(1) 提出膨潤(rùn)土摻量大小對(duì)膨潤(rùn)土懸浮液的支撐與潤(rùn)滑作用影響非常顯著；建議膨潤(rùn)土漿液攪拌時(shí)間應(yīng)在半小時(shí)以上。相比在細(xì)粒土壤中，在粗粒土壤中應(yīng)適當(dāng)增大千斤頂推力；為了在推頂過(guò)程中支承土層，懸浮液中的膨潤(rùn)土只需要達(dá)到穩(wěn)定極限所要求的最小含量40kg/m3即可。(2) 提出