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2022年盾构及内衬钢管技术在西江引水工程中的应用 论文导读：西江引水工程主线采纳2条DN3600的管道输水。盾构法施工起源于欧洲。内衬钢管承受内压。内衬钢管，盾构及内衬钢管技术在西江引水工程中的应用。关键词：西江引水工程，盾构，内衬钢管 盾构法施工起源于欧洲，后在日本、和美洲的一些国家也有了较大的发展，现在已广泛地应用于世界各地。盾构技术是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护，采纳多种切削方式进行开挖，同时通过自动衬砌的混凝土管片？并灌浆，可以平安牢靠的地维持洞外土体稳定，从而形成质量完好的洞身。盾构法在国内外的给排水工程中均有过应用。环伦敦供水工程输水隧道全长80km，二期采纳盾构技术，经过水厂处理过的出水通过地下输水管道自流送到设在环绕伦敦供水隧道线路上的l0座泵站，然后由水泵站将水送到与之相连的遍及伦敦的城市配水系统。国内，最先应用于给排水管道施工的是11019年北京地区采纳盾构法建设了亮马河北路污水截留管线工程。现正在建设的南水北调、青草沙原水工程中也采纳了盾构技术。 广州市西江引水工程在穿越两座大型立交-小塘立交和官窑立交时采纳了盾构法施工，盾构长度分别为2473m和1620m。本文以下将从方案选择、方案设计、工程施工及过程限制等方面论述盾构及内衬钢管技术在西江引水工程中应用状况。 1方案选择 1.1施工工法 小塘立交桥位于广三高速与西二环高速的交汇点，周边还有运行的广茂铁路、规划的贵广铁路、321国道等交通线，上述交通设施车流量巨大，同时立交桥范围内多软土层，对沉降要求较高，且立交范围的广三高速基础含有预应力管桩结构，埋深超过15m。官窑立交与小塘立交相像，立交范围匝道众多，地质条件困难，对沉降要求高，在其范围还包含有自然气调压站和密集村镇。故，因此，只能选用不开槽施工的方法，。给排水管线中常用的不开槽施工工法主要有盾构法、顶管法、浅埋暗挖法、定向钻法、夯管法等。依据本工程的特点，适合穿越上述障碍的工法主要有顶管法和盾构法。 顶管法与盾构方案同属非开挖方案，两者既有相同之处又有所区分。相同点有：须要设置始发和接收井；避开地面开挖；对地勘资料具体驾驭；向前推动力均需千斤顶供应；平衡开挖面压力均可采纳泥水和土压力。不同点有：根数不同，实行顶管方案须要两根，常规盾构方案可以一根满意过流要求；适用埋深不同，大直径顶管只能采纳钢管，由于壁厚限制覆土不能太深，盾构采纳高强度预应力管片结构，几十米的埋深简单满意；推力大小不同，顶管要平衡两组千斤顶之间的全部侧向摩擦力以及正面土压力，盾构只需平衡盾构体外壁与外土摩擦力以及正面土压力。论文参考，内衬钢管。，所以盾构只需一组千斤顶，须要的推动力小且不会随着长度改变而增加；防腐和工程平安性不同，大直径顶管必需采纳钢管，钢管的外防腐采纳涂料，施工中不断收到外土摩擦破坏严峻，采纳钢管仅有一道钢板防护。盾构方案有盾构片及内衬两重防护，防腐效果牢靠，同时两层结构的防护性远高于顶管。经过本工程的前期工作与方案比较，参考本工程专题报告的相关数据，盾构与顶管的主要技术、经济指标的比较列于见表1。 表1盾构法与顶管法经济技术的比较表 Tab.1theeconomicandtechnologicanalysisbetweenshieldmethodandpipejackingmethod 项目盾构法顶管法直径直径三米3m以上，目前最大为15.43米m。多为三米3m以下，目前国内最大顶管直径为DN3600.顶进距离盾构设计机械寿命为10000米km，一般地铁一个项目连续掘进为33000米km以下。目前国内最长距离约1.500m5km。工作井数量较少，可以3000米km左右设置一个，主要起到检修作用较多，一般101米m左右须设置一个，假如应实行中继环，可以延长到几一百零一米曲线掘进6米m直径盾构可以实现250米m以上的曲线连续过渡转弯因为无纠偏千斤顶，基本无法实现曲线适应性对软硬地层都可以适应，由于人可入仓操作，处理手段较多受千斤顶推力限制，多适应软地层，对较硬地层适应性较差，对困难地层适应性很差克服障碍物实力盾构机本身具有相当破除障碍实力，地铁盾构在多个工程中不同程度地破除工程桩，还可以人员进仓破除破除障碍实力较低，简单卡机设备造价较高较低设备制造主要部件为进口，国内组装，制造工期为10个月。由于设备的工艺要求高，制造厂家多为国际大厂，设备质量较有保障。国产厂家较多，制造工期较短，但设备质量良莠不清齐掘进速度在懦弱地层中，广州地铁6米m直径盾构可达到500米m/月。由于工法特点，无法达到盾构速度造价6米m直径盾构造价约为51000元/mDN4800钢管衬砌造价36000元/m2DN3600造价135000元/m工期可以满意工程建设的须要可以满意工程建设的须要 顶管方案更适合小直径的短线浅埋管道工程，盾构比较适合长距离，、大断面的隧洞工程。本工程须要穿越的大型障碍物不但占地面积大，地下结构物形式也很困难，同时要求的过流断面巨大，穿越距离长，并且难以短距离内设置工作井，经过综合比较，在考虑保证穿越障碍的平安、削减工程征借地、降低拆迁难度以及保证工程进度状况下，盾构具有明显的优势。为保证工程的顺当实施，确保亚运会前建成通水，本工程穿越大型障碍物采纳盾构工法穿越，单洞长距离一次通过。 盾构机采纳广州地铁盾构实施中大量采纳的6300mm盾构机，这样有利于节约设计建设周期、有大量珠三角地区的胜利阅历可供参考，对于工程的建设实施比较有利。同时也要留意，和顶管等其他地下工程相同，盾构方式相对明挖方法投资较大、施工周期长、施工风险大，须要对地质工作做系统具体的前期工作，并应结合地勘资料的进行细致的方案论证工作。 1.2内衬工艺 由于管道需承受较大的内压，因此应考虑盾构完成后的隧道内的二次衬砌。通常盾构隧道内衬选择钢筋水泥砂浆衬砌，但该方式施工周期长，无法满意工程建设的进度要求，因此不予采纳。此外，可以考虑内置PCCP管或钢管的方式，内置PCCP管的方案由于管道自重太大，在盾构隧道狭小的空间内无法解决运输及安装的问题，因此也无法采纳。内置钢管的方案从重量及施工难度角度较优，对钢内衬和现浇钢筋混凝土衬砌两种内衬形式进行了经济技术比较，如表2所示。 表2钢内衬和现浇钢筋混凝土衬砌主要优、缺点 Tab.2themeritsanddemeritsofthetunnellinedbyinnersteelpipeorreinforcedconcrete 项目钢内衬预应力钢筋混凝土内衬水力条件内表面相对光滑，水力条件好内表面相对粗糙，过水断面小；水力条件无钢内衬好施工机械安装工艺相对简洁，包括拖运、定位机械、电焊机等需定制隧道滑模台车及众多预应力张拉器具、泵送混凝土配套机械施工步骤工法简洁，施工速度快多道工序协作施工，施工速度慢施工人员焊工、压浆工等，人数不多机械工、电工、钢筋工、预应力张拉及浇砼人员，人数众多施工进度/(md-1)18m/d24m/d10m/d工程造价/(元m-1)35000元/m28000/m优点受力分明，由盾构管片受外压力，钢管受内水压。，粗糙系数较小。管片与钢筋混凝土内衬结合形成整体共同受力。，部分工序可在盾构施工阶段进行，有效缩短工期。论文参考，内衬钢管。缺点盾构施工完成后方可安装钢内衬，安装较为困难。活动钢模板用量大，对施工缝的处理要求高。 考虑工程的经济性与工期要求，结合工程各盾构段的承压及埋深，并考虑工程的平安性、牢靠性要求，本工程盾构段内衬形式内衬钢管。 2方案设计 2.1隧洞尺寸 西江引水工程主线采纳2条DN3600的管道输水，至盾构段管道变为一条，依据水流过水面积计算，输水管内径限制为在4.8m，则整个工艺尺寸是盾构隧洞外径为6.3m，加装管片后内径为5.4m，内衬壁厚为20mm的DN4800钢管，钢管与隧洞之间空隙填充自密实混凝土。自密实混凝土层的作用是：起到固定和止推的效用，稳定隧洞结构体系；起到填充作用，防止隧洞内积水，同时有利于钢管的防腐。隧洞结构及尺寸如图1所示。 图1盾构隧道尺寸与结构图 Fig.1thesizeandstructureoftheshieldtunnel 2.2盾构工艺 小塘立交段全长2473m，采纳了泥水平衡盾构技术，在管线中心位置设置始发井，两端各设接收井，由中间到两端同时掘进。官窑立交段总长1620m，采纳了土压平衡的盾构技术，一端始发，一端接收，一次掘进。隧洞的坡降限制在0.5%左右，管线走向非直线型，最小转弯半径为300m。 2.3承压状况 盾构体承受外压，内衬钢管承受内压，在两者之间除了填充自密实混凝土，还设计有一层2mm的薄壁弹性材料，用于隔绝内外的输水系统和盾构体系，使内衬钢管不承受外部压力。 设计的输水压力为0.4Mpa4MPa，管道埋深20m，则内部承受水压为0.6Mpa6MPa，依据钢管的弹性模量计算其在承受内压时的径向变形量： E=(F/S)/(dL/L)，其中E为钢管的弹性模量，钢材的E=2.06*105Mpa105MPa，F/S可看作承受压力，则钢管变形量为：dL/L=0.0029mm，所以2mm的薄壁弹性材料完全可以起到隔离作用。 3施工及安装 3.1盾构施工地面沉降限制 地面沉降限制主要体现在盾构推动过程中：(1)进行地表建筑物及地层地质分析调查，选择合理施工方案；(2)加强地面监测，合理布置监测点；(3)合理设定目标土压力的管理值和注浆参数值；(4)细心管理，均衡施工；(5)加强施工过程监测，采纳信息化施工，将各类数据刚好分析、反馈，从而优化调整施工参数。 3.2盾构掘进与管片安装 盾构掘进过程中每一环都对盾构姿态进行测量，满意设计轴线要求，如有偏离，进行刚好订正，同步做好各项施工、掘进、设备和装置的管理工作。掘进到1/3管道长度时，对已建管道要进行贯穿测量，隧洞整体贯穿后，进行复测。管片每6片可以装成1环，每环长度为1.5m，每天可平均掘进10环左右。管片拼装要平整，不能损伤，相邻管片的径向错台量要小于15mm。 3.3内衬钢管的安装流程 盾构内钢管的安装是工程的重点，重达60吨t、长12m的DN4800钢管从运输、对接、焊接到自密实混凝土的浇注，每一个环节都要细心限制，合理支配。主要的施工流程如图2所示：。 图2内衬钢管安装流程图 Fig.2theassemblingprocessofthelinedinnersteelpipe 3.4钢管对接、焊接 分别测量要组对钢管的外圆周长，便于组对时驾驭对口尺寸，达成志向匹配，防止错边的产生。对接时，首先匹配以测量好的外圆周长，按十字中心线四点定位法，以外圆对齐进行组对，如外圆周长不等，可在圆周上匀称分布，以防局部错边量超差。 采纳单面焊接双面成型方法，先焊接平焊缝、内侧立焊缝，背面清根处理，再焊仰焊缝，在开坡口时平焊缝一侧多开些，仰焊缝少开些。焊后焊缝外观检查合格，待24小时后h后进行101%超声波检查。 3.5自密实混凝土浇筑及二次注浆 自密实混凝土采纳C20浇筑，每组长度为36m。论文参考，内衬钢管。论文参考，内衬钢管。端头封堵采纳4mm钢板。通过混凝土搅拌车将混凝土运输到指定入仓位置，由混凝土泵将自密实混凝土泵送至隧道与管道之间的空间内。为防止自密实混凝土浇筑时出现漂管，当混凝土最低点浇筑到三分之一时或距管中心线以下1.8m时，间歇浇筑，确保已浇混凝土骨料下沉削减浮力，当混凝土浇注到管中心线以上50cm时，复原连续浇筑直至混凝土全部浇注到洞顶。 当隧道内管道安装结束，起先进行顶部间隙二次注浆。二次注浆的分段长度为73m。二次注浆浆液为纯水泥浆，浆液水灰比：当空隙较小时为1:1，空隙较大时为0.5:1，注浆压力为0.20.3MPa。在回浆孔口运用压力表监测压力值，在达到规定压力的状况下，停止注浆。 3.6管道成型与验收 完成钢管的安装和自密实混凝土浇注，则整个输水管道完成整体施工，清理管道内部的杂物，对管道进行整体质量验收，防腐层有损坏的地方进行补涂，并用橡胶锤敲击管道，发觉空腔的地方要进行水泥砂浆的补注。 4结语 鉴于穿越的大型障碍物占地面积大，地下结构形式困难，同时过流断面巨大，穿越距离长，并且难以短距离内设置工作井，西江引水工程采纳了盾构技术构建隧道，同时创新的提出了内衬钢管的衬砌形式，满意输水内压的需求。论文参考，内衬钢管。在施工过程中，通过良好的管理和限制，有效避开了地面的沉降，平安完成了隧道的构筑，并顺当实施了内衬钢管运输、对接、焊接以及自密实混凝土的浇注等工序。论文参考，内衬钢管。上述工程方案的对比、选择以及工程的实施阅历希望能对同类工程起到肯定的借鉴作用。 参考文献：1王守强.盾构施工技术及其应用J水利水电科技进展，19101，(3):5-11.2邝诺.盾构法在污水管线建设中的应用J市政技术，2002，(112):14-19.3冯国冠.基于某地铁盾构隧道施工地表沉降的分析探讨J中国平安生产科学技术，2022，(4):81-84. 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页