上海過江倒虹管泥水平衡頂管1工程概況本工程為上海市污污水治理二期期1.1標黃浦江倒倒虹管工程，沿沿線共設有兩兩座豎井，即即一座工作井井及一座接收收井。其中工工作井位于浦浦東耀華支路路三渣攪拌站站內(nèi)，西靠黃黃浦江，東接接耀華支路，接接收井位于浦浦西龍華機場場附近，西靠靠豐溪路，東東臨黃浦江，南南北分別與石石化公司及電電力公司相鄰鄰，見圖1。圖1合流二期1.1標標倒虹管工程程總平面、剖剖面圖隧道部分為兩條長長度均為6110m的平行行頂管隧道，隧隧道坡度均為為i=0.1162%，兩條隧道道中心間距為為5m，隧道頂頂最大覆土約約24.8mm。頂管機將將穿越寬5110m的黃浦浦江，江中段段隧道頂最小小覆土約7..5m。圓隧道首次采用隧隧道股份設計計、制造的適適用于各種軟軟土地質(zhì)的φ2660mmm泥水平衡衡式頂管機頂頂進施工，頂頂管主頂機械械總頂力為100000kN。圓隧道結(jié)構(gòu)全部采采用"F"型預制鋼筋筋混凝土管節(jié)節(jié)，其外徑22640mmm，內(nèi)徑22000mm，每每節(jié)長度為33000mmm，相鄰兩管管節(jié)間由特制制接頭承插連連接，接縫防防水采用由氯氯丁橡膠制成成的齒形橡膠膠圈，襯墊材材料為多層膠膠合板。本工程范圍內(nèi)的土土層及各地層層土質(zhì)物理力力學指標，見見表1。地層土質(zhì)物理力學學指標表1層號土層名稱層底標高含水量W(%)密度kN/m3孔隙比e凝聚力C(kPa)內(nèi)摩擦角φ°地基承載力kPa①1填土3.5334.617.61.08①2沖填土-5.4733.817.81.03③灰色粘質(zhì)粉土-10.0734.17.91.048.02990④1灰色淤泥質(zhì)粘土-10.6747.717.21.3765④2灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾砂-13.0735.417.81.0710.02480⑤2灰色砂質(zhì)粉土-25.8731.717.90.993.028100⑤3灰色粉質(zhì)粘土-42.6733.317.81.0420.0191002泥水平衡頂管系統(tǒng)統(tǒng)泥水加壓平衡頂管管工法的特征征是在機械掘掘削式頂管前前部的刀盤附附近安裝隔板板，形成泥水水壓力倉，將將加壓的泥水水送入泥水壓壓力倉，使開開挖面穩(wěn)定，刀刀盤切削下來來的土砂以泥泥水形式被輸輸送到地面。泥水平衡頂管系統(tǒng)統(tǒng)主要由頂管管機、泥水輸輸送、泥水處處理及頂進管管理四個系統(tǒng)統(tǒng)組成。(1)泥水平衡衡頂管機①泥水加壓平衡頂管管機主機·工作原理：工具管在正常作業(yè)業(yè)前，刀盤與與殼體外圈接接觸，刀排與與刀盤盤體接接觸，泥水倉倉處于密閉狀狀態(tài)，以延緩緩泥水壓力泄泄漏。同時在在泥水旁路切切換大循環(huán)時時，使泥水壓壓力的波動對對開挖面的擾擾動降到最小小，待泥水倉倉中壓力穩(wěn)定定后，啟動中中心軸動力泵泵站帶動中心心軸及刀架向向前運動，使使刀架與刀盤盤分離，在兩兩者之間形成成四條70mmm的進土間間隙，并由中中心軸及刀架架的繼續(xù)伸出出帶動刀盤盤盤體的運動，使使之與殼體保保持一定距離離，此時機頭頭即處于待工工作狀態(tài)，啟啟動刀盤驅(qū)動動電機，通過過第一級減速速(105k行星齒輪減減速機)，其輸出軸軸上的小齒輪輪帶動中心軸軸上的大齒輪輪(即第二級減減速i=1311/17)最終帶動刀刀盤及刀架，以1.5rpm轉(zhuǎn)動(可正反轉(zhuǎn))切削土體，見圖2。圖2頂管機主機示意圖圖·主要技術(shù)參數(shù)：A.外形尺寸：直徑((外徑)2660mmm，長度4240~~4300mmm。B.刀盤：最大扭矩2277kNmm，轉(zhuǎn)速1.5166rpm，驅(qū)動電機機功率22kW××2，最大移動動量40mmm。C.中心軸軸：最大移動動量110mmm，油缸最最大壓力32MPa，最大平衡衡力2050kkN，最大平衡衡土壓范圍0-3688.9kN//m2。D.糾偏裝置：千斤頂頂數(shù)量8臺，最大工工作壓力32MPa，單臺最大大推力900kW，糾偏行程程60mm，糾糾偏角度±1.8°。②頂進裝置頂進裝置分主頂進進裝置及中繼繼頂進裝置兩兩部分。主頂頂進裝置的主主要功能是完完成管節(jié)的頂頂進，其由底底座、油缸組組、頂進頭、V形頂塊、鋼鋼后靠及液壓壓動力泵站等等組成；中繼繼頂進裝置主主要是為中繼繼接力頂進所所用。(2)泥水處理理泥水處理系統(tǒng)主要要由粘土溶解解槽、調(diào)整槽槽、剩余槽、清清水槽、泥水水分離旋流器器和沉砂池等等組成，起處處理泥水(由盾構(gòu)開挖挖面排出)和制造新鮮鮮泥水的作用用。泥水處理采用一次次沉淀的方法法，沉淀后的的泥水送入調(diào)調(diào)整槽，調(diào)整整粘度、密度度后重新利用用。江中設置一臺潛水水泵引水入清清水槽，清水水槽內(nèi)設潛水水泵一臺，用用于向調(diào)整槽槽內(nèi)加注清水水，調(diào)整槽內(nèi)內(nèi)設攪拌裝置置，調(diào)整后泥泥水通過P1(PHH)泵送入頂管管機內(nèi)使用，粘粘土溶解槽內(nèi)內(nèi)攪拌濃泥漿漿，加入調(diào)整整粘度、密度度。粘度控制制在25S左右，密度度在1.2gg/mm3左右，并且且根據(jù)實際情情況再作調(diào)整整,見圖3。圖3泥水處理簡圖(3)泥水輸送送泥漿輸送系統(tǒng)是由由一根6″送泥管、一一根6″排泥管、送送泥泵和排泥泥泵等部分組組成。經(jīng)處理理后的泥水由由調(diào)整槽通過P1-11泵或PH泵由地面送送至井下，頂頂管內(nèi)排出的的高密度泥水水，經(jīng)安裝在在地面和隧道道內(nèi)的接力泵泵送回至地面面泥漿沉淀池池，見圖4。圖4泥水輸送系統(tǒng)流程程圖泥水輸送系統(tǒng)啟動動時，先開啟啟VP閥，啟動PI泵，開啟V3、V5閥，再逐個個啟動P2、P3、PE泵。系統(tǒng)啟啟動數(shù)分鐘后后，當送排泥泥水壓力和流流量趨于穩(wěn)定定，送泥水壓壓力和切口壓壓力基本相同同時，才可操操作到"頂進狀態(tài)"。進入"頂進狀態(tài)"時，開開啟機頭閥，開開啟V1、V2閥，關(guān)閉V3閥。泥水輸輸送系統(tǒng)可逐逐漸達到泥水水平衡，調(diào)整整送泥水壓和和排泥流量，使使推進過程中中一直保持泥泥水平衡，若若在推進過程程中，切口水水壓值偏高設設定值，操作作人員應采取取措施，使之之恢復正常。若若切口水壓繼繼續(xù)偏差達限限值，應立即即切換到"旁路狀態(tài)"。如果切口水壓的偏偏離原因是泥泥水管道堵塞塞引起的，就就應操作至"逆洗狀態(tài)"，對堵塞管管道進行沖洗洗。管道暢通通后，應先轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到"旁路狀態(tài)"，最后才轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到"頂進狀態(tài)"。頂進結(jié)束后，應將將"頂進狀態(tài)"切換到"旁路狀態(tài)"，待泥水平平衡后，再切切換到"停止狀態(tài)"。(4)頂進管理理系統(tǒng)頂進管理系統(tǒng)由頂頂管機主機及及泥水輸送兩兩大系統(tǒng)組成成。該系統(tǒng)能能在電腦中反反映出施工過過程中的切口口水壓、送排排泥流量、送送排泥密度、主主頂速度、主主頂行程、刀刀盤油壓和頂頂管的平面、高高程、轉(zhuǎn)角等等一系列施工工參數(shù)。頂進過程中，中央央控制室操作作人員通過此此管理系統(tǒng)反反映的各類施施工參數(shù)及時時作相應調(diào)整整。3泥水平衡頂管主要要施工參數(shù)的的設定與調(diào)整整(1)切口水壓設設定泥水平衡頂管頂進進時，開挖面面不斷被刀頭頭切削，此時時泥膜被刀頭頭切削并將泥泥水壓力傳遞遞給土體，由由于刀頭的介介入使傳遞給給土體的外力力增加，因此此開挖面處于于動態(tài)平衡之之中。切口水水壓的上、下下限值設定可可根據(jù)常用土土體力學計算算公式計算得得到。實際頂進過程中的的切口水壓是是根據(jù)切口水水壓設計設定定值、實時的的土砂量和干干砂量積算值值等重要參數(shù)數(shù)設定。其中中切口水壓設設計設定值可可根據(jù)近10～50m掘進過程中中較佳的設定定值回歸所得得，見圖5。圖550~1000m設定切口口水壓與理論論計算關(guān)系圖圖(2)頂進速度度頂進速度的控制過過程中，應注注意以下幾點點：①主頂啟動時，必須須檢查千斤頂頂是否靠足，開開始頂進和結(jié)結(jié)束頂進之前前速度不宜過過快。每節(jié)頂頂進開始時，應應逐步提高頂頂進速度，防防止啟動速度度過大。②在利用中繼間(一一級或多級)作接力頂進進時，必須確確保后級中繼繼間及主頂所所用千斤頂充充分均勻受力力，避免頂管管機后退造成成切口水壓劇劇降，從而影影響開挖面的的穩(wěn)定。待前前級中繼間順順利頂進到位位后依次將后后級中繼間及及主頂頂進到到位。③一節(jié)頂進過程中，頂頂進速度值應應盡量保持恒恒定，減少波波動，保證切切口水壓穩(wěn)定定和送、排泥泥管的暢通。④頂進速度的快慢必必須滿足每節(jié)節(jié)潤滑泥漿注注漿量的要求求，保證潤滑滑泥漿系統(tǒng)始始終處于良好好工作狀態(tài)。根據(jù)實際施工經(jīng)驗驗，正常頂進進條件下，頂頂進速度應設設定為25~3.5ccm/minn；如正面遇遇到障礙物或或地基加固土土，頂進速度度應低于1ccm/min。(3)泥水質(zhì)量量控制①密度泥水的密度是一個個主要控制指指標。泥水密密度比重不宜宜過高或過低低，過高將影影響泥水的輸輸送能力，過過低將破壞開開挖的穩(wěn)定。實實際施工和室室內(nèi)實驗結(jié)果果表明，適用用于本工程的的泥水密度范范圍應在1.12~~1.20gg/mm3。下限為1..12g/mmm3，而上限需需根據(jù)頂管機機中心軸所能能承受的最大大扭矩來定。②粘度泥水的粘度是另一一個主要控制制指標。從土土顆粒的懸浮浮性要求而言言，要求泥水水的粘度越高高越好，根據(jù)據(jù)泥水處理系系統(tǒng)的自造漿漿能力，隨著著頂進節(jié)數(shù)的的增加，泥漿漿越來越濃，粘粘度也呈直線線上升，而粘粘度的增加并并非說明泥漿漿的質(zhì)量越來來越高，因此此，泥水粘度度的范圍應在在20~255S，考慮到粘粘度的調(diào)整有有一個過程，應應在泥漿粘度度為22S時(調(diào)整槽粘度)，即可逐漸漸添加CMC，添加量的的多少視粘度度下降的趨勢勢而定。

③析水量析水量是泥水管理理中的一項綜綜合指標。泥泥水的析水量量應小于5%，降低土顆顆粒和提高泥泥漿的粘度，是是保證析水量量合格的主要要手段。本工程采用的指導導配比見表2、表3。單位：kg指導配比

表2天然泥土CMC純堿水4002.211770單位：kg指指導配比

表3膨潤土CMC純堿水3302.211870泥水監(jiān)控是一個使使用→小調(diào)整→使用→大調(diào)整→使用的無限限循環(huán)過程，是是一個動態(tài)變變化過程。檢檢查配比是否否合理的標準準是地面沉降降量，沉降量量得到控制后后就要注意泥泥水指標的變變化趨勢，使使之穩(wěn)定在某某一區(qū)域內(nèi)。(4)逆洗時的的壓力控制逆洗是頂進過程中中較為常用的的防止和消除除排泥管吸口口堵塞的方法法。在逆洗過程中，由由于土倉或頂頂管機內(nèi)的排排泥管處于堵堵塞狀態(tài)，因因此逆洗時應應提高排泥流流量，但不能能降低切口水水壓，整個逆逆洗過程必須須密切注意開開挖面穩(wěn)定情情況。推進、逆逆洗和旁路三三狀態(tài)切換時時的切口水壓壓控制偏差值值為：±0.022MPa。(5)開挖面穩(wěn)穩(wěn)定的判斷方方法開挖面穩(wěn)定是泥水水平衡頂管頂頂進施工中最最重要的管理理項目之一，它它直接影響著著頂管施工質(zhì)質(zhì)量?？刂泼棵抗?jié)掘削量是是開挖面穩(wěn)定定的必要保證證。①掘削量的控制根據(jù)地質(zhì)情況進行行理論掘削量量計算：w=V×(1-nn)×rW：理論掘削量(mm3/Rinng)V：砂性土在頂管機機斷面內(nèi)所占占的體積(m3)n：砂性土的孔隙度度(%)r：砂性土的密度實際掘削量W′：：W′：實際掘削量(mm3/Rinng)rs：土的比重Q1：排泥流量(m33/min))p1：排泥密度(kgg/m3)Q0：送泥流量(m33/min))p0：送泥密度(kgg/m3)t：掘削時間(miin)實際掘削量直接顯顯示在計算機機屏幕上，它它較真實的反反映實際掘削削過程中的掘掘削量。實際掘削量W′((干砂量)與偏差流量Δq的關(guān)系：偏差流量Δq瞬時時計算式：Δq=Q1-(A··VS+Q00)Δq：偏差流量(m33/min))A：刀盤面積(m22)VS：頂進速度(m//min)上式變換可得到排排泥流量計算算式：Q1=(A·VSS+Q0)++Δq②掘削量的判別方法法偏差流量為正值時時，頂管機處處于"超挖"狀態(tài)，干砂砂量比標準值值大；偏差流流量為負值時時，頂管機處處于"溢水"狀態(tài)，干砂砂量比標準值值小。當發(fā)現(xiàn)掘削量過大大時，應立即即檢查泥水密密度、粘度和和切口水壓。在在查明原因后后應及時調(diào)整整有關(guān)參數(shù)，確確保開挖面穩(wěn)穩(wěn)定。4泥水平衡頂管施工工引起的地面面沉降規(guī)律施工過程中的地面面沉降過程分分兩個階段。第5節(jié)和第10節(jié)頂進結(jié)束后的地表沉降變化見圖6。由圖6可知，泥水平衡頂頂管在頂進過過程中引起的的地面沉降變變化可分為兩兩個階段。第第一階段是指指開挖面達到到測點之前的的沉降或隆起起。它主要是是由于泥水壓壓力引起的，泥泥水壓力過高高，使開挖面面受擠引起地地面隆起；泥泥水壓力過低低，使開挖面面應力釋放引引起地面沉降降。第二階段段是指從頂管管機切口達到到測點至頂管管機尾離開測測點時間范圍圍內(nèi)引起的沉沉降或隆起。該該段的地面變變化主要是由由頂管機及隧隧道移動對地地層的摩擦和和剪切引起的的。此外，平平面或高程糾糾偏引起的單單側(cè)土體附加加應力也將影影響此階段的的地面沉降。圖6第5節(jié)和第10節(jié)頂進進結(jié)束后的地地表沉降變化化圖5泥水平衡頂管特殊殊施工技術(shù)(1)洞門止水水技術(shù)①封門形式在工作井洞門外側(cè)側(cè)無法設置有有效的鋼封門門，雖制作時時采用由雙榀榀［16＃組成的直直排內(nèi)封門，但但無法在井壁壁洞圈上安裝裝有效的出洞洞止水裝置，洞洞門與頂管機機及管節(jié)間的的建筑空隙難難以處理，而而內(nèi)封門拔除除時的土體損損失又是巨大大的。本著安安全第一的原原則，出洞過過程中采用井井內(nèi)外封門的的形式，以便便于在井內(nèi)拔拔除封門和封封堵建筑空隙隙，見圖7。圖7封門改造圖在井內(nèi)封門外側(cè)安安裝一只方形形鋼箱，使其其包絡內(nèi)封門門所有雙榀［［16＃，兩側(cè)焊焊接在內(nèi)封門門外緣雙榀［［16＃上，上部部開口，以拔拔除雙榀［16＃，下部與與底板預埋件件相連接固定定。方箱上設設一預留孔。在方形鋼箱外側(cè)安安裝一只圓形形鋼套，鋼套套與方形箱采采用焊接方式式連接可靠。其其內(nèi)布置有三三道盾尾鋼刷刷，并在相應應兩道鋼刷之之間沿外圈各各布置球閥。另另外，在鋼套套后部安裝兩兩道鋼環(huán)板，以以安裝簾布止止水橡膠帶?！ぶ顾鹉z帶安裝：：頂管機殼體與洞口口的建筑空隙隙的止水密封封，是保持倉倉壓力的先決決條件，必須須在洞口設置置密封性能良良好的止水裝裝置。其緊貼貼頂管機及管管節(jié)外殼，在在泥水壓力作作用下能更緊緊貼殼體，形形成良好止水水效果。②洞門內(nèi)油脂壓注和和粘土填充·油脂壓注：為了確保頂管機正正常出洞，防防止?jié)櫥酀{漿漿液及切口口泥水后竄至至井內(nèi)，利用用圓形鋼套上上所預留的壓壓注孔在三道道鋼刷之間充充分壓注油脂脂，并且在頂頂進過程中不不斷地加注?！ざ撮T內(nèi)填充粘土：：由于泥水平衡式頂頂管機必須具具備正常的泥泥水壓力后才才能正常施工工，所以洞門門內(nèi)一定要填填充粘土，并并具備一定的的土壓力，以以形成正常的的泥水平衡系系統(tǒng)。(2)管節(jié)止退技技術(shù)在頂管出洞段拼裝裝管節(jié)過程中中極易引起頂頂管機的后退退，導致刀盤盤正面的切口口水壓突降，從從而造成正面面土體坍塌、泥泥水平衡效果果破壞等嚴重重后果。①特殊管節(jié)制作由于頂管正面泥水水壓力偏大，較較難采用常規(guī)規(guī)的抱箍剎形形式止退，需需考慮在管節(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)不受影影響的前提下下在管節(jié)前部部設置預埋鋼鋼套環(huán)。②止退裝置安裝在鋼套上焊接螺栓栓(F36mm)的固定支座座，每節(jié)管節(jié)節(jié)頂進結(jié)束后后，在管節(jié)的的預埋鋼環(huán)上上對應焊接固固定支座，然然后用螺栓將將鋼套和管節(jié)節(jié)連接牢靠，避避免在拼裝過過程中的管節(jié)節(jié)后退，見圖圖8。圖8止退裝置圖(3)隧道減阻技技術(shù)對于長距離頂管來來說，為減小小頂力，確保保頂進順利，其其關(guān)鍵是在頂頂管頂進過程程中向隧道外外側(cè)壓注潤滑滑泥漿以形成成高質(zhì)量的泥泥漿套。①漿液配比頂管出洞試驗段施施工及室內(nèi)試試驗證明，適適合本工程的的漿液配比(1m3)見表4：②注漿量頂管全斷面處于灰灰色砂質(zhì)粉土土層內(nèi)，該土土層土體流塑塑性大。注漿量=理論建筑筑空隙×500%%單節(jié)管節(jié)注漿單位：kg指導導配比

表4膨潤土水純堿CMC稠度40085062．512～14漿液質(zhì)量指標為：：稠度12~14ccmb.ppH9~110c.析水率＜2%量V=［3×3.14×((2.6622-2.6442)/4］×500%%=1.255m3③注漿順序地面拌漿→啟動壓壓漿泵→總管閥門打打開→管節(jié)閥門打打開→送漿(頂進開始)→管節(jié)閥門關(guān)關(guān)閉(頂進停止)→總管閥門關(guān)關(guān)閉→井內(nèi)快速接接頭拆開→下管節(jié)→接2寸總管。④注漿原則合理布置注漿孔，使使所注潤滑泥泥漿在隧道外外壁形成比較較均勻的泥漿漿套。同時嚴嚴格控制注漿漿量，防止單單個注漿孔注注漿量不足或或超量。壓漿時必須堅持""先壓后頂，隨隨頂隨壓，及及時補漿"的原則，泵泵出口處壓力力控制在03～0.4MPPa。利用中繼間接力頂頂進時，使泥泥漿迅速填滿滿工具管后管管節(jié)周圍出現(xiàn)現(xiàn)的空隙，形形成完整的泥泥漿套，達到到最佳的減阻阻效果。同時時，由于在頂頂進中泥漿的的流失、滲透透，在一號中中繼間以后的的隧道沿線經(jīng)經(jīng)常進行補壓壓漿，保證整整條頂管處在在一個良好的的泥漿套中。根據(jù)實際施工經(jīng)驗驗，在深層砂砂土中，靜態(tài)態(tài)和動態(tài)的周周邊阻力相差差極為明顯，一一旦頂進中斷斷時間較長，管管節(jié)和周圍土土體固結(jié)，在在重新起動時時就會出現(xiàn)"楔緊"現(xiàn)象，一般般頂力要達到到正常情況的的1.4～1.6倍。在頂管管施工中，采采取24h連續(xù)施工，使使管節(jié)基本處處于動態(tài)平衡衡之中，見圖圖9。圖9總頂力圖(4)穿越江中中段主要防范范措施①防止江底冒漿(防防冒)措施·合理控制頂進速度度：初始頂進時，頂進進速度應緩慢慢調(diào)節(jié)至正常常頂進速度。由由于土倉體積積較小，速度度的突變將造造成

土倉外建建筑空隙變小小，導致泥水水壓力急劇上上升?！栏窨刂魄锌谒畨簤翰▌臃秶海喉斶M過程中嚴格控控制切口水壓壓的波動范圍圍，將切口水水壓控制在0.2±00.01MPPa之間，若切切口水壓波動動較大，則應應立即轉(zhuǎn)換到到"旁路"狀態(tài)，待切切口水壓恢復復正常后方可可繼續(xù)頂進?！栏窨刂茲櫥酀{的注漿壓力：注漿壓力一般控制制在0.3MPPa以下，以免免注漿壓力過過高而發(fā)生泥泥漿冒頂現(xiàn)象象。·江底冒漿對策：當發(fā)現(xiàn)江底冒漿時時，如果是輕輕微的冒漿，在在不降低開挖挖面切口水壓壓下適當加快快頂進速度，提提高管節(jié)拼裝裝效率，使頂頂管機盡快穿穿越冒漿區(qū)。當當冒漿嚴重，則則應采取如下下措施：將開挖面切口水壓壓降低到與土土壓和水壓之之和相平衡為為止。適當提高泥水密度度和粘度。將開挖面水壓返回回到正常狀態(tài)態(tài)進行掘進。②防止江底土層沉降降(防塌)·按設計值設定切口口水壓：頂進過程中應按設設計值設定切切口水壓，并并根據(jù)頂進時時刻的潮位變變化情況對其其進行相應調(diào)調(diào)整。由于設設備原因使切切口水壓低于于設計值時，應應停止正常頂頂進，待切口口水壓恢復至至設計值后，方方能繼續(xù)進行行正常頂進?！みm當提高泥水密度度及粘度：頂進過程中應根據(jù)據(jù)實際情況采采用高質(zhì)量的的泥水(即高密度、高高粘度的泥水水)維持泥水平平衡。③防止吸口堵塞(防