大口径顶管大曲率施工方法的创新.doc

创新型QC课题大口径顶管大曲率施工方法的创新编写人：沈鹏飞 发布人：徐俊浙江交工集团股份有限公司地下工程分公司半山电厂－崇贤（半山电厂侧）π入半山变220千伏线路电缆隧道工程项目QC小组二○一七年十一月目 录一、工程概况 2二、小组简介 2三、选择课题 3四、设定目标 4五、提出各种方案并确定最佳方案 5六、 制订对策 10七、 按对策实施 11八、效果确认 17九、巩固措施和标准化 17十、总结和下一步打算 18大口径顶管大曲率施工方法的创新浙江交工集团股份有限公司半山电缆隧道工程QC小组一、工程概况半山电厂－崇贤（半山电厂侧）π入半山变220千伏线路电缆隧道工程位于杭州市拱墅区， 起始于半山变220kv出线间隔，至半山燃煤电厂止线路全长657.169米，其中613.069米为内径DN3.5米圆形顶管，K0+621.918～K0+657.169段为明挖矩形内净空2.2*2.6米隧道，全线共设置 4座工作井本项目顶管工程分三个区段，均穿越粉质土层，2#-1#工井区段长193.58米，最小平曲线半径597.626米，2#-3#工井区段为直线，长160.965米；3#-4#工井区段长229.61米，最小平曲线半径1000米。

其中2#-1#工井区段相邻管节转角为0.24°，接近《顶管技术规程》规定的转角上限，再叠加上大管径的因素，曲线段管节外侧的最大张口量达到了17.32mm，施工难度大，利用顶管机内的纠偏千斤 顶施工曲线段无法达到设计要求2#-1#工井区段斜穿电厂热水河约100米，覆土深度5.1米，小于规程要求1.5倍顶管外径，大曲率顶 进扰动原状土，沉降过大容易击穿河床，河水灌入顶管，极易造成重大安全事故8二、小组简介表1 QC小组简介表小组名称半山电厂－崇贤（半山电厂侧）π入半山变22 0千伏线路电缆隧道工程项目QC小组小组编号QC2017-6-5课题名称大口径顶管大曲率施工方法的创新课题编号ZJJGQC2017-6-5课题类型创新型小组人数10组长陈建军成立时间2017年6月25日注册日期2017年6月30日活动时间2017年7月～2017年11月活动频次2次/月，出勤率98%制表人：沈鹏飞 制表时间：2017年7月30日表2 小组成员简介表序号姓名性别年龄文化程度组内职务职称（工种）小组分工TQC教育时间1陈建军男35本科组长高级工程师方案策划802沈鹏飞男33本科副组长工程师方案策划803辛国强男41本科副组长工程师方案实施804徐俊男28本科成员工程师施工605刘唐华男30本科成员工程师施工606潘晓男30本科成员工程师施工607吴正柏男24本科成员助理工程师机 料608谢宇翔男23本科成员助理工程师监 控409汪业青男28硕士成员工程师试 验5010朱德帝男25本科成员助理工程师安全50制表人：沈鹏飞 制表时间：2017年7月30日三、选择课题1、本工程顶管管节外径4140mm，内径3500mm，是目前浙江省管径最大的顶管。

2#-1#工井区段的曲线段曲率半径为597.626米，相邻管节转角为0.24°，接近《顶管技术规程》规定的转角上限，再叠加上大管径的因素，施工难度极大，利用顶管机内的纠偏千斤顶施工曲线段 无法达到设计要求2、2#-1#工井区段斜穿电厂热水河约100米，覆土深度5.1米，小于规程要求1.5倍顶管外径，大曲率顶 进扰动原状土，沉降过大容易击穿河床，河水灌入顶管，极易造成重大安全事故3、大口径顶管大曲率施工在我公司尚属首次，无现成技术资料及施工经验可查，必须研发整套工艺方法，满足项目产施工质量、安全及进度要求4、顶管法作为非开挖技术，在城市综合管廊、地下通道等工程建设中获得了越来越多的 应用随着技术的成熟，现实需求的提高，我国顶管工程的管径设计普遍越来越大，线路也越来越复杂，大口径大曲率顶管施工是每一个地下工程施工人员都很难回避的课题，亟待通过 实践去摸索出先进的创新方法，去解决新的问题，提高现有施工水平综上所述，我们选定“大口径顶管大曲率施工方法的创新”作为本小组活动课题四、设定目标1、确定目标创新一种大曲率顶管施工方法，能够顺利完成设计最小平曲线半径597.626米的顶管段施工目标制图人：徐俊 制图时间:2017年8月5日图4-1目标设定2、目标可行性分析（1） 本小组创新意识高，思维活跃，创新研究积极主动；骨干成员地下工程施工经验丰富， 致力于创新型QC课题的研究，并取得较好成绩。

小组具备各种专业技术人才，具有很强的实 践操作能力；本公司致力于建设国内一流的地下施工企业，对技术创新研究提供经济与技术 上的强力支持，总师室组织内部专家研讨会针对大口径顶管大曲率施工进行方案策划结论：在组织上，本目标实现是可行的（2） 本工程所配备的顶管施工协作队伍经验丰富，所配备的顶管机械设备在始发前也经过专家评定具备完成该项顶管施工的能力，在2#~1#工井区间段大曲率顶管施工前，本工程已 经顺利完成了3#-4#工井区段最小平曲率半径1000米段，以及2#~3#工井区间直线段顶管施工上述两段顶管不仅顺利顶通，轴线与坡度符合设计要求，而且在顶进过程中，成功的沉降控制符合规范要求， 队伍与机械设备均经过实践的考验结论：在协作队伍、机械设备配置、实践经验方面本目标实现是可行的（3） 通过理论计算，2#~1#工井区间顶管段曲线半径为597.626米，根据已知顶管轴线曲线 半径R=597.626米，单节管节长度L=2.5米，则相邻管节转角=L×360°/2πR=0.2398°≈0.24°得出 相邻管节转角为0.24°，我工程通过机头的纠偏千斤顶可以完成最大0.2°的转角，如下图α角， 再通过我额外施加的可调补偿铰，或者增加中继间，在顶管机头与首节管之间形成补偿张口β 角，进行补偿，完全可以达到0.24°的转角需求。

本工程施工中α控制在0.15°~0.20°，β控制在0.0 6°~0.10°，在推进过程中有充足的余量进行纠偏控制，确保顶管按照设计轴线顺利推进结论：通过理论计算目标实现是可行的五、提出各种方案并确定最佳方案1、方案的提出QC小组召开会议，围绕课题和目标集思广益，总结了前面两段顶管的实践经验，结合工程实际需求，，提出了几项可行的实施方案，并逐个进行系统的整理分析方案一：在机头与首节管之间增设一个中继间，拟定增加的中继间行程为30厘米，最大偏转角度0. 1°，通过中继间千斤顶不均匀伸缩，右侧千斤顶加大伸长量，左侧千斤顶缩回，产生左转的偏 角，从而增大曲率，控制轴线方案二：在顶管机与首节管间设置可调补偿铰，补偿铰β角偏转角度拟定为0.06°~0.10°，因为通过 调节机头纠偏千斤顶来调节α角比较方便，故β角初始值按最大值0.1°设定，顶管在轴线中的偏 转角Θ=0.24°，L=2.5米，管节外径D=4.14米,管节外半径R=2.07米顶管轴线曲线段圆曲线半径R=597.626米，故单节管子推进后产生的与曲 线偏转距离S=tan（Θ+β）×L=14.8mm,顶管轴线圆曲线外侧（东侧）首节管在施加补偿铰以后张 口量=2π（R+r）×（Θ+β）/360°-2π（R-r）×（Θ+β）/360°=24.57mm≈25mm.为了满足这个张口量，我项目部准备了三种规格的钢板，15×400×280mm（弧形钢板）、10×400×28mm（矩形钢板）、2×400×140mm（矩形薄铁皮）通过上述钢板填充张口，通过顶管机纠偏千斤顶和补偿铰共同作用控制顶管轴线按设计曲线顺利顶 进。

方案三：管节长度由原设计2.5米缩短为1.5米，根据已知顶管轴线曲线半径R=597.626米，现单节管 节长度由L=2.5米变更为L=1.5米，则相邻管节转角=L×360°/2πR=0.1438°，我工程通过机头的 纠偏千斤顶可以完成最大0.2°的转角，因此通过减小管节转角和张口量，使现场现有机头具备 完成此段曲线顶管的能力，可以通过机头纠偏千斤顶直接来控制轴线制图人：徐俊 制图时间:2017年8月5日图5-1顶管轴线示意图为了进一步分析所提出方案的优缺点，小组成员制订了大口径大曲率顶管施工方法分析表序号方案名称方法简介优点缺点1增设中继间增设中继间，通过中继间千斤顶伸缩增大纠偏量， 补偿顶管机纠偏量不足部分，控制轴线技术成熟，千斤顶电脑控制，操作简单、位移量精确制作安装成本高，且无法回收、容易渗漏水、施工周期长2设置可调补偿铰在顶管机与首节管间设置可调补偿铰，通过顶管机纠偏千斤顶和补偿铰共同作用控制轴线安装方便、经济成本低、转弯效果好、不影响施工工期并且原状土扰动小顶管机千斤顶伸缩控制要求高，顶管机与首节管易脱节，引起隧道进水3调整管节长度管节长度由原设计2.5米缩短为1.5米，通过减小管节转角和张口量来控制轴线利用成熟技术即可完成施工任务，作业安全。

管节长度调整必须通过设计变更，审批程序时间长接缝增加， 导致管节成本上升且渗漏水概率增加大口径大曲率顶管施工方法分析表制表人：刘唐华 制表时间:2017年8月5日2、方案的评估及选定项目技术特点经济合理性难易程度实用效果结论方案对比分析表方案一增设中继间1、根据实际情况定制一个中继间2、中继间安装及使用3、中继间千斤顶回收制作费用：20 0000元安装费用：50 000元合计250000元复杂本方案能够满足施工需要，且施工安全可靠， 操作简单本方案实施操作简单，施工安全，但成本高，工期长， 不选用1、材料准备，包括工字钢材费用：10 000元安装费用：50 00元合计：15000 元本方案能够满足施工需要，不需要占用施工工期，操作精度要求高本方案成本低，经济效益好，完全能够满足施工需要， 且不需要占用施工工期，选用钢、弧形钢板、矩形钢方案二板等设置可调补偿2、通过顶管机头铰接伸缩使得顶管机头与首节简单铰管间产生间隙3、安装弧形钢板、矩形钢板等形成可调补偿铰方案三调整管节长度1、由设计出设计变更图纸2、管节厂家生产相应长度管节3、养护完成达到强度后使用模具两套：10 0000元管节成本：78 000元合计：178000元简单本方案能够满足施工需要，但变更程序复杂， 管节渗漏概率增加本方案前期审批时间长，管节成本高，不选用制表人：刘唐华 制表时间:2017年8月5日分析结论：小组认为，。