污水成套处理设备(复杂环境超长超大顶管工程成套施工装备与技术研发及应用)

Posted 2023-05-31

篇首语：尺有所短；寸有所长。物有所不足；智有所不明。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了污水成套处理设备(复杂环境超长超大顶管工程成套施工装备与技术研发及应用)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

污水成套处理设备(复杂环境超长超大顶管工程成套施工装备与技术研发及应用)

编者按

近日，2022年度华夏建设科学技术奖获奖项目名单揭晓，市住房城乡建设管理委共有10项推荐项目获奖。我们将陆续推出“华夏建设科学技术奖上海获奖项目”系列报道，带您领略上海住房和城乡建设行业的最新科技成果。

今天，住建君为您介绍一等奖项目

复杂环境超长超大顶管工程

成套施工装备与技术研发及应用

顶管法是一种地下工程非开挖施工技术，具有碳排量低、适应性强、环境影响小及施工效率高的优点，广泛应用于原水管道、污水干线、地下交通等工程建设，但在特大城市更长距离、更大断面的民生需求面前仍存在巨大挑战。

△上海轨道交通14号线静安寺站

超大城市人口多、面积大，城市“生命线”网络需要覆盖的范围广，尤其是对于城市供排水总管来说，水源地和排水口往往远离城市，管线距离很长。同时，地下交通是城市立体交通网的重要一环，是城市“生命线”网络的重要组成部分，也是解决交通拥堵的重要节点。伴随城市发展，道路行车量增加，车道数量的需求也随之提高，断面的也越来越大。

复杂的地质条件、敏感的周边环境、超长的穿越距离和特大的顶进断面，顶管法技术面临着新的挑战：

复杂的地质条件要求顶管施工装备适用性更广；

敏感的周边环境要求顶管施工技术精细度更高；

超长的穿越距离和特大的顶进断面都需要更大的顶力，使得管节结构处于高应力水平，三维应力状态复杂。

这些不仅仅是国内顶管法技术应用遇到的新挑战，也是国际上顶管工程建设中前所未有的难题，可以说在地下的每一次顶进，都是一次重要的突破。在城市核心区繁忙的车道和密集的建筑下，静默施工、精准高效、确保社会生活不受影响是顶管法建设的初心。在国家“双碳”战略背景下，绿色施工、集约资源，是顶管法建设必须要履行的使命。

针对以上技术难题，项目联合了上海市基础工程集团有限公司、上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司、上海交通大学、同济大学、中铁隧道局集团有限公司和上海隧道工程有限公司，基于10余项国家和省部级科研项目，开展产学研联合攻关，历时15年，在超长超大顶管工程方面取得了系列创新性成果。

系列创新性成果

建立了基于管土耦合、阵列推进和环境安全的顶管分析设计方法

针对长大顶管管土作用机理不明，超大长径比顶管穿越复杂地层时，应力路径复杂，纵向动态稳定机理研究不完善的现状，开展超长超大顶管，动态顶进中关键致灾机制研究，探究顶管阵列式顶推顺序的空间叠加效应，及其对顶管内力和变形的影响规律，建立了复杂应力路径下钢顶管纵环向稳定分析算法，阐明了管土相互作用影响下钢顶管的屈曲失稳机理。

针对矩形大断面顶管开展了断面型式、管节分块、节点构造、接缝防水等专项研究。并结合振动台试验及三维地震响应数值模拟计算，形成了适用于新型阵列顶管，地铁车站的，抗震设计简化计算方法和抗震评价指标，并相应提出关键节点的抗震构造。

开发了适应复杂地层、超长距离和特大断面的顶管掘进设备体系

研制了复合式平衡顶管掘进机，其具有大扭矩和无级变速功能，刀盘结构为幅条型，开口率大、耐磨程度高，纠偏油缸倾斜方向布置，利于不均匀地层纠偏，还可以自动控制膨润土及添加剂注入，掘进全过程可视化、施工参数数字化和低能耗。有利于施工过程中开挖面稳定、变形控制，且占用场地较小。

△复合式土压平衡顶管机

△复合式泥水平衡顶管机

研制了多刀盘平行轴式和大刀盘与偏心刀盘相组合的大断面矩形掘进机，掘进机刀盘系统刚度大，掌子面稳定性强，切削率高，适合环境保护要求高的微扰动施工。

△多刀盘平行轴式矩形顶管机

△大刀盘组合式矩形顶管机

研发了组合式耐高压密封式中继间环，其密封装置可调节可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调换。通过中继环工艺工序和控制系统创新、多参数调整优化联动、协同后座主顶系统形成中继环动态耦联控制系统，实现多中继间同时工作下的蚯蚓式连续蠕动顶进和钢顶管多维曲线精准顶进，大幅提高顶管施工效率和精度。

研发了实现智能控制、精准高效和静默穿越的顶管系列施工工艺

研发了自补偿止退工艺，通过实时监控千斤顶轴力及行程，根据上一环管节推进位置对千斤顶行程进行微调，并加设机械锁防止千斤顶后退。研发采用了纵向拉紧工艺，提高施工期间顶管段整体刚度，尽可能减少顶管群阵列顶进时的相互影响。

研发了掌子面稳定自适应控制系统，可实现动态调节掌子面泥水压力、实时控制切削土量、排泥速度，和顶进速度。系统开发了顶管姿态控制技术，实现了对顶进轴线和姿态的精准控制；形成了自动注浆-减摩泥浆套系统，并搭配中继环接力技术，确保了施工中顶力的优化配置与连续传递。研发了自动测量系统，解决长距离顶管测量基站繁多、受施工干扰精度不高、曲线测量视距受限等问题。还研发了远程自动注浆技术，实现了多断面自动调节同步注浆，保障了长距离顶进的减阻效果。

结合信息化技术、PLC系统、顶管机外的线性控制、环境监测等多维度数据，建立了施工全过程的实时监测反馈系统，并集成各项自动控制技术形成数字化管控平台，对掘进机设备实现全生命周期管理和实时风险预警。

项目取得授权发明专利30项、实用新型专利13项、软件著作权7项；形成省部级工法11项；主编标准10部；撰写专著1部，编著6部；发表论文56篇。

项目成果已在全国10余城市30多项工程中成功应用并取得良好效果。代表性工程包括：苏州阳澄湖引水工程、上海污水治理南干线工程、上海黄浦江水源地连通管工程、上海临港污水处理排海管工程、上海轨道交通14号线静安寺站、嘉兴快速路环线工程，为我国超长超大顶管工程建造提供了有力的技术支撑，社会经济效益显著。

△上海临港污水处理排海管工程

△嘉兴市区快速路环线工程

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供稿：委科信处

编辑：王思琲

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