赵敏杰
【摘 要】上海黄浦江上游闵奉原水支线工程MFZ-C2标应用了新型钢筋预应力钢筒混凝土管材顶管(JPCCP).针对JPCCP管材自身高精度的特点,提出了一套适用于JPCCP顶管施工的综合控制技术,其中突出强调了JPCCP顶管不同于一般顶管施工的关键性措施,以实现JPCCP顶管高精度、精细化控制施工的技术目的.
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2019(041)002
【总页数】4页(P301-304)
【关键词】JPCCP顶管;轴线控制;顶力控制;设备联动
【作 者】赵敏杰
【作者单位】上海市基础工程集团有限公司 上海 200002;上海城市非开挖建造工程技术研究中心 上海 200002
【正文语种】中 文
【中图分类】TU712
预应力钢筒混凝土管（PCCP）最早由法国的邦纳公司研制，在国内外应用广泛[1-3]。该管道材料是一种具备高强度、高抗渗性和高密封性的复合型管材，集合了钢板、钢筋、高强钢丝、高强混凝土和橡胶密封圈制造而成[4-7]。PCCP管因其承受内外压力较高（高强钢丝缠绕）、接头密封性好（双道橡胶圈）、抗震能力强（柔性接口，适用转动能力强）、施工方便快捷（承插式安装）、防腐性能好（混凝土结构）、运行费用低（内壁光滑，摩阻力低）等优势，与同口径的钢管相比，PCCP管在管材价格上也具有较大的经济优势。
通过上海地区多个重大输水工程（如青草沙原水工程）的前期研究发现，虽然PCCP管材价格具有优势，但上海地区由于软土层较厚、地下水位较高，需要采用支护开挖，且征借
地和绿化赔偿费用较高，采用PCCP开挖埋管的成本往往高于钢管顶管，不具有经济优势。因此将PCCP管与顶管施工方式相结合是既能降低工程造价，又能发挥PCCP管特点的创新举措。为此，开展PCCP顶管，即预应力钢筒混凝土管顶管（JPCCP）的技术研究是管道领域一项重要的技术进步。打包交易
作为新型顶管管材，JPCCP管节是一种多层复合型结构，具有顶管施工轴线要求高、管节接口止水薄弱、接口允许张缝极小等特点，使得JPCCP顶管施工难度极大地增加。JPCCP顶管综合控制施工技术的研究即针对JPCCP管自身结构及施工特性，从顶管施工轴线控制、顶力控制及管内设备自动化联动3个方面进行阐述，精细化顶管施工过程控制，实现JPCCP顶管的顺利贯通。 1 背景工程JPCCP应用概况
黄浦江上游闵奉原水支线工程是黄浦江上游水源地连通管工程的支线工程，位于上海市奉贤区，创新实施了上海地区首次应用的新型钢筋预应力钢筒混凝土管材顶管技术，分别在JN14—JN13和JN14—JN15这2段区间段采用了外径3 600 mm的JPCCP管节用于顶管施工（图1），按照设计要求，单口水压试验压力为1.8 MPa，试验压力为0.9 MPa，运行压
力达到0.6 MPa。
2 JPCCP顶管特点
JPCCP是一种预应力钢筋混凝土与非预应力钢筋混凝土复合而成的新型管材，其中预应力部分主要负责承担内水压力和外部荷载，非预应力部分主要负责承担轴向顶力和预应力钢丝的防腐（图2）。
图1 JPCCP顶管作业区段
图2 JPCCP管节结构效果图
JPCCP管接口采用前后管承插的柔性接口方式，管节接口依靠2 mm精度的拼接间隙，将止水橡胶条压缩充盈在槽口中，保证接口在0.9 MPa的设计压力下不漏水（图3）。JPCCP顶管管节间止水橡胶圈密封性能良好是保证水压试验通过、整条JPCCP管区段合格的必要条件。
图3 JPCCP管节接口承插拼接示意
JPCCP管结构由内至外分别为素混凝土层、止水钢筒、预应力钢丝混凝土层和钢筋混凝土层，内壁混凝土厚度较薄，仅70 mm，一旦顶管轴线出现偏差较大情况，在纠偏过程中，无法通过打设拉结螺栓进行管节张缝控制，有可能出现管节间张缝继续拉大、张缝角度继续扩大的情况。该情形下将难以进行有效的管节纠偏控制，同时顶进轴力也将在管节接缝处内外重新分配，集中在纠偏路径外侧的内圈混凝土和内侧的外圈混凝土上，造成管节接口处止水橡胶条失效甚至混凝土压碎的问题（图4）。 泄洪闸
因此，JPCCP顶管施工控制要求极高，难度极大，主要体现在3个方面：
图4 JPCCP顶管纠偏示意
1）轴线控制要求高：JPCCP管不允许有大角度的纠偏，否则将给管节自身结构及橡胶止水条的安全带来极高的风险。
2）顶力控制要求高：当管节接口处出现应力集中的现象时，即便后座顶力在允许范围内，管节间的局部应力也可能已经超出了承受极限，给接口处的管节混凝土面及止水橡胶条都带来较大的安全风险，因此对顶力提出了更高的控制要求。高清视频传输
3）顶管信息化程度要求高：由于管节间为柔性接口，偏转角过大及应力集中的现象可能会出现在顶管过程的任意时刻及管节间，故需对顶进过程进行动态全过程控制，对顶管信息化程度提出了较高的要求。
3 背景工程JPCCP顶管综合控制施工技术
3.1 顶管轴线控制技术
JPCCP管轴线控制主要从工具管、中继间、特殊管节、测量系统4个方面采取措施，各项措施在轴线控制过程中各司其职，充分发挥各项措施自身的性能。
3.1.1 工具管的轴线纠偏控制
在顶管施工中，顶管机的行进轨迹决定了后续跟进管节的顶进路径，故而控制顶管机的行进轴线始终与设计轴线偏差在允许范围内是顶管施工纠偏的重要工作。顶管机自身的姿态即是影响顶管行进路径的决定性因素。
顶管工具管内安装有姿态仪，可以通过信号传输系统及时观察到顶管机头的姿态偏差情况，从而有针对性地进行纠偏调整。
同时顶管机内还增加有联通管、垂球坡度板等辅助测量的措施，进一步对测量数据进行校核。
3.1.2 工具管后特殊管节A的辅助纠偏
顶管工具管后布置3节机头特殊管节A（图5、图6），并在管节间布置位移计，一方面起到作为工具管纠偏反力平台作用，另一方面可以提前预知张缝。
图5 特殊管节A布置位置
特殊管节A布置于工具管后面3节，采用钢管卷制，端头密封与JPCCP相同，并安装脱管装置。特殊管节自身具备一定的拉开张缝的能力，能有效形成偏转角。特殊管节须顶出接收井，可重复用于其他区间的顶管。
图6 特殊管节A实物
工具管后的机头特殊管节A主要有以下作用：
1）进行工具管姿态调整纠偏时，必须依靠后续管节提供受力平台，工具管的纠偏施工是动
低压注塑成型
态实时进行的，故而工具管与后续管节间需频繁的拉开张缝形成偏转角，甚至有可能出现较大张缝的情况，JPCCP管材结构不适合直接连接工具管，故而采用特殊管节A，其具备拉开一定张缝的能力，满足辅助工具管纠偏的需求。
2）工具管在纠偏形成轨迹后，若直接跟JPCCP管节，当纠偏角度较大时，JPCCP接口为柔性接头，可能无法随着工具管形成良好、缓和的纠偏轨迹。
当采用机头特殊管节A后，可在机头与管节A、管节A与管节A间进行螺栓拉结，形成一定长度且具备一定刚度的整体，在跟随顶管机纠偏轨迹时，能将较大的纠偏轨迹通过刚性整体的滑动拓展为相对缓和的轨迹，使得后续JPCCP管节间不需要拉开较大张缝进行偏转，保护JPCCP接口的结构和止水功能。
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3）特殊管节A由于紧跟工具管，故在工具管行进路线出现一定偏差后，特殊管节间在偏移区段即拉开张缝形成张角，后续管节行进至此时也会重复相同的动作，由此可见，特殊管节A还起着为后续JPCCP管预估张角的作用，便于预警并针对可能出现的特殊情况，及时采取相应的应急处理措施。
3.1.3 中继间及配套特殊管节B的轴线纠偏控制
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在顶管施工中，可利用中继间对后续管节的顶进轨迹进行纠偏调整，减小由于工具管纠偏轨迹带来的张角变化，并为后续管节塑造相对平缓的纠偏轨迹，辅助顶管工具管进行纠偏。
由于JPCCP管节间需有效控制张缝的大小，以避免结构性损坏或止水功能的丧失，故而无法有效地拉开张缝为中继环的纠偏提供帮助，故需在中继环的前后2段设置特殊管节B，辅助顶管机进行中继环的纠偏。
特殊管节B布置于JPCCP中继环前2节和后2节（图7），管材为JPCCP，增加预埋钢环及内层混凝土钢筋笼，在特殊管节上设置压浆孔。
图7 特殊管节B布置位置
特殊管节B在顶管施工完成后依然存在于管道中，不另外进行处理。
特殊管节B的作用主要在于利用管节B内预埋钢环，设置拉结螺栓使前后2根特殊管节成为刚性整体，为JPCCP中继环的纠偏提供反力平台，同时若中继环角度偏大，可通过螺栓拉结的作用，控制张缝的大小，确保中继环纠偏施工的顺利进行。
3.1.4 全自动测量
顶管采用全自动测量系统进行顶管施工测量，管内设自动测站，可在较短时间内满足JPCCP管较大的测量频率，并能提供准确可靠的测量数据。
