大口径长距离曲线钢顶管成套技术创新与应用 - 中国城镇供水排水协会（中国水协）唯一官方网站

项目简介
钢顶管因其管材加工性高、变形适应性强、耐高水压等特点，在输水工程中得到了大量应用。但随着输水管道逐渐向大口径、长距离、大埋深、急曲线的方向发展，也给钢顶管在相关领域的施工应用带来了技术难题。本项目通过产学研联合技术攻关，研发了一系列先进的施工工艺和设备，在多个大型顶管工程中得到顺利实施和应用，推动了钢顶管技术的发展。项目研究成果鉴定为国际先进水平。
主要技术内容
（1）创新点
1）曲线钢顶管顶进受力分析理论及计算方法研究
建立了考虑管土摩阻力和管浆摩阻力的曲线顶管顶力计算公式，填补了国内曲线顶管顶力计算理论空白。揭示了管周土体与管道相互作用机理，建立了考虑土拱效应的钢顶管土压力分布模式，提出了管道环向弯矩的计算修正系数，形成钢顶管结构优化设计方法。提出了基于一阶剪切变形板理论的圆柱壳轴压屈曲有限条法分析方法，系统地建立了考虑非线性弹性地基作用的钢顶管稳定分析理论，阐明了钢顶管几何参数和复杂工况对局部和整体稳定临界荷载的影响规律。
2）曲线钢顶管自适应控制成套装备研发
开发了基于锁紧回路主动铰接的顶管机协同纠偏控制系统，提出了压力、流量变量泵、主顶油缸复合控制机理的顶进控制算法，建立了内环电磁阀位置检测反馈，外环压力、流量检测反馈的双闭环电液比例控制方法，研发了具备高响应性、载荷顺应性的自适应液压变量控制泥水平衡顶管机和集伺服全站仪自动控制、机器学习自动测量、多设备联动控制、自动数据解析、数据无线通讯于一体的长距离曲线顶管自动测量导向与控制系统，研制了顶管接收舱装置及套管接收施工工艺。
3）复杂环境条件下小曲率半径顶管结构设计与施工工艺创新
设计了一种装配式承插接头曲线钢顶管，解决了小曲率半径钢顶管结构受力变形问题，形成了涵盖装配式承插接头和连续焊接接头钢顶管的曲线顶进设计体系。开发了大口径长距离曲线钢顶管管节改造中继间施工工艺，提出了基于内外压和温度作用下中继间结构受力特性的中继间闭合施工技术。

图顶进阶段分节钢管节接头构造图
（2）应用推广情况
目前，本项目的大口径长距离钢顶管曲线顶进成套创新技术已成功应用于上海、厦门、宁波等国内多项重点工程中，管道建设总长度达到480km，供水规模累计约1760万m3/d，服务总人口3900万人，节省总投资约1.72亿元，取得了极大的经济和社会效益。
（3）经济、社会效益情况
本项目的研究成果有效保障了复杂环境下钢顶管的施工，显著降低了顶管法施工对周边环境的影响，节约了土地资源，降低了施工噪音和扬尘，实现了安全、高效、节能，微扰动的设计施工理念，满足节约资源和环境保护的要求。经济上，在2019-2021年应用本技术成果的相关工程中，共计新增产值94285.04万元，新增利润11314.20万元，新增税收10371.35万元。研究成果推动了钢顶管建设技术的进步，拓展了钢顶管工艺在城市地下空间开发的适应性。