- 項目簡介
鋼頂管因其管材加工性高、變形適應性強、耐高水壓等特點，在輸水工程中得到了大量應用。但隨著輸水管道逐漸向大口徑、長距離、大埋深、急曲線的方向發展，也給鋼頂管在相關領域的施工應用帶來了技術難題。本項目通過產學研聯合技術攻關，研發了一系列先進的施工工藝和設備，在多個大型頂管工程中得到順利實施和應用，推動了鋼頂管技術的發展。項目研究成果鑒定為國際先進水平。 - 主要技術內容
（1）創新點
1）曲線鋼頂管頂進受力分析理論及計算方法研究
建立了考慮管土摩阻力和管漿摩阻力的曲線頂管頂力計算公式，填補了國內曲線頂管頂力計算理論空白。揭示了管周土體與管道相互作用機理，建立了考慮土拱效應的鋼頂管土壓力分布模式，提出了管道環向彎矩的計算修正系數，形成鋼頂管結構優化設計方法。提出了基于一階剪切變形板理論的圓柱殼軸壓屈曲有限條法分析方法，系統地建立了考慮非線性彈性地基作用的鋼頂管穩定分析理論，闡明了鋼頂管幾何參數和復雜工況對局部和整體穩定臨界荷載的影響規律。
2）曲線鋼頂管自適應控制成套裝備研發
開發了基于鎖緊回路主動鉸接的頂管機協同糾偏控制系統，提出了壓力、流量變量泵、主頂油缸復合控制機理的頂進控制算法，建立了內環電磁閥位置檢測反饋，外環壓力、流量檢測反饋的雙閉環電液比例控制方法，研發了具備高響應性、載荷順應性的自適應液壓變量控制泥水平衡頂管機和集伺服全站儀自動控制、機器學習自動測量、多設備聯動控制、自動數據解析、數據無線通訊于一體的長距離曲線頂管自動測量導向與控制系統，研制了頂管接收艙裝置及套管接收施工工藝。
3）復雜環境條件下小曲率半徑頂管結構設計與施工工藝創新
設計了一種裝配式承插接頭曲線鋼頂管，解決了小曲率半徑鋼頂管結構受力變形問題，形成了涵蓋裝配式承插接頭和連續焊接接頭鋼頂管的曲線頂進設計體系。開發了大口徑長距離曲線鋼頂管管節改造中繼間施工工藝，提出了基于內外壓和溫度作用下中繼間結構受力特性的中繼間閉合施工技術。
圖頂進階段分節鋼管節接頭構造圖
（2）應用推廣情況
目前，本項目的大口徑長距離鋼頂管曲線頂進成套創新技術已成功應用于上海、廈門、寧波等國內多項重點工程中，管道建設總長度達到480km，供水規模累計約1760萬m3/d，服務總人口3900萬人，節省總投資約1.72億元，取得了極大的經濟和社會效益。
（3）經濟、社會效益情況
本項目的研究成果有效保障了復雜環境下鋼頂管的施工，顯著降低了頂管法施工對周邊環境的影響，節約了土地資源，降低了施工噪音和揚塵，實現了安全、高效、節能，微擾動的設計施工理念，滿足節約資源和環境保護的要求。經濟上，在2019-2021年應用本技術成果的相關工程中，共計新增產值94285.04萬元，新增利潤11314.20萬元，新增稅收10371.35萬元。研究成果推動了鋼頂管建設技術的進步，拓展了鋼頂管工藝在城市地下空間開發的適應性。
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