一种小直径的顶管-盾构联合式工法——ECO SPEED SHIELD（ESS）工法

在雨水管道建设中，常采用顶管法进行施工。然而在面临长距离、急曲线、复杂地层、小直径竖井始发等相关工况时，就需要对顶管进行相关改制。日本针对超过 1000m 的长距离施工和 R=10m 的急曲线施工工况，开发了一种 顶管 - 盾构联合式工法—— ECO SPEED SHIELD （ ESS ）工法。

工法介绍

ESS工法能够同时利用顶管和盾构两种工法的优点并弥补其缺点，在难以采用顶管施工的区段，无需竖井就能够切换为盾构工法。

ECO SPEED SHIELD（ESS）工法视频

这种施工方法适用于完工内径1000～2400mm的管道。这种工法可以分为3类： 巨砾破碎型泥浓式顶管工法、既有构造物到达型泥浓式顶管工法、顶管-盾构联合式工法 ，可根据工况进行工法的选择与切换。

为了实现盾构与顶管间的顺利切换，需在切换位置采用ESS特殊前置管节（顶管管节）与盾构管片直接连接的方式。后方的顶管管节与ESS特殊前置管节的连接，采用顶管管节的接头方式连接；而ESS特殊前置管节与前方盾构管片则采用螺栓、插入的方式连接。此外，在必要时，也可以在ESS特殊前置管节上设置可挠曲的部分。

ESS特殊前置管节

工程应用

在日本枚方市的雨水管道施工中应用顶管-盾构联合式工法完成一条内径1500mm管道的施工。

工程参数表

基于工程急曲线较多、地质多砂砾、施工场地局促等特性，采取如下措施进行应对：

1）为了能够在硬质砂砾层中施工而不用更换刀头，更改了刀具的个数和排列；将刀盘马达的功率从30kW提升到了37kW；α值（扭矩系数）从21.7上升到了27.1。同时，为了预防舱内堵塞的情况，扩大了人孔。

刀具变更

2）在盾构区间内最小曲线半径为15m，因此采用了R=10m的最小半径的结构。在施工之前进行了曲线段的模拟，用安装在掘进机前端的陀螺仪和水位计进行了实时控制。挖掘到急曲线处时，在掘进机内安装了经纬仪，对掘进机的姿态进行确认，通过CAD来控制其位置。同时，采用仿形刀对曲线的内侧和外侧进行超挖，以此顺利完成曲线段施工。

R=10m曲线研究图

3）由于施工场地道路狭窄，将掘进机分成了5段运入场地。

4）由于接收竖井尺寸较小（Φ2500），而掘进机为Φ1910，接收施工精度要求高，因此采用掘进控制系统对铰接中折角进行了确认，并使用陀螺仪和水位计控制掘进机前端的方向和高度。最终，接收时尝试进行了洞门破除，但由于止水困难，因此在竖井内灌入清水，由潜水员在水下进行了洞门破除，然后将掘进机推入了到达竖井内。

最终，该项目采用顶管-盾构联合式工法施工，工期上虽稍有滞后，但是施工精度较高，后续则将工法的研发重点集中在防止刀具磨损和顺畅排泥等难点上。在神户市山田干渠（绿丘虹吸管道）建设工程中采用同样内径的掘进机施工长约2447m的管道，施工中通过更改泵吸排泥设备的参数，确保排泥正常。