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顶管法施工 概述 顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种土层地下工程施工方法 主要用于地下进水管 排水管 煤气管 电讯电缆管的施工 它不需要开挖面层 并且能够穿越公路 铁道 河川 地面建筑物 地下构筑物以及各种地下管线等 是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法 地下管线的非开挖施工法主要内容包括 地下管线的铺设 更换和修复 先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶 借助主顶油缸及管道间中继间等的推力 把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起 与此同时 紧随工具管或掘进机后面 将预制的管段顶入地层 边顶进 边开挖地层 边将管段接长的管道埋设方法 1顶管施工的基本原理 施工时 先制作顶管工作井及接收井 作为一段顶管的起点和终点 工作井中有一面或两面井壁设有预留孔 作为顶管出口 其对面井壁是承压壁 承压壁前侧安装有顶管的千斤顶和承压垫板 即钢后靠 千斤顶将工具管顶出工作井预留孔 而后以工具管为先导 逐节将预制管节按设计轴线顶入土层中 直至工具管后第一节管节进入接收井预留孔 施工完成一段管道 为进行较长距离的顶管施工 可在管道中间设置一至几个中继间作为接力顶进 并在管道外周压注润滑泥浆 顶管施工可用于直线管道 也可用于曲线等管道 1 预制的混凝土管 2 运输车 3 扶梯 4 主顶油泵 5 行车 6 安全护栏 7 润滑注浆系统 8 操纵房 9 配电系统 10 操纵系统 11 后座 12 测量系统 13 主顶油缸 14 导轨 15 弧形顶铁 16 环形顶铁 17 已顶入的混凝土管 18 运土车 19 机头 顶管施工技术最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中 1948年日本第一次采用顶管施工方法 在尼崎市的铁路下顶进了一根内径600mm的铸铁管 顶距只在6米 欧洲发达国家最早开发应用顶管法 1950年前后 英 德 日等国家相继采用 我国较早的顶管施工约在上世纪50年代 初期主要是手掘式顶管 设备也较简陋 我国顶管技术真正较大的发展是从上世纪80年代中期开始 1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机 顶管施工技术的应用及发展 随着时间的推移 顶管技术也与时俱进地得到迅速发展 主要体现在以下方面 一次连续顶进的距离 越来越长顶管直径 向大小直径两个方向发展管材 钢筋混凝土管 钢管 玻璃钢顶管挖掘技术 机械化程度越来越高顶管线路的曲直度 曲线形状越来越复杂 曲率半径越来越小 按所顶进的管子口径大小分 大口径 中口径 小口径和微型顶管四种 大口径多指 2m以上的顶管 人可以在其中直立行走 中口径顶管的管径多为1 2 1 8m 人在其中需弯腰行走 大多数顶管为中口径顶管 小口径顶管直径为500 1000mm 人只能在其中爬行 有时甚至爬行都比较困难 微型顶管的直径通常在400mm以下 最小的只有75mm 按一次顶进的长度 指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离 分 普通距离顶管和长距离顶管 顶进距离长短的划分目前尚无明确规定 过去多指100m左右的顶管 目前 千米以上的顶管已屡见不鲜 可把500m以上的顶管称为长距离顶管 顶管施工的分类 按顶管机的类型分 手掘式人工顶管 挤压顶管 水射流顶管和机械顶管 泥水式 泥浆式 土压式 岩石式 手掘式顶管的推进管前只是一个钢制的带刃口的管子 称为工具管 人在工具管内挖土 掘进机顶管的破土方式与盾构类似 也有机械式和半机械式之分 按管材分 钢筋混凝土顶管 钢管顶管 以及其他管材的顶管 按顶进管子轨迹的曲直分 直线顶管和曲线顶管 工作井 工作坑或基坑 按其作用分为顶进井 始发井 和接收井两种 顶进井是安放所有顶进设备的场所 也是顶管掘进机的始发场所 是承受主顶油缸推力的反作用力的构筑物 供工具管出洞 下管节 挖掘土砂的运出 材料设备的吊装 操纵人员的上下等使用 在顶进井内 布置主顶千斤顶 顶铁 基坑导轨 洞口止水圈以及照明装置和井内排水设备等 在顶进井的地面上 布置行车或其他类型的起吊运输设备 接收井是接收顶管机或工具管的场所 与工作井相比 接收井布置比较简单 工作井及其布置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 顶进工作井内布置图1 管节 2 洞口止水系统 3 环形顶铁 4 弧形顶铁 5 顶进导轨 6 主顶油缸 7 主顶油缸架 8 测量系统 9 后靠背 10 后座墙 11 井壁 在市政工程建设中 长距离管道的敷设是其重要的工作内容 随着顶管技术应用的推广 研究敷设长距离管道工艺技术已成为引人注目的课题 长距离管道的主要困难是 设置在顶进坑内的主千斤顶的推顶力有限 不足以克服管道长距离顶进时遇到的总阻力 希望增加顶管单程顶进的长度时 需要采取相关的措施 如增加主千斤顶的顶力 减少管道周边与地层的摩擦力 中途设置辅助千斤顶 中继环 减小顶管承受的正面阻力等 目前在发展长距离顶管技术的过程中 减摩和设置中继环两项措施已得到较多研究 并已成为成熟的技术 长距离顶管 为了适应长距离顶进管道的需要 研制了中继环 又称中继间 中间站 即在管道顶进的中途设置辅助千斤顶 靠辅助千斤顶提供的动力继续顶进管段 延长顶管的顶进长度 满足敷设长距离管道的需要 采用中继环时 管道沿全长分成若干段 在段与段之间设置中继环 中继环是一个由钢材制成的圆环 内壁上设置有一定数量的短行程千斤顶 产生的推顶力可用于推进中继环前方的管道 增设中继环 间 中继环示意图 钢筋混凝土管节的接口有平口 企口和承口三种类型 管节类型不同 止水方式也不同 1 平口管接口及止水平口管用 T 形钢套环接口 把两只管子连接在一起 在混凝土管和钢套环中间安装有2根齿形橡胶圈止水 管节接缝的防水 2 企口接口及防水企口管用企口式接口 用1根 q 形橡胶圈止水 止水圈右边腔内有硅油 在两管节对接连接过程中 充有硅油的一腔会翻转到橡胶体的上方及左边 增强了止水效果 a 企口形管及其接口 b q 形橡胶止水圈 3 承口接口及防水承口管用 F 形套环接口 接口处用1根齿形橡胶圈止水 F形接口管是最为常用的一种管节 它把 T 形钢套环的前面一半埋入混凝土管中就变成了 F 形接口 为防止钢套环与混凝土结合面渗漏 在该处设了一个遇水膨胀的橡胶止水圈 钢管是用一定厚度的钢板先卷成圆筒 再焊成竹节 钢管两管节之间采用焊接连接 其整体性好 不易产生渗漏水 为保证焊接牢靠 将管节端口按一定角度坡口后再焊接 常用的接口形式有两种 单边V型坡口 K型坡口 单边V型坡口适用于人员无法进入的小口径管 采用单边坡口和单面焊接 K型坡口双面成型的焊接工艺 即管内外均需焊接 适用于口径较大的管道中 钢管顶管的接口形式 图7 21坡口型式 盾构法和顶管法的主要异同点 相同点 1 二者都属于暗挖法施工大口径 900 地下工程的主要施工方法 2 二者都要开挖工作基坑 工作井和接收井 3 二者工作面的开挖方法 出 进洞施工技术基本相似 4 二者都要注意接缝防水处理 地表沉降控制 周边环境保护等问题 都要进行注压浆 不同点 1 盾构法的衬砌为管片 且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装 拼装好后一般不会再移动 顶管法的衬砌为管节 且每环管节是一次预制成功的 由顶进装置依次顶进 直至第一节管节到达接收井位置 2 盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿 而顶管法施工的主顶进装置布置在工作井内 如果顶力不足要加设中继间 3 盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块 顶块必须采用球面接头 在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板 顶管法的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时 必须在千斤顶缩回后在中间加垫块或几块顶