本文介绍的管道顶进方法的选择.doc

本文介绍的管道顶进方法的选择，是根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定的。关键字：顶管施工，设备安装管道顶进方法的选择，是根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定的。普通顶管法是在黏性或砂性土层，且无地下水影响时，采取的手掘式或机构挖掘式顶管法。 （1） 工作坑顶管工作坑的位置的设置应便于排水、出土和运输，并对地上与地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全生产措施。采用装配式后背墙由方木、型钢或钢板等组装而成，组装后的后背运动员具有足够的强度和刚度。工作坑的支撑应形成封闭式模框架，矩形工作坑的四角应加斜撑。（2） 设备安装导轨：选用钢质材料制作，两民轨安装牢固、顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度一致。在使用中经常检查校核导轨，防止产生位移。千斤顶：安装时固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道中的中心的垂线上。油泵：应与千斤顶相匹配，并用备用油泵；安装完毕后进行试运转。顶进过程中油压突然增高时，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进。顶铁：分块拼装式顶铁应有足够的刚度，并且顶铁的相邻面相互垂直。安装后的顶铁轴线应与管道轴线平等、对称，顶铁与导轨之间的接触面不得有泥土、油污。更换顶铁时，先使用时观察顶铁有无异常现象。顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近管节材料的允许抗压强度时，管口应增加U型或环形顶铁。起重设备：正式作业前应试吊，检查重物捆扎情况和制动性能；严禁超负荷吊装。（3） 顶进采用手掘式顶管理，将地下水位降到管底以下不小于0.5M处，并采取措施，防止其他水源进入顶管管道。全部设备经过检查并试运转合格后可进行顶进。顶进程序是：安装顶铁，开动油泵，顶镐活塞伸出一个行程后，关油泵，顶镐停止运行，活塞收缩，在空隙处加上顶铁，再开油泵，如此周而复始。工具管开始顶进5-10m的范围内，允许偏差为：轴线位置3mm，高程0+3mm.当超过允许偏差时，采取措施纠正。采用手工掘进顶进时，应符合下列规定：工具管接触或切入土层后，自上而下分层开挖。在允许超挖的稳定土层中正常顶时时，管下部135度范围内不得超挖；管顶以上超挖量不得大于15mm；管前超挖根据具体情况确定，并制定安全保护措施。顶管结束后，管节接口的内侧间隙按设计规定处理，设计无规定时，可采用石棉水泥、弹性密封膏或水泥秒浆密封。填塞物应抹平，不得凸入管内。顶进时测量工具管的中心和高程采用手工掘进时，工具管进入土层过程中，每顶进0.3m，测量不少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每 1.0m测量一次，纠偏时增加测量次数。全段顶完后，在每个管节接口处测量其轴线位置和高程；有错口时测出相对高差。纠偏、采用小角度、顶进中逐渐纠偏纠偏方法挖土校正法：即在管子偏向一侧少挖土，而在别一侧多超挖些，强制管子在前进时向另一侧偏移。适用于偏差为10-20mm时。木杠支撑法：如管端下陷，管子发生错口时，可采用木杠支撑法方法校正，适用于偏差为20mm时。顶进过程中，出现下列紧急情况时应采取措施进行处理：1)工具管前方遇到障碍 2)后此墙变形严重 3)顶铁发生扭曲现象 4)管位偏差过大且校正无效 5)顶力超过管端的允许顶力 6)油泵、油路发生异常现象7)接缝中漏泥浆 就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后,再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起,与此同时,把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。 常用两种工作井顶进井、接收井 顶管机类型：手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式、多刀盘土压平衡式 编辑本段非开挖工程技术非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。 非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，它涉及的是利用少开挖，即工作井与接收井要开挖，以及不开挖，即管道不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换，顶管直径DN8004500。通过工作井把要埋设的管子顶入土内，一个工作井内的管子可在地下穿行1500米以上，并且还能曲线穿行，以绕开一些地下管线或障碍物。 它的技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差。特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综合功能。这种技术的优点是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不影响交通；不破坏环境；施工不受气候和环境的影响；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。 该技术在我国沿海经济发达地区广泛用于城市地下给排水管道、天燃气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞，具有显著的经济效益和社会效益。 编辑本段发展及工作原理顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，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。顶管施工借助于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井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。 编辑本段分类目前，在顶管施工中最为流行的有三种平衡理论： 气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论。 顶管施工最突出的特点就是适应性问题。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式，如何正确地选择顶管机和配套辅助设备，对于顶管施工来说将是非常关键的。 编辑本段在我国的发展过程世界上第一个有据可查的关于顶管技术的记录是在1892年，最初的顶管施工作业是在18961900年间由美国北太平洋铁路公 司(Northern Pacific Railroad Company)完成。我国顶管施工技术 起步较晚，自从1954年(也有认为是1953年的，无确切记载)在北京进行的第一例顶管施工以来，我国从国外引进顶管技术已经正好半个世纪了，早期发展较慢，是以人工手掘式为主，设备非常简陋，也无专门的从业人员，直至 1964年前后上海首次使用机械式顶管，上海的一些单位并进行了大口径机械式顶管的各种试验和相关的一些理论研究。当时，口径在2m的钢筋混凝土管的一次推进距离可达 120m，同时也开始利用中继间的相关技术。在此以后，又进行了多种口径、不同形式的机械顶管试验，其中土压式居多。由于当时的顶管掘进机的设计还停留在比较原始的阶段，既没有完整的设计施工理论和工艺作指导，也不考虑具体的地层条件，所以当时的顶管掘进机还不够完善。土压式顶管机当时分为上部出土和下部出土两种，但都没有引入土压力的概念。其中，也搞了一些水冲顶管的试验 。 1967年前后，上海已研制成功人不必进入管子的小口径遥控土压式机械顶管机，口径有700mm-1050mm多种规格。在他们的施工实例中，有穿过铁路、公路的，也有在一般道路下施工的。这些掘进机，全部是全断面切削，采用皮带输送机出土。同时，已采用了液压纠偏系统，并且纠偏油缸伸出的长度已用数字显示。1978年前后，上海又研制成功适用于软粘土和淤泥质粘土的挤压法顶管，这种方法要求的覆土厚度较大(大于2倍的管外径)，但施工效率比普通手掘式顶管提高1倍以上。上世纪80年代以来发展更为迅速，顶管施工技术无论在理论上，还是在施工工艺方面，都有了长足的发 展。1984年前后，我国的北京、上海、南京等地先后开始引进国外先进的机械式顶管设备，使我国的顶管技术上了一个新台阶。尤其是在上海市政公司引进了日本伊势机(ISEKI)公司的800mm 直径的Telemale顶管掘进机之后，国外的顶管理论、施工技术和管理经验也进入中国，如土压平衡理论、泥水平顶管的各种试验和相关的一些理论研究。当时，口径在2m的钢筋混凝土管的一次推进距离可达120m，后在1988和1992年研制成功我国第一台多刀盘土压平衡掘进机(DN2720mm)和第一台加泥式土压平衡式掘进机(DN1440mm)，均取得了较令人满意的效果。与此同时，对顶管技术的理论研究的关注逐年增强，开始出现了比较专业的技术人员，90年代后，以当时的顶管掘进机还不够完善。土压式顶管机当时分为上部出土和下部出土两种，但都没有引入土压力的概念。2000年后，同济大学等高校对顶管技术方面进行了不少专项课题研究，也取到了不少成果。在1998年，中国非开挖技术协会成立，标志着我国的顶管行业开始进入规范化发展。2002年中国非开挖技术协会批准成立北京、上海、广州和武汉四个非开挖技术研究中心，非开挖管线技术列入科技的研究进一步深入。 本段现状与存在问题现状经过多年的发展，顶管技术在我国已得到大量地实际工程应用，且保持着高速的增长势头，无论在技术上、顶管设备还是施工工艺上取得了很大的进步，在某些方面甚至达到了世界领先水平。 2001年上海隧道股份有限公司在江苏省常州完成了长 2050m、直径 2m的钢筋水泥管顶管工程，是目前已完成的我国最长的顶管工程。2001年 8月12月嘉兴市污水处理排海工程一次顶进 2050m超长距离钢筋混凝土顶管，由于选择了合理的顶管机具型式、成功地解决了减阻泥浆运用和轴线控制等技术难题，用约5个月完成全部顶进施工，创造了新的顶管施工记录。全长3600m、管径为1.8米的钢管从23至25米深的地下于2002年9月成功横穿黄河，无论从顶进长度、埋深、地质条件，还是钢管直径在国内尚属首次。其中最长的一段位于黄河主河床上，长达1259 米，还要穿越较厚的砾砂层与黄河主河槽，既是我国 西气东输项目的关键工程，也是目前世界上复杂地质条件下大直径钢管一次性顶进距离最长的顶管工程。2001年的上虞市污水处理工程中，玻璃纤维夹 砂管首次成功地应用于顶管。2008年在无锡长江引水工程中中铁十局十公司采用国产设备直径2200mm钢管双管同步顶进2500米。以上工程均标志着我 国的顶管施工水平达到一个新的高度，与世界先进水平日益靠近。 然而与国外发达国家，如日本、德国等先进的机械设备及施工技术水平相比，我国仍然有着显著的差距。 存在问题顶管技术在我国的存在的主要问题是，机械设备技术比较落后 ，地区差异明显，水平参差不齐，缺乏规范化，人才不足，尚待进一步宣传推广。目前而言，对顶管机械设备我国主要依赖于进口，虽然国内也有生产企业，但技术仍落后于国际先 进水平，掘进机型号种类不足以适应工程需要，我国尚无适于 中强度岩层以上的岩盘掘进机，适应土质范围不宽，且耐用性、机械化 、自动化水平不够。 从地域上说，顶管技术的发展与我国地域经济水平相适应，我国东部的顶管技术发展水平远远高于中西部地区，仅广东、上海、浙江、江苏和山东五省市就占到了非开挖铺管工作量的 75%。而西部地区仅在西气东输项目下有为数不多的顶管穿越工程，中西部地区与东部沿海地区差距非常显著。顶管施工技术在城市之间的发展不平衡，在上 海，北京、广州等大城市技术水平比较高，应用比较普遍，但在中小城市应用较少，在中西部地区的城市应用更少。在同一城市发展也不平衡，据广州市建委 2004 年对广州市顶管现状的有关调查发现，该市的顶管技术发展极不平衡，机械化的顶管施工不很多，手掘 式顶管仍占最大比例，对顶管施工技术的采用不积极，往往不是管线铺设的首选，被看作是无法开挖的 无奈之举。不同施工企业的施工水平也不平衡，有些还处在比较原始的阶段，也有一些应用失败的工程 ， 客观上阻碍了顶管技术的推广发展。 影响顶管技术应用的另一个因素是，行业规范化不够，存在同行低水平恶性竞争的现象 ，专业人才缺乏 ，现有的从业人员大多是从事一般 的土木工程施工中转化而来，缺少专业训练。今后仍需加强 管理，努力推广先进技术，提高施工水平和改善施工工艺 。 发展方向随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强顶管技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作 用。非开挖技术的发展必将向规模化、规范化 、国际化的方向发展。 在我国经济高速增长的支持下，顶管技术的发展将面临前所未有的机遇，在加快引进国外先进技术的基本上，努力消化创新，加强研发和人才培养， 其前景是非常乐观的。纵观国内外顶管技术的发展，发展方向将是多元化和多样化。 在顶管直径方面，除了向大口径管的顶进发展以外，也向小口径管的顶进发展。目前顶管技术最小顶进管的口径只有75mm，最大的已达到5m(德国)，大口径顶管有取代小型盾构的趋势。在适应性方面，发展宽范围、全土质型顶管机是必然趋势，适应范围将大为延伸，从N值为极小的土到N 值为五十多的砾石，直至轴压强度达两百 MPa的岩石。将微电子技术、工业传感技术、实时控制技术和现代化控制理论与机械、液压技术综合运用于顶管机械上是顶管技术的发展趋势。数字化、信息化、智能型顶管机的研制将得到更多的关注，纠偏精度、自动化程度也将得到大力提高。在不久的将来，一些全自动、高精度的掘进机会成为施工机械的主流。顶管的用途随着相关技术的发展也将继续扩 ，从目前的主要用于管道铺设将发展为管道铺设、涵顶进、地下人行通道管棚式施工等多用途型。 现在的顶管截面形状基本上都是圆形，今后的发展趋势是圆形、矩形、圆拱形、多边形等，以适应箱涵顶进等各种工程的需要，故截面形状多元化是必然趋势。目前的顶管施工形式主要为土压式、泥水加压式，以后的发展将在进一步吸收国外技术的基础上，应用管套式、气泡式等等各种形式的顶管施工技术。随着高精度长距离测量技术进一步的发展应运，通风系统的完善，中继间技术、注浆减摩技术的进步，排渣系统的发展、刀盘切削系统、推进系统、出土输送系统、供电液压系统、监控系统、测量导向系 统，等一系列技术的突破，现有的一次性顶进距离将不断刷新，各种复杂曲线顶管也将陆续出现。 目前我国已成立北京、上海、广州和武汉四个非 开挖技术研究中心，我国国际非开挖技术协会单位会员已突破100个，数量居世界第4、亚洲第1。形成了行业协会、科研单位、研究中心和设备生产和施工企业组成的强大的阵营，而且每年不断有很多人不断加入到从事顶管等非开挖工作的行列，我国的顶管技术的必将迎来一个崭新的阶段。 管道，施工技术 顶管法施工技术顶管施工即在地表不挖下槽沟，以液压为动力将钢管（含多节钢管）或混凝土管从A点顶至B点的施工工艺，我公司经多次工程实践，形成该施工技术。 工艺特点及适用范围 1、路下顶管，路上畅通； 2、建筑物下顶管，不影响建筑物使用功能； 3、缩短管道铺设周期，降低工程造价显著； 4、设备单一，操作简便； 5、本工艺所用管道的管节必须是国家定点厂家生产的合格产品； 6、适用于铁路、公路及不易或不宜开挖沟槽的地下管道施工。 工艺原理及工艺流程 明铺管道改为以机械为动力在地表下使管道从A点转移至B点。 施工准备?测量高程及轴线?挖顶管工作坑?铺顶管导轨?设置顶进后背?安装顶进设备及吊放管节?挖土顶进?测量及纠偏?再次挖土（管中土）顶进?测量循环作业直致完成。 主要机械设备：吊装设备、高压油泵、大吨位千斤顶、后背桩及后背梁、导轨及出土工具、经纬仪、水平仪。机具功能及数量根据被顶进管节的直径长度及重量而定。 施工要点 1、顶管工作坑开挖要依照施工方案及具体环境进行，坑的长宽要视土质，被顶管节的直径、长度，机具设备，下管及出土方法而定。工作坑除安装顶管的机具设备后背、导轨、顶进管节以外，还要有利于向坑外出土和作业人员的操作。一般要求，工作坑上口前缘距路缘2m，安放管节后每侧要有1m的工作面，管节后侧与千斤顶之间要有利于出土的空间，在有水的环境中要设置水坑及排水设施，工作坑壁的放坡系数根据土质情况应符合要求，坑底要夯实。 2、导轨由四根钢轨和若干枕木组成，枕木置在工作坑底下1/2枕木高的基土上，枕木间距800?1000mm，钢轨的长度等于工作坑底面的长度减去钢轨桩所占的位置，钢轨的间距要视被顶管节的外径而定，一般要保证管节安放后下皮高出枕木上皮20mm，千斤顶安装后要与管节的横截面有最大的接触面，钢轨安装要平直，前端抬头要有0.5-1.0%的坡度。 3、顶进后背：后背的坚固与否直接影响顶管的效果，所以，后背所具有的能力必须能满足最大顶力的需要，后背由后背桩及后背梁，后背桩后面的夯实土所组成，后背桩一般以钢轨代替，埋入坑底以下1.5m左右，桩后填土分层夯实，后背桩平面垂直于顶进方向的轴线，钢制后背梁放在桩前的导轨上。顶进后背的其它组成型式有砌筑毛石的，有预制钢筋混凝土块组合的。 4、安装顶进设备和管节：顶进设备由一台高压油泵和两台200?500t千斤顶组成，千斤顶安在后背梁与管节之间，管节后端和千斤顶之间有专用钢护圈及麻辨或橡胶垫对混凝土管端保护，管外壁涂石蜡做润滑剂，减少顶进摩阻力，千斤顶通过传力柱将管节顶入路基。 5、挖土、顶进、测量及纠偏：设备安装后经试运转无异常即可掏土顶进，掏土视土质及管顶上部覆土厚度而掌握进尺深度，土质较密而且覆土较厚，有利于形成卸力拱，可以适当多挖，土质松散或覆土厚度较小，则要少挖，勤挖勤顶，挖土直径不可超过管节的外径。 挖土及运土的工具根据管径的大小而定，内径在880?1500mm的制做专用小车，内径在1500mm以上的可用双轮小车直接出土，土的垂直运输可用吊车或电动葫芦。 顶进过程要时刻测量，每一顶程过后，要对管的高程及左右偏差测量一次，发现问题及时纠偏，纠正左右偏及抬头扎头的措施，可以在管的前端设一斜撑支于管前的土壁上，结合一侧超挖土方，随顶随纠偏。前两节的衔接处，用钢板焊制的钢胀圈加固，做为防止偏差的一项措施。 质量要求及安全措施 质量要求：管道顶进要求平直，管的中心偏离轴线不超过3cm为优良。 安全措施： 1、施工前先与铁路、公路及市政的有关部门进行协调，施工方案经有关管理部门同意后方可施工。尤其是铁路路基下进行施工时，要随时和铁路部门联系，掌握过往列车的情况，线路上有列车通过时严禁挖土和顶进； 2、挖土和顶进时洞内照明使用低压行灯变压器，洞内不准用明火； 3、顶进时停止挖土，传力柱上和两侧不准站人，所有传力柱必须摆放顺直； 4、吊装时坑内人员要做好防护措施，并有专人指挥。5、顶管长此76m时应设给风设施，防止缺氧。三、顶管法施工的原理顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固 的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明，泥浆管，油管等管线， 然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行， 在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝 土管顶至接收井内。四、顶管的施工1、工作井及接收井、检查井施工，根据地质情况及现场条件，采用合适的支护方式开 挖，然后尽快做好底板及壁板混凝土，并进行顶管所需的后靠背混凝土以及土体的强度复核 ，确定混凝土以及钢板垫块的厚度。这是管节能否顺利顶进的关键。2、油压千斤顶吊放就位，轨道安装。3、管节的选用、安装：管节必须全面检验，发现外观有缺陷的一律禁止使用。管道吊 放前上好橡胶止水圈。将管节吊放在轨道上，安放环形顶铁，缓慢推进，让接头平顺对接。 如发现有破坏、翻转、出槽等现象，必须退出管节重新更换、调整橡胶圈，重新安装对接。 接头对好后，继续开动液压千斤顶将管节顶进。4、管节顶进a.顶进的流程为：b.顶进的阻力主要为正面阻力、管道周边摩阻力两部分组成。为减少顶进正面阻力，顶进的机头可改良为尖钻头。随着顶管距离的增长，推力上升很快。为避免管节超过受压极限破坏，管壁外的减阻是 工程顺利完成的必要措施。施工时采用管节周围注触变泥浆，将管节与土之间的干摩擦变为 湿摩擦，达到减阻的目的。触变泥浆按膨润土：烧碱：CMC：水=0.3：0.2：0.01：1的配比 配制后静置24小时后使用。施工时通过压浆系统从机头，前三节管的注浆孔压入触变泥浆， 形成约10mm厚的泥浆套，使顶管在泥浆套中滑行，减少摩阻力。根据压力表和流量表，控制 压浆的压力约为自然地下水压的1.11.2倍。在施工操作时，必须 先压浆后顶管，边压浆边顶进，停顶进勤补浆 的办法维持泥浆 套的性能。c.顶进线路的控制机头自身有一段纠偏段，纠编最大角度范围能够达到上下1.7左右1.2。顶进线路的 控制主要依靠设备的正确操作以及预见性。为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程方向 转动进行测量， 勤测勤纠 ，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，使机头改变方向，从 而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量