顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用.doc

学校代号:学 号: 密 级:湖南大学工程硕士学位论文苴:窭顶管工程关键技术及 /、.一,、施的风险分析与应用导师姓名及职称: 邓铁军教授王新夏高工迨窒筌进旦塑; 至生月?咖洲 四 圳删, 川 川. .,湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:呜邑昆涠 日期:劢.纱年移月/笋日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于、保密口,在 年解密后适用:本授权书。、不保密彰请在以上相应方框内打“”日期:矽/力年彳月/髟日作者签名:锻涵日期:矽胗年月/钐日刷噬名即锨事缔红顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用摘要顶管施工技术是一种对影响环境很少的施工方法,在其实施时,不需要开挖上面土体,特别是对埋土较深的管道又具有较好的经济效益,也减少了又开挖放坡带来的危险性。另外,在现有水平基础上,顶管施工有了很新的理论依据,也探索出了更多的新工艺方法,特别在大城市中,道路房屋等已建成,铺设管道的工作很多都要依靠顶管技术。同时在大力倡导可持续发展的环境下,顶管技术更显出了它独一无二的优势。本文以顶管工程技术为中心,结合我国现有顶管理论、技术经验,借鉴国内外对顶管工程技术的研究成果,再运用风险分析的相关理论,对顶管工程技术在实际运用中存有的风险进行研究分析。取得了如下的研究成果:探讨了顶管工程的基本原理,由项基本工作系统组成,每一个系统的严密配合组成了顶管工程。在了解顶管工程基本原理的基础上,综合国内外研究现状,总结探讨出顶管工程施工中现有的施工方法并对何种方法适用哪种环境状况进行了研究,也形成了一套相关的选择原则。结合现有国内外工程经验及相关理论,对项管工程中顶力、工作坑、管道顶进方式、顶管出洞、后背、注浆、纠偏七项关键技术进行了研究分析,得出了一系列适合顶管工程实际操作的应用原则。运用敏感性分析方法对项力影响因素进行研究,再通过模糊综合评价法、改进的层次分析法,结合项管工程七项关键技术,研究得出了顶管工程中各项技术对其实施带来风险的权重,并为评价实际操作中顶管工程风险等级提出理论模型。将理论研究应用到工程实际,以雨水管道衔接工程为实例,将其关键技术中顶力研究理论值与实测值进行对比分析,再将风险评价模型应用到本工程得出工程的风险等级,并提出改进措施。关键词:顶管工程;关键技术;模糊综合评价;层次分析;风险工程硕士学位论文., 】,? , ;, ,、, . , .,: , ?:.:, . ?, , ., , , , , ,. 、,. , ., .:;工程硕士学位论文司 罩曰刊学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书?摘要.插图索引?附表索弓?.第章绪论.研究背景?一】.研究目的及意义?】.研究目的】.研究意义?.国内外现状分析?.国外研究现状分析.国内研究现状分析.本文研究内容?.第章顶管工程的基本原理及其工艺技术研究?.顶管的基本原理.工作井和接收井.洞口止水圈.顶管掘进机?.主顶装置.顶铁?.基坑导轨?.后座墙?.顶管管材.输土装置.起吊下管设备?.测量设备.注浆系统?一.中继站?.顶管施工的工艺流程?.顶管施工的分类及特点?二。.?一:。一一顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用.顶管设备的分类及特点?.手掘式顶管机?.泥水式顶管机.土压式项管机?.气压平衡顶管机?一.顶管施工的设备选择?.本章小结?.第章顶管工程关键技术分析?一.顶管施工顶力?.顶管施工中顶力计算模型.顶力影响因素研究分析?.工作坑?.管道顶进方式.顶管出洞?.管道放线?.铺设导轨?.洞口加固?.洞口止水.后背.后背的选取?.后背强度、刚度.注浆.注浆补浆原理和作用?.注浆技术的应用分析?.纠偏?.顶管施工中的姿态变化及因素.纠偏原理.纠偏方法?一.本章小结?.第章顶管施工实施的风险分析与评价一.敏感性分析.敏感性分析原理?一.顶力影响因素敏感性分析内容.模糊综合评价的方法?.顶管施工影响元素的确定.工程硕士学位论文?一.顶管施工影响元素权重的确定?.层次分析法?.改进后层次分析法?.顶管施工实施的风险评价因素权值的计算?.模糊评分法.本章小结第章工程应用与分析.工程概况?.地层岩性.顶管顶进阻力分析及其实测对比.顶管顶进阻力分析?.实际测量值与计算值对比分析?.本工程实施的风险评价?一.顶管顶进条件分析?.模糊综合评价.降低风险措施.本章总结?.结论及展望一参考文献致谢?.。一簟:钝:。二顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用插图索引图.顶管工程?一图.顶管施工的流程图.土压力示意?图.迎面阻力图.管壁阻力?.图.注浆工艺要求一图.纠偏方法图.覆土层高度对迎面阻力影响图.管道外径对迎面阻力影响?图.摩擦角对迎面阻力影响图.地下水位对管壁阻力影响?图.管道外径对管壁阻力影响?图.覆土层高度对管壁阻力影响图.顶管施工风险影响元素图.第一节沉井下称图.油泵图.四个千斤项图.顶管出洞图.测量仪器图.工具头图.工艺流程?一工程硕士学位论文附表索引表.泥水顶管机种类表.土压式顶管机种类?表.气压式项管机种类?表.几种常用掘进机的使用范围.表.基准值表表.覆土层高度变化表表.外径变化表?表.摩擦角变化表表.影响变化表?.表.基准值表表.水位变化表?表.外径变化表?.表.覆土层高度变化表?表.影响变化表表.准则层评价指标的判断矩阵?.表.判断矩阵?.表.项进过程中顶力值?表.计算结果与实测数据比较表表.顶管出洞综合评判表?.表.二级模糊综合评判表工程硕士学位论文第章绪论.研究背景城市地下管线是城市赖以生存和发展的物质基础,是城市基础设施的重要组成部分,担负着城市的信息传递、能源输送、废物排放的功能。随着我国城市现代化与信息化建设高速发展,城市化进程的加速,城市地下管线建设得到了迅猛的发展,城市地下管网正逐步实现。城市地下管线作为一个庞大、复杂的系统影响着城市经济社会的发展,其作用与功能越来越重要,大量新管线需要兴建。年我国城市污水管道长为.,为改善我国城镇水环境质量,促进经济社会与环境协调发展,我国对污水处理及其配套管网提出了更高的要求,我国计划投资亿元用于完善已建和在建污水处理长配套管网、新建污水处理能力配套管网。对如此浩大的工程,如果仍然采用传统的开挖施工技术,新老道路总是挖了填,填了再挖,无论从经济角度、社会角度还是环境角度上看,都是不合适的。为保护城市道路,减少由于地下管线施工造成的交通堵塞,国家已经有相关规定出台,一般大部分已建成的城市道路,只要交付使用的,都限定了在多少年内不允许开挖,这在法律上禁止了路面的开挖。根据近期美国权威杂志报道,美国年非开挖管线铺设量占全部新铺设管线的.%年为.%。与此相比,我国在新铺设管线中非开挖技术的使用比例要低得多,因此发展的余地很大,任重而道远。顶管技术作为较早使用的一种非开挖施工方法,由于其施工精度高,使用土质广,使用管径范围大,综合成本低,环境污染小,能穿越江河、公路、铁路、机场跑道、建筑物或障碍物等优点而广泛应用。现有旧城建设中,污水管道及雨水管道的铺设大多采用到顶管技术,长距离天燃气管道、自来水、中水等民生工程如采用以往开挖再覆土的方式进行施工将给社会造成很大的环境、经济影响,因而顶管工程技术成为发展的必要。同时政府进一步强调可持续的科学的发展观,促进社会经济和人的全面发展,这无疑为非开挖技术创造了良好的环境。而顶管技术作为一项绿色环保友好的工程技术,在这一发展战略中必将扮演着重要的角色。.研究目的及意义.研究目的顶管技术是用于地下的隐蔽性工程,地下情况的复杂:程度难以预料,因此具顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用一有其特殊的复杂性和多边性,施工必然存在一定的风险。作为非开挖技术的一员,顶管技术尚存在一些不足和弱点。地下顶进的安全隐患危险程度大于开挖作业,一旦失败,带来的经济损失是巨大的。就目前我国对顶管技术的研究,对于顶管工作井、顶管顶力研究、注浆减摩及顶管施工过程中关键问题的研究如地面沉降、开挖面塌方、顶进轴线控制及机头纠偏等还没有一套适应所有地区的理论依据,因此对顶管施工技术还需要进一步的研究。同时顶管施工实施过程中也存在一定的质量安全风险问题,对此也需要进一步的分析和研究。同时我国顶管技术相对其他国家起步晚,理论和实践经验匮乏,加强顶管技术研究和施工管理将对我国管道铺设工程带来巨大的经济和环境效益。.研究意义自隧道施工采用盾构施工后,顶管施工技术相继发展。它是在覆土上面有复杂的物体,如公路、房屋、河道以及其他各种地下管线,采用开挖不可行的情况下,用一种硬制管道穿越下面土层从而形成给排水或其他相应得以利用的设施,并不需要在管道上方开槽铺设。这样我们可以将工作面设在地面下,不需占用路面空间,同时只需排除地下土层中的土体,减少了工程量且缩短工期,最大的益处就是并不会破坏周围建筑设施,可以保持原有的建筑设施使用功能。顶管施工技术是一种省工效高、现代化的管道敷设施工方法,发展前景好,且其应用范围广泛。顶管施工技术在经过国内外这么长时间的发展和进步,积累了相当多且符合实际的经验,使其在工程实践中有很强的操作性。基础设施建设规模及速度越来越大,顶管施工作为一种特殊的施工手段,在都市的市政项目应用中,得到了很大的改进与完善,使项管技术以其独有的优势,被更为广泛的应用。我国现已有一个非常庞大的地下管道体系,为了不与现有的管道体系不发生冲突,大城市的管道埋设深度将越来越大,开挖施工造成的成本也会增加,顶管施工就更显优越哺。且随着现代文明意识和环保意识的逐渐加强,开挖造成的社会问题、交通问题和环境污染问题已越来越受到人们的关注。城市限制开挖施工的法规依次出台,其适用范围也将增广,致使顶管施工技术应用越来越广。改进和完善顶管技术在各工程界中的应用,有利于保证铺设管道施工的技术和质量标准,做到管道利用率高,减少损失;同时使工程施工趋于成熟、规范、科学、合理,有利于提高管理水平,降低工程成本。因此加强对顶管工程及其相关方面的深入研究具有十分重要的意义。本文宗旨在顶管工程的基本原理及其工艺基础上,分析和掌握顶管施工关键技术,并在其关键技术应用的前提下分析项管技术实施的风险。其研究对今后顶管技术的发展具有理论意义和实践意义。主要表现在:】.理论意义工程硕士学位论文一一本为以现阶段顶管施工技术为背景,研究了顶管施二的类别及特点,总结了一套顶管实际操作的使用原则;另以太沙基理论为出发点,研究了顶管施工顶力设计及各种因素对顶管项力的敏感性分析,同时也分析了顶管施工关键技术及其应用研究。从而在理论上和方法上为今后我国顶管技术的研究和规范我国顶管施工提供了参考。.实践意义本文将以实际案例为应用分析,对顶管施工关键技术引发的质量安全风险进行分析和评价,这对于今后顶管施工的项目管理者和施工人员来言具有实际借鉴意义,对顶管施工工程的风险管理有很强的促进作用。.国内外现状分析.国外研究现状分析年,在第十届新英格兰铁路建设者学术会议上,有人阐述了用铸铁管从铁路路基两侧压入从而放在铁路下,这可能是最早叙述类似顶管施工的工作方法【】首先是在美国,太平洋铁路公司在?年间将项管技术应用到穿越铁路路线。慢慢地很多公司也学会了顶管技术,并成了一个常规技术【。随后世纪初期,在加州的一个水利工程中,在原有的技术基础上将其进行了改进,使其技术更加普及,同时也做了很多研究形成了大量文字记载,为今后的推广做出了重要贡献。在年,顶管技术得到了一个新的突破,铸铁管推出了历史舞台,取而代之的是螺纹焊管和钢筋混凝土管】。那时所用管材直径一般为一,在少数特殊情况下会顶进超过。先是钢筋混凝土管比较多采用,但到年代,焊接钢管逐渐增多。这也为后面顶管施工一系列规则的出现奠定了基础,也有了许多叙述顶管工程的论文。并有公司对直径为的:顷管在进行了标准化。但当时的顶管技术对覆土层厚度没有提出太多的论述。年代后,顶管技术又有了一个质的飞跃,也是项管技术从局部地区走向世界的时期。对于顶管技术的覆土层厚度也有了一定的论述,这是液压技术和大型千斤顶带来的,使技术上克服了顶力不足的缺点。年代出现了微型顶管,这也是技术上的一个突破,从而实现了不需要人进去操作,完全由机器完成工作。在这期间,也出现了很多顶管施工企业,第一家是由德国创立的,在短短年间完成了顶进工作。在英国,公司还开创了“顶管法;在葡萄牙,顶管还穿越:花岗岩,并应用到了其他专业的技术,如:堡塑塞丝竺丝些塑些丝丝塑塑二?一激光导向、润滑等系统操作,慢慢地顶管工程形成了一个由多个系统组成的一个综合施工方法。且名为的一种顶管机首次运用于长距离顶管,其中出现了中继站,为曰后长距离顶进工程的发展打下了基础【?。也就在这段时问,顶管技术从欧洲走向了各地,日本从年引进顶管技术,且为了迎合日本当地的地理环境,微型顶管法在日本取得了较大的发展,所有的操作均为遥控,也形成了日本当地的发展特征,新加坡、中东地区和澳大利亚在日本之后也开始使用微型顶管技术。到现在顶管技术的发展已经有了一百多年,但各国各地的地层环境和经济实力千差万别,顶管施工在各国各地的发展也差别万千。但在液压技术的发展及其他相关技术的推动下,顶管技术也迈向了大口径、长距离的道路,尤其近几十年的发展,使得顶管技术在施工中机械化、自动化更强。.国内研究现状分析国内顶管技术发展较晚,跟西方发达国家相比,我国初期基本没有发展顶管工程,到近期由于经济发展和国家发展战略的需要使得顶管技术有了快速的发展。首先我国也是将顶管工程运用到铁路事业上,在北京使用手掘式顶管技术穿越了京包铁路,是顶管技术的开端。后面在上海,用钢管穿越了黄浦江江堤。建国以后,我国才开始对顶管技术有了相应的研究和探索,在最需项管工程的上海,年研制成了机械式顶管,接下来几年又研制成功挤压式顶管和不必进入人工作的微型遥控式机械顶管机,其直径也发展了很多种规格。对这些顶管机值得提到的是:采用了液压纠偏,且能数字化显示,提高了顶管技术的精确性。到年虽顶管技术在我过发展了十几年,但其进步比较缓慢,总顶进长度也很小。我国项管的应用在是在其他技术成熟的基础上才得到发展,年上海又研制出三段双铰式工具管,主要解决了纠偏的难题,年我国首次顶进管道直径超过米的管子【引。其后,我国顶管技术在各个方面都有了一定的突破,年中继站第一次被使用,年我国开始引进别国顶管机设备,结合以往的经验,也有了泥水、土压平衡理论等。在年,计算机监控、激光陀螺仪等高科技技术也被运用到顶管工程中,且被认为是处于世界领先地位的。之后,我国具有自主研发权的多刀盘土压平衡顶管机,泥水土压平衡遥控项管机都被应用到实践当中,也产生相当大的效益,也使我国顶管技术同西方发达国家的距离进一步缩小。进来几十年,随着基础设施建设的增多,顶管工程在我国各个城市都得到了广泛的应用。顶管施工技术无论在施工理论,还是施工工艺方面,都有很大的发展和进步,新的工艺方法不断出现,这也推动了我国顶管技术的发展。同时,对项管工程技术的理论研究关注度增高,开始有较多的专业技术人员,也形成了一工栏贞士学位论文批批专门从事顶管工作的公司队伍。年后,随着非开挖技术协会的成立,使顶管技术在我国从此走上规范的道路。在年,上海、北京、广州和武汉经过协会批准,各自成立了研究中心,这使得非开挖技术的研究进入到科技部课题中,充分说明了顶管技术理论在我国受到更加的重视,研究也更加深入【】。总的来说我国顶管技术与日本、德国和美国等先进的机械设备及施工技术水平相比,仍然有较大差距。.本文研究内容基于现阶段我国顶管技术快速发展的需要,尚缺乏一套能在全国范围内适用的应用理论,且顶管技术在各地发展的不均衡,本文对顶管工程的基本应用进行研究分析,同时分析项管施工关键技术,再对顶管施工中存在的风险进行评价分析和应用。主要研究内容如下:首先,通过对顶管工程基本原理的认识,研究顶管工程的类别及特点,分析研究各种环境情况下适用哪种顶管施工方式更合理。其次,通过对顶管施工原理的认识,研究分析项管工程中的关键技术,有顶力、工作坑、管道顶进方式、顶管出洞、后背、注浆、纠偏。接着,基于以上对关键技术的分析与研究,运用改进的层次分析法及模糊评价法对顶管施工中的风险进行分析评价。最后,以实际工程为案例分析顶管顶进阻力理论与实践的差别,同时分析其实施的风险等级。里笪塑鲎些垒兰型型坠丝垒塑?一第章顶管工程的基本原理及其工艺技术研究.顶管的基本原理顶管施工是指以后背为支撑条件下,由主顶千斤顶和中继站的千斤项将顶管机和工具头从工作坑开始穿过土体到达接收坑,之后将管道埋设在土层中而工具头和顶管机被吊起的过程。当遇到长距离顶管施工时,一般主顶千斤顶的项力有限或者后背及管材能承受的压力也是有限的,则要求分段顶进,即在段与段之间布置中继站,且在土体与管道之间注浆减摩,从而克服阻力。顶管施工系统见图.:混图.顶管工程.工作井和接收井工作井是安置并操作顶进设备的场地,同时也是掘进机出发并开始顶进的场地。千斤项、后靠背、铁环等物就放置在工作井中。接收井是一段顶进的终端,并最后接收掘进机。一些时候在很多段连续顶管的特殊情况下,工作井可以当接收井用,但接收井不能当工作井用,这是因为一般工作井比接收井大许多,顶管设备无法在接收井中安放。管子从工作井出发一节一节连接到接收井,直到掘进机在接收井中被吊起,整个过程才会结束。工作井和接收井的种类很多,钢板桩、沉井、地下连续墙以及工法等多种施工方法都适用。.洞口止水圈安放在井口处的洞口止水圈能有效控制地下水和流沙进入到井中,故常被用工程硕士学位论文到施工安全措施中。开闷板前,在工具头后端焊上卡马,其前端套上止水板及压止水板的法兰盘,闷板吊出后,工具头开始顶进。当工具头外的止水环与墙孔法兰靠近时,用螺栓连接固定后再割去卡马。当顶至能拼接设备段时,再向前顶进一段距离。当泥浆环到达临时止水处时,将油浸棉纱盘根环压入临时止水外套管内,随着管道顶进,用轧兰将其压紧后与穿墙孔法兰固定,直至完成穿墙后安装 。.顶管掘进机项管掘进机是安放在最前端的机械,顶管工程的成功由它起了很大的决定作用。当用手掘式施工,掘进机被一个工具管所代替。掘进机的形式多样,无论何种形式,顶管工程中方向是否正确、取土合格等都受由它的功能影响。.主顶装置顶进装置是由四个系统工具组成,有油管、操纵台、油泵及油缸。油管是传送压力的管道,操作台控制着油缸的回缩和推进,按操作方式可分为手动和电动两种,其中电动通过电液阀或电磁阀实现,油缸是顶力的发生地,一般围着管壁对称布置,它的压力是通过油泵传来的,油泵与油缸之问用油管连接。常使用的压力一般在之间。.顶铁顶铁的形式多种多样,有环形、弧形、矩形和形。可以根据管道大小制成需要大小的环形顶铁,它的主要作用就是将顶力均匀分布在管道周围,弧形顶铁一般用于手掘式。土压式顶进管道中,为方便取土后往外运输,开口是向上的;有的口子往下的顶铁只用在泥水式顶进管道中,它是立在基坑轨道上的。.基坑导轨在工作坑中,要使顶管顺利项进,需要为管道提供支撑体系,那就是基坑导轨。一般是平行的两根箱型钢垫在基坑基础上组成。它不仅为管道顶进提供支撑和导向作用,而且可以为顶铁等物体提供支垫。由于管道等物体较重,型钢需要刚度、耐磨等性能较好,以往使用重轨支撑导轨虽耐磨性好,但容易脆段,现在一般不使用。.后座墙后座墙相当于挡墙的作用,是将顶力的反作用力传到后面土体而保证土体不发生破坏的墙体。它的结构形式因顶管工作坑的不同而选用不同的方式,一般在沉井工作坑或地下连续墙工作坑中直接就利用工作坑的一个面作为墙体。但在钢板桩工作坑中,需要在钢板与工作坑中的土体间浇筑形成一堵混凝土墙,厚度可顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用 .根据工作顶力、墙体宽高等来确定,一般选为.。这样做的目的就是将反作用力能均匀较好的传到土体中,一般顶管施工中千斤顶的作用面积较小,如直接将作用力作用到后座墙体上,可能造成局部的损坏,因而在后背墙体和千斤项之间还要置入一层的钢板,通过它极大作用面积,从而将作用力均匀传到后座墙上,这块钢板简称后靠背。.顶管管材顶进用管材是顶管工程中的主体,它的分类多样。一般简单分为单一管节和多管节。单一管节钢管的接口都是焊接成的,它具有焊接接口不易渗漏和刚性较大的优点,但使用范围有限,只能用于直线顶管。除此之外,管及经过改造后的铸铁管也可用于顶管。多管节是指顶进多段管道,这种形式钢筋混凝土管居多,长度为一节,管道与管道之间用、企口等形式连接不得有渗漏。.输土装置输土是顶管工程中的一个重要环节,对于选用的顶管机形式不同输土区别较大。手掘式顶管施工中,一般才用人力陶土配合卷扬机等来出土;泥水式顶管施工中,一般有泥浆泵配合管道等输送;土压式顶管施工中,有土砂泵配合螺旋杆、电瓶车等来输送出土。.起吊下管设备顶管施工,起吊下管设备是必须的。一般门式行车是使用最广的,它的优点是工作稳定、操作容易、吨位不同的形成可以对应不同级别的管子等,缺点是移动不便,拆转费用高。另外有可自由行走的履带式和汽车式,这两种起重机占地范围小,转移起来灵活方便,但应注意放置位置要别太靠近工作坑以免引起其他危害。.测量设备顶管施工中,管道前进会产生与设计不统一的偏差问题,这种偏差有左右、高低之分。一般情况,当顶进距离较短,我们可以使用水准仪和经纬仪进行测量。它们一般放置在工作坑的后部,分别可以测出左右和高低偏差。当在长距离顶管施工和机械顶管施工中,肉眼分辨难,我们可以激光经纬仪来一次性判断其左右和高低偏差,其原理是通过直射在顶管机上的光点来判断。.注浆系统当顶管施工顶进距离长时,注浆减阻是其中的一项重要工艺,也是工程能否成功的关键性因素。它主要有二个工作环节:拌浆、注浆。拌浆就是将注浆材料与水兑和形成浆体材料。注浆是其中的主要工作,先将浆体材料放入注浆泵,再工栏坝士学位论文同注浆泵功能输送到各个管道,由管道再通到各个注浆孔。这其中控制压力和浆体含量主要是依靠注浆泵,管道由粗到细到孔,使浆体材料最后进入土体与管道之间的空隙。注浆孔的布置:一般应靠近管道边缘即管道雄头,这样布置能使浆液先进入管道外壁与下一节管道的套环间再流入管道与土之间,之后浆体材料才不易流失,泥浆套形成容易,效果显著。.中继站中继站的出现,让顶管施工的顶进距离有了大的发展,现在也成了长距离顶进中的必要设备,可以说没有这项技术,超长距离顶管就成了空谈。一般长距离顶管施工中,存有多个中继站,每个站内在管道四周布置许多小千斤顶,这些千斤顶将前面的顶进一定的长度,此时千斤顶处于伸的状态,后一个中继站将两个站问的管道顶进相同的距离,这样前面站内千斤顶回缩,如此往下继续直至最后由主顶千斤顶顶进,最终所有中继站千斤顶处于回缩状态,重复上述操作,到顶管完成,拆除中继站中的千斤顶。长距离顶管施工中,中继站的布置是一项重要的工作,如布置过多,不仅浪费资源,且会增加工期,布置过少则顶管项进困难。一般在整个管道长度较前面需要放置一个站,这是因为对前面位置的土质条件和环境情况缺乏了解,需要预留一定的顶力来保证施工顺利,然后在顶力值到达%设计值时布置一个站,依次布置,过程中一般顶力在到达%设计值时就一定要启用中继站。.顶管施工的工艺流程项管施工工艺流程主要由四个主要环节组成,分别是施工准备、设备安装、顶管机及管道顶进、顶管机进出洞口。施工准备主要是指场地的布置,将设计元素反应到实际操作地面上,也包括了工作坑等的施工完成。再就进行顶进设备的安装:轨道安放、后座墙及后靠背、千斤顶、洞口止水等。管道顶进是持续时间最长的过程,它是一个循环的过程,每一节管道的顶进都要重复千斤顶顶进与回缩、管道的拼接、出土、纠偏等工作,最后到顶管机出洞,即完成整个顶进工作。项管施工的流程如图.所示。.顶管施工的分类及特点顶管施工的分类标准较多,现对顶管施工的分类一般都是根据其某一特性来进行,比较多见的分类方式如下:最常见的分类是以其顶进使用的机械设备来区分。顶管顶进施工中,在最前端为工具管头,此工具管头为带刃口的钢制品,它在过程中可以用来纠偏和保护土体。如果人直接在工具管里挖掘土体,把这种形式叫手掘式;如果不是被工具顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用管挤压出来再运送,则把这种形式叫挤压式。当在钢制的工具管内加入具有挖掘功能的机械,则被称为机械式或半机械式顶管。在机械式顶管机的使用中,也需要稳定挖掘面,又可以根据稳定方法不同而分为岩石式、土压式、泥浆式。泥水式。图.顶管施工的流程另一种分类是以管材性质来区分。一般来说,顶管顶进管道都为圆形,按顶进管道的直径大小来分有:小口径、中口径、大口径三种。小口径管道的直径小于,在管内施工比较困难,人只能在里面爬行。中口径管道直径范围为,人可以在管内弯腰或直行,在顶管中使用最多。大口径管道的直径大于,人可以在管内自由行走,目前一般最大直径达到。管材还可以按制成工艺差别来区分,有钢筋砼管、钢管、铸铁管和其它塑料管、复合工程帧士学位论文管等等。在顶管发展历史中,铸铁管是最先被使用,也是最早被记录的。但其强度低,一次顶进距离短,在现代一般不再适合被用于顶管工程。只有当情况特殊时,包裹一层混凝土在其外面可以作为顶管。钢筋混凝土管道由于其具有强度高、经济、耐腐蚀等特点,现成为一般顶管工程运用最多。其按照类型又可以分为:一般混凝土管、玻璃纤维加强管、预应力钢筒混凝土管管。一般混凝土管中按工艺又有离心、立式震捣两种。从质量和强度上比较,离心管的性质比其他管道要好。立式振捣法工艺比较简单,制成后管道周围较粗糙,阻力较大;但其设备工艺要求简单可以在现场完成,节省了运费。对于长距离和曲线顶管,需要强度极高的管道,玻璃纤维加强管应运而生,这种管道内外表面都缠绕了一层碱性玻璃纤维,大大提高了管道强度。管是一种高强复合管材,抗渗、抗压强度高,比较适合埋深较大,水位高的地质环境。顶进管道如是钢管,由于管子壁厚受到限制,一般不适合曲线和长距离顶进,且管道由金属制成,容易腐蚀,昂贵的花费限制了它被大量应用。还有将顶管按项进的路径性质来分类。这当中随着历史的前进对其路径的认识也在发展,过去一般路径长度超过就称作长距离顶管。现在在液压千斤顶和中继站的推动下,一般将一次顶进超过才称作长距离项管。另外,按路径的轨迹来区分,又可分为曲线和直线项管,一般直线项管较常用,折线也是依照直线原理来操作,目前曲线型的顶管技术依然属于难点问题。不同的顶管施工方法适应不同地质环境。一般选对了顶管施工方法,是顶管工程成功的开始;反之,项管工程可能就会出现问题,甚至致使顶管工程的失败,将损失惨重。在这些分类中,一般设计时以顶管设备为重,再结合管材等特征综合来确定顶进方式。不使用掘进设备的顶管,一般要适应于土质情况较好,土体能自立或为软粘土且覆土较深,如土质较差需注浆来提高土体稳定性或在工具管前方加设网格等措施。这种施工方法的最大好处就是当遇到地下障碍物多的情况,能很好有效的排除。使用掘进设备的顶管,其适用范围要广,对各种土质情况一般都有之相对应的顶管机,而且在大多数情况下都不需要辅助措施来配合,施工更加机械化、精度也比较高,国内外都将其作为主流工艺。.顶管设备的分类及特点随着科学技术的发展,顶管施工变得日常化、专业化,理论也慢慢完善。就算是比较原始的手掘式顶管机,也要用理论来证明其开挖面的稳定。该稳定包括两个方面的内容:一是工具管前方挖掘面上的土体是否稳定;第二是工具管上方。的覆盖层是否稳定。如出现坍塌或隆起,就需要选择适当的辅助措施来调整顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用在这里所叙述的顶管的设备主要是指顶管顶进所使用的顶管机,顶管机在管道的最前方,是火车头的作用,控制着方向和速度。顶管技术发展至今,存有的顶管机形式有:手掘式顶管机、泥水式平衡顶管机、土压式平衡顶管机及气压式平衡项管机。.手掘式顶管机手掘式顶管机可以说是顶管技术的开端,开始顶管工程只能在土质条件较好的情况下实行,并要结合一定的辅助措施,这种情况下缺点一次顶进距离相对较短,优点是不需要很多设备、成本费用不高、操作简易。至今手掘式顶管机还被应用,但相比以前其工艺原理和设备方面都有了很大提高,各方面都得到了很大优化。手掘式顶管机不同于其他顶管机设备的最大之处是它需要人工取土,在敞开的环境下进行,人员危险性较大。因此,在施工时要做好通风、逃离措施,有毒气体和涌水带来的危险性较大。.泥水式顶管机泥水式顶管机的分类中,主要以平衡介质来区分。平衡介质在顶管机前端的工作舱中获得一定压力,用以平衡地下水和土压力,当工作舱中储存泥水并通过泥浆泵来控制其压力值,这种顶管形式被称为泥水式顶管机。这种泥水式顶管机的最基本原理就是改善了挖掘工作面前方土体性质。泥水在压力泵作用下进入工作舱中而与前面土体接触,泥水渗透到土体中,使土体变得紧密并形成一层泥膜,这样阻止了地下水往顶管机中流,同时泥水具有压力平衡了土压力。泥水式顶管机施工时,最重要的管理就是泥水浓度和压力,它是稳定挖掘面的基础。当渗透系数比较小的时候,可以将泥水浓度相对调高,这样,能在短时间内使其在挖掘面形成一层泥膜,并很好的稳定挖掘面。当渗透系数较大时,泥水浓度的控制和把握至关重要,一但有不慎,将导致土体坍塌失稳,在泥水的反复循环利用中要不断向其中加入粘土成分,以此保持高浓度、高密度。对于泥水式顶管的种类,可综合见表.。.土压式顶管机为阻止开挖面前方土体的坍陷或者隆起,土压式顶管机将刀盘切削下来的土体搅拌阻挡在开挖面前形成压力,再通过螺旋出土机出土。这种项管机在前方面板上置入压力感应器,从而通过控制出土数量来调整舱内土压力,以致与前方土体静止土压力值相等,再根据实际情况控制地面坍塌或隆起。土压式平衡顶管机的运行需满足两个方面的内容:一、项管机项进过程中,工程硕士学位论文土层中土压力和水压力处于平衡状态;二、螺旋出土机排出的土的体积同顶管机进入土层中的体积处于平衡状态【,。这样两个条件都满足的情况下,才算是真正意义的土压平衡。表.泥水顶管机种类分类原理特征叙述泥水项嚣分类标以泥水压力来平衡地下水压力,同时它也单一的泥水平衡平衡掘进机所处土层的土压力基本形式泥水仅起到平衡泥水仅起到平衡地下水的作用,而土压力地下水的作用则用机械方式来平衡有泥水平衡功能有泥水平衡地下:水及土体压力有无平衡的角度不具有泥水平衡常用的网格式水力切割土体功能输土泥水相对密度在.之问,而普通泥水项管且完全呈液体状态泥水的相对密度在.一.之间,多呈浓泥水项管输土泥篓紫浓度来。一?区分泥浆状态,流动性好介于泥水式和土压式顶管施工之间,是由泥浆式顶管泥水式向土压式过渡的一种顶管施工泥水顶管机种类具体也较多,目前比较常见的有:具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机;包括超级偏心破碎环流式岩盘掘进机简称:;偏压破碎型环流式掘进机简称;可分割式偏压破碎型环流掘进机简称;砾石破碎型泥水加压掘进机简称;网格水冲局部气压平衡式掘进机;切削刀盘可浮动的泥水平衡顶管掘进机,小口径称为型,大口径称为型土压式顶管机顶进过程中,用土砂泵排土解决了长距离输土及连续顶进的问题,且排出的土体可以为干土或含水多的泥浆,对排出的土体也不需要进行分离沉淀等二次处理【。另一方面,土压式项管机适用的土质范围很广,也不需要采用太多其他的辅助措施,具有施工设备简便、快速等优点。对于土压式顶管机的特点及关键问题,可见表.。.气压平衡顶管机气压平衡顶管机是用压缩气体来保持挖掘面的稳定,这些压缩气体具有一定的压力,可以抵抗地下水压力、土体压力。它与其他顶管机使用的平衡介质差别大,空气是非常轻而密度不可调节,且空气本身的渗透性较好,在土中容易渗漏。对于气压式顶管机的特点,可见表.。顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用表.土压式顶管机特点土压式顶特征描述关系原理管机使泥土仓内保持有一定的压力以阻止挖掘压力保持式面产生塌方或受到压力过高的破坏 回产生塌力戥义芏雎赳向削傲孙使泥土仓内的压力比掘进机所处上层的主种类划分动土压力上再加上一个,以防止挖掘面泥土加压式产生塌方在排出土量不变的情况下,土压力与顶进顶进速度改变 的速度成反比。因此,在施工时要使土压力值保持不变,需要调整顶进的速度在顶进速度不变的情况下,土压力与排土量程反比,同理,在施工时要使土压力值排土量改变土譬的”“保持不变,就要调整排土量在两者都变的情况下,要使土压力值保持顶进速譬和譬土量同 柔萎,。盂速主增大,排土量也要增大;叫以义顶进速度减少,排土量也要减少土压式顶管机有如下几种:单刀盘式顶管机;多刀盘顶管机;中心螺旋顶管机;切削密封顶管机.顶管施工的设备选择顶管施工设备的选择是其实施成败的关键所在。现有的顶管品种多样,正确的选择应根据顶管机自身性质与工程的实际特点协调来进行。顶管机选型应综合安全、经济、工程环境、水位地质及工期等因素同时考虑。各种顶管机的性质适应不同地层,因而要将各种因素综合考虑选择顶管机。顶管施工过程中在土里进行,目前常见土质有:、淤泥质粘土这是一种软土,一般形成于海岸边。呈黑灰色或灰色且光润油滑是其主要特征。靠近可以闻到一股植物腐烂的味道,土体呈半流塑或软状。一般其含水量超过%,且饱和度超过%,%是它所处液限状态中,重度较低,在/之间。再加上其空隙比一般超出,造成土体容易压缩变形,强度比较低。、砂性土砂性土是由于受到海水冲刷洗涤而成,在海水作用下土体中小颗粒被冲走而工程硕士学位论文留下颗粒较大的沉积,其中主要成分为粉砂及细砂。粘性土颗粒成分很少,从而得名砂性土。砂性土中颗粒大