顶管法施工课件

1、顶管法施工顶管法施工 顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种土层地下工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、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，是一种等，是一种非开挖非开挖的敷设的敷设地下管道地下管道的施工方法。的施工方法。 地下管线的非开挖施工法主要内容包括：地下管线的铺地下管线的非开挖施工法主要内容包括：

2、地下管线的铺 设、更换和修复。设、更换和修复。 先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，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，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。将预制的管段顶入地层。 边边顶进，顶进， 边边开挖地层，开挖地层， 边边将管段接长的管道埋设方法。将管段接长的管道埋设方法。 施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为施工时，先制作顶管工作井及接收

3、井，作为 一段顶管的起点和终点，工作井中有一面或两面井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，（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预留孔

4、，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。用于直线管道，也可用于曲线等管道。 1-预制的混凝土管；预制的混凝土管；2-运输车；运输车；3-扶梯；扶梯；4-主顶油泵；主顶油泵；5-行车；行车；6-安全护栏；安全护栏；7-润润 滑注浆系统；滑注浆系统； 8-操纵房；操纵房；9-配电系统；配电系统；10-操纵系统；操纵系统；11-后座；后座；12-测量系统；测量系统； 13-主顶油缸；主顶油

5、缸；14-导轨；导轨；15-弧形顶铁；弧形顶铁；16-环形顶铁；环形顶铁；17-已顶入的混凝土管；已顶入的混凝土管； 18-运土车；运土车；19-机头机头 顶管施工技术最早始于顶管施工技术最早始于18961896年美国的北太平洋年美国的北太平洋 铁路铺设工程的施工中。铁路铺设工程的施工中。19481948年日本第一次采年日本第一次采 用顶管施工方法，在尼崎市的铁路下顶进了一用顶管施工方法，在尼崎市的铁路下顶进了一 根内径根内径600mm600mm的铸铁管，顶距只在的铸铁管，顶距只在6 6米。米。 欧洲发欧洲发 达国家最早开发应用顶管法，达国家最早开发应用顶管法，19501950年前后，英、年前

6、后，英、 德、日等国家相继采用。德、日等国家相继采用。 我国较早的顶管施工约在上世纪我国较早的顶管施工约在上世纪5050年代，初期年代，初期 主要是手掘式顶管，设备也较简陋。我国顶管主要是手掘式顶管，设备也较简陋。我国顶管 技术真正较大的发展是从上世纪技术真正较大的发展是从上世纪8080年代中期开年代中期开 始。始。19881988年上海研制成功我国第一台土压平衡年上海研制成功我国第一台土压平衡 掘进机。掘进机。 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：以下方面： 一次连续顶进的距离一次连续顶进的距离：

7、越来越长：越来越长 顶管直径顶管直径：向大小直径两个方向发展：向大小直径两个方向发展 管材管材：钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管：钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管 挖掘技术挖掘技术：机械化程度越来越高：机械化程度越来越高 顶管线路的曲直度顶管线路的曲直度：曲线形状越来越复杂，曲率半径越来越小。：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按所顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小：大口径、中口径、小 口径和微型顶管四种。大口径多指口径和微型顶管四种。大口径多指2m2m以上的顶管，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人可以在其中直立行走。中口径顶管的管径多为

8、 1.21.21.8m1.8m，人在其中需弯腰行走，大多数顶管为，人在其中需弯腰行走，大多数顶管为 中口径顶管。小口径顶管直径为中口径顶管。小口径顶管直径为5005001000mm1000mm，人，人 只能在其中爬行，有时甚至爬行都比较困难。微型只能在其中爬行，有时甚至爬行都比较困难。微型 顶管的直径通常在顶管的直径通常在400mm400mm以下，最小的只有以下，最小的只有75mm75mm。 按一次顶进的长度（按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之指顶进工作坑和接收工作坑之 间的距离间的距离）分：）分：普通距离顶管和长距离顶管。顶进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

9、确规定，过去多指距离长短的划分目前尚无明确规定，过去多指100m100m 左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜，左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜， 可把可把500m500m以上的顶管称为长距离顶管。以上的顶管称为长距离顶管。 按顶管机的类型分按顶管机的类型分：手掘式人工顶管、：手掘式人工顶管、 挤压顶管、水射流顶管和机械顶管挤压顶管、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），人的带刃口的管子（称为工具管），人 在工具管内挖土。掘进

10、机顶管的破土在工具管内挖土。掘进机顶管的破土 方式与盾构类似，也有机械式和半机方式与盾构类似，也有机械式和半机 械式之分。械式之分。 按管材分按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶：钢筋混凝土顶管、钢管顶 管、以及其他管材的顶管。管、以及其他管材的顶管。 按顶进管子轨迹的曲直分按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管：直线顶管 和曲线顶管。和曲线顶管。 工作井（工作坑或基坑），按其作用分为工作井（工作坑或基坑），按其作用分为顶进井顶进井（始（始 发井）和发井）和接收井接收井两种。顶进井是安放所有顶进设备的两种。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，是承受主顶油缸场所，也是顶管掘进机的始

11、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、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。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

12、井布置比较简单。井相比，接收井布置比较简单。 12345678 9 顶进工作井内布置图顶进工作井内布置图 1-1-管节；管节；2-2-洞口止水系统；洞口止水系统；3-3-环形顶铁；环形顶铁；4-4-弧形顶铁；弧形顶铁；5-5-顶进导轨；顶进导轨；6-6-主顶油缸；主顶油缸； 7-7-主顶油缸架；主顶油缸架；8-8-测量系统；测量系统；9-9-后靠背；后靠背；10-10-后座墙；后座墙；11-11-井壁井壁 在市政工程建设中，长距离管道的敷设是其重要的在市政工程建设中，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

13、艺技术已成为引人注目的课题。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，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（中继环）、减小顶管承受的正面阻力等。

14、目前在 发展长距离顶管技术的过程中，发展长距离顶管技术的过程中，减摩减摩和和设置中继环设置中继环 两项措施已得到较多研究，并已成为成熟的技术。两项措施已得到较多研究，并已成为成熟的技术。 为了适应长距离顶进管道的需要，研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）。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，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，满足敷设段，延长顶管的顶进长度，满足敷设 长距离管道的需要。长距离管道的需要。 采用中继环时，管道沿全长分成若干采用

15、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生的推顶力可用于推进中继环前方的 管道。管道。 增设中继环（间）增设中继环（间） 中继环示意图中继环示意图 钢筋混凝土管节的接口有平口、企口和承口三种类型。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。管节类型不同，止水方式也不同。 （1 1）平口管接口及止水）平口管接口及止水 平口管用平口管用“T”T”

16、形钢套环接口，把两只管子连接在一形钢套环接口，把两只管子连接在一 起，在混凝土管和钢套环中间安装有起，在混凝土管和钢套环中间安装有2 2根齿形橡胶根齿形橡胶 圈止水。圈止水。 （2 2）企口接口及防水）企口接口及防水 企口管用企口式接口，用企口管用企口式接口，用1 1根根“q”q”形形 橡胶圈止水。止水圈右边腔内有硅橡胶圈止水。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。方及左边，增强了止水效果。 （a a）企口形管及其接口）企口形管及其接口 （b b）“q”q”形橡胶

17、止水圈形橡胶止水圈 （3 3）承口接口及防水）承口接口及防水 承口管用承口管用“F”F”形套环接口，接口处用形套环接口，接口处用1 1根齿根齿 形橡胶圈止水。形橡胶圈止水。F F形接口管是最为常用的形接口管是最为常用的 一种管节。它把一种管节。它把“T”T”形钢套环的前面一形钢套环的前面一 半埋入混凝土管中就变成了半埋入混凝土管中就变成了“F”F”形接口。形接口。 为防止钢套环与混凝土结合面渗漏，在该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。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，再焊成钢管是用一定厚度的钢板先卷成圆筒，再焊成 竹节，钢管

18、两管节之间采用焊接连接，其整体竹节，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：单边口形式有两种：单边V V型坡口；型坡口；K K型坡口。单边型坡口。单边 V V型坡口适用于人员无法进入的小口径管，采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；用单边坡口和单面焊接；K K型坡口双面成型的型坡口双面成型的 焊接工艺，即管内外均需焊接，适用于口径较焊接工艺，即管内外均需焊接，适用于口径较 大的管道中。大的管道中。

19、 钢管顶管的接口形式钢管顶管的接口形式 图图7-21 坡口型式坡口型式 盾构法和顶管法的主要异同点： 相同点：相同点： （1 1）二者都属于暗挖法施工大口径（）二者都属于暗挖法施工大口径（900900 ）地下工程的主要施工方法。）地下工程的主要施工方法。 （2 2）二者都要开挖工作基坑（工作井和接）二者都要开挖工作基坑（工作井和接 收井）。收井）。 （3 3）二者工作面的开挖方法，出、进洞施）二者工作面的开挖方法，出、进洞施 工技术基本相似。工技术基本相似。 （4 4）二者都要注意接缝防水处理、地表沉）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，都要进行降控制、周边环境保护等问题，都要进行 注压浆。注压浆。 不同点： （1 1）盾构法的）盾构法的衬砌衬砌为管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，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，