培训班课程第二次

1、 盾构隧道施工盾构隧道施工内容提要内容提要 隧道施工工法的选择隧道施工工法的选择 盾构机的分类及组成盾构机的分类及组成 盾构施工工艺盾构施工工艺 盾构施工关键技术盾构施工关键技术优点：优点：a a）具有良好的隐蔽性；具有良好的隐蔽性；b b）掘进速度快且施工费用不受埋置深度大而影响；掘进速度快且施工费用不受埋置深度大而影响；c c）适宜在不同颗粒条件下的土层中施工，尤其在松软含适宜在不同颗粒条件下的土层中施工，尤其在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性；方面的优越性；d d）多车道的隧道可做到分期施工，分期运营，可减少一

2、多车道的隧道可做到分期施工，分期运营，可减少一次性投资。次性投资。 Section3 盾构施工的优缺点盾构施工的优缺点缺点：缺点：a a）盾构施工是不可后退的；盾构施工是不可后退的；b b）盾构是一种价格昂贵、针对性很强的专用施工机械，盾构是一种价格昂贵、针对性很强的专用施工机械，对于每一条用盾构法施工的隧道，必须根据施工隧道对于每一条用盾构法施工的隧道，必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造，一般不能简单的倒用到其它隧道工计、制造或改造，一般不能简单的倒用到其它隧道工程中重复使用；程中重复使用；c c）对隧道

3、曲线半径过小或隧道顶部覆土太浅时，施工困对隧道曲线半径过小或隧道顶部覆土太浅时，施工困难较大，而且不够安全，特别是饱和含水松软土层，难较大，而且不够安全，特别是饱和含水松软土层，在隧道上方一定范围内地表沉陷尚难完全防止，拼装在隧道上方一定范围内地表沉陷尚难完全防止，拼装衬砌时对衬砌整体防水技术要求很高。衬砌时对衬砌整体防水技术要求很高。 盾构机的分类及组成盾构机的分类及组成Section1 按照平衡开挖面的方式按照平衡开挖面的方式Section2 按照机械化程度按照机械化程度Section3 按照掌子面敞开程度按照掌子面敞开程度Section4 按照断面形式按照断面形式Section5 盾构机

4、的组成盾构机的组成Section1 按照平衡开挖面的方式按照平衡开挖面的方式A 插板式插板式B 挤压网格式挤压网格式C 土压平衡式土压平衡式D 泥水平衡式泥水平衡式E 加泥式加泥式F 加水式加水式土压平衡式土压平衡式泥水加压平衡式泥水加压平衡式土压平衡式双圆盾构，是目前世界上较为先进的土压平衡式双圆盾构，是目前世界上较为先进的隧道施工设备，与日本三菱重工业株式会社和石隧道施工设备，与日本三菱重工业株式会社和石川岛播磨重工株式会社公司合作制造了四台双圆川岛播磨重工株式会社公司合作制造了四台双圆盾构掘进机，用于上海地铁隧道工程盾构掘进机，用于上海地铁隧道工程 网格半挤压式盾构于网格半挤压式盾构于1

5、958年开始研制使用，适用于淤泥质粘土、粘年开始研制使用，适用于淤泥质粘土、粘土地层的隧道施工。因其造价较低而被大量应用于各类隧道工程。土地层的隧道施工。因其造价较低而被大量应用于各类隧道工程。 复合式盾构掘进机复合式盾构掘进机 Section2 按照机械化程度按照机械化程度A 人工人工B 机械化机械化C 全自动化全自动化Section3 按照掌子面敞开程度按照掌子面敞开程度A 全敞口全敞口B 半敞口半敞口C 全封闭（面板式、条幅式）全封闭（面板式、条幅式）Section4 按照断面形式按照断面形式A 单圆单圆B 双圆双圆C 三圆三圆D 矩形矩形E 球形球形盾壳盾壳 ；开挖机构开挖机构 ；推进

6、机构推进机构；拼装机构拼装机构；附属设备。附属设备。 Section5 盾构机的组成盾构机的组成（a a）闭胸式盾构（闭胸式盾构（b b）敞开式盾构敞开式盾构 盾壳盾壳开挖机构开挖机构 由切削刀盘、泥水（土）室、切削刀盘支承由切削刀盘、泥水（土）室、切削刀盘支承系统、切削刀盘驱动系统等部分组成系统、切削刀盘驱动系统等部分组成 （a）周边支承式（周边支承式（b b）中心中心支承式（支承式（c c）混合支承式（混合支承式（d d）密封结构密封结构 推进机构推进机构 主要由盾构千斤顶和液压设备组成主要由盾构千斤顶和液压设备组成 盾构千斤顶作用在管片上盾构千斤顶作用在管片上拼装机构拼装机构 拼装机构即

7、为衬砌拼装系统，由举重臂和驱动拼装机构即为衬砌拼装系统，由举重臂和驱动部分组成，是将管片组装成指定形状的机械。部分组成，是将管片组装成指定形状的机械。 拼装机提起管片拼装机提起管片盾构管片拼装机盾构管片拼装机管片堆放管片堆放井外管片吊放井外管片吊放盾构头部管片拼装机盾构头部管片拼装机工作人员正在操纵拼装机工作人员正在操纵拼装机附属设备附属设备 主要包括：操作控制设备、动力变电设备、主要包括：操作控制设备、动力变电设备、后续台车设备、真圆保持器等后续台车设备、真圆保持器等 盾构盾构机主机主控制控制面板面板盾构施工工艺盾构施工工艺拼装拼装 始发始发 掘进掘进 进洞进洞 拆装拆装盾构的拼装盾构的拼装

8、盾构的始发盾构的始发隧道盾构掘进隧道盾构掘进开挖开挖衬砌衬砌出土出土运输运输进洞进洞进洞进洞3636盾构法主要施工程序盾构法主要施工程序a a、端头加固、端头加固 为了确保盾构始发和为了确保盾构始发和到达时施工安全，确到达时施工安全，确保地层稳定，以防端保地层稳定，以防端头地层发生坍塌或涌头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根漏水等意外情况，根据各始发和到达端头据各始发和到达端头工程地质、水文地质工程地质、水文地质和端头结构等综合分和端头结构等综合分析与评价，决定是否析与评价，决定是否对洞门端头地层进行对洞门端头地层进行加固处理。端头加固加固处理。端头加固有高压旋喷桩、搅拌有高压旋喷桩、搅拌桩、

9、静压注浆等多种桩、静压注浆等多种形式。形式。 3737始发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除，始发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除，采用油炮采用油炮+ +人工施工作方式进行凿除，先沿洞人工施工作方式进行凿除，先沿洞四周凿除采用油炮四周凿除采用油炮A A部分，再用人工持风镐凿部分，再用人工持风镐凿除除B B部分。凿除时围护桩内层钢筋先不割除，部分。凿除时围护桩内层钢筋先不割除，待盾构进洞或出洞时再迅速割除。待盾构进洞或出洞时再迅速割除。3838b b、洞门破除、洞门破除C C 同步注浆及壁后注浆设备同步注浆及壁后注浆设备充填盾尾空隙的方法充填盾尾空隙的方法: : 同步注浆同步注浆: :在盾

10、构尾部外壳上设在盾构尾部外壳上设2626根同步注浆管根同步注浆管, ,在在盾构推进的同时进行注浆充填空隙；盾构推进的同时进行注浆充填空隙； 壁后注浆壁后注浆: :在管片上留有注浆孔在管片上留有注浆孔, ,随时可进行壁后注浆随时可进行壁后注浆3939盾尾同步注浆管和壁后注浆孔示意图盾尾同步注浆管和壁后注浆孔示意图4040盾构施工关键技术盾构施工关键技术Section1 盾构机的选型、组装与调试盾构机的选型、组装与调试 Section9 管片制作检验及耐久性控制管片制作检验及耐久性控制Section2 盾构进出洞施工技术盾构进出洞施工技术 Section10 地下（水底）施工的三维可视地下（水底）

11、施工的三维可视 Section3 开挖面平衡技术开挖面平衡技术 化及自动化操作管理系统化及自动化操作管理系统Section4 灾害地质障碍物探测和施工技术灾害地质障碍物探测和施工技术 Section11 管片脱出盾尾上浮管片脱出盾尾上浮Section5 同步注浆、稳定工作面新鲜泥浆同步注浆、稳定工作面新鲜泥浆 Section12 盾构穿越已建隧道施工盾构穿越已建隧道施工 的制作传送及配套施工工艺的制作传送及配套施工工艺 Section13 联络通道施工技术联络通道施工技术Section6 泥水中的渣土分离技术泥水中的渣土分离技术 Section14 浅覆土施工浅覆土施工Section7 大直径

12、长距离盾构隧道施工技术大直径长距离盾构隧道施工技术Section8 地面沉降预测地面沉降预测实用篇实用篇衬砌结构型式衬砌结构型式管片构造管片构造衬砌防水衬砌防水 衬砌结构型式衬砌结构型式目前常用的衬砌方法有：预制的管片衬砌、现浇混凝土衬砌、目前常用的衬砌方法有：预制的管片衬砌、现浇混凝土衬砌、挤压混凝土衬砌以及先安装预制管片外衬后再现浇混凝土内挤压混凝土衬砌以及先安装预制管片外衬后再现浇混凝土内砌的复合式衬砌。砌的复合式衬砌。 按照材料的不同可分为：铸铁管片、钢板管片、钢筋混凝土按照材料的不同可分为：铸铁管片、钢板管片、钢筋混凝土管片、钢板钢筋混凝土组合管片以及高强钢筋混凝土几种。管片、钢板钢

13、筋混凝土组合管片以及高强钢筋混凝土几种。按照结构形式分为：平板型管片、箱型管片。按照结构形式分为：平板型管片、箱型管片。 （a a）箱形管片（箱形管片（b b）中子型管片（中子型管片（c c）平板形管片平板形管片管片构造管片构造1 1 环宽（即管片宽度）环宽（即管片宽度） 管片宽度指沿隧道纵向量测的管片尺寸。管片宽度指沿隧道纵向量测的管片尺寸。 根据国内外修建隧道的实践经验，环宽一般是根据国内外修建隧道的实践经验，环宽一般是500500mmmm1200mm1200mm之间，最近最为一般的是之间，最近最为一般的是10001000mmmm。管片构造管片构造 从便于搬运、组装以及在隧道曲线上的施工，

14、考虑盾从便于搬运、组装以及在隧道曲线上的施工，考虑盾尾长度等条件，管片宽度小一些为好。尾长度等条件，管片宽度小一些为好。 但是，从降低隧道总长的管片制造成本，减少易出现但是，从降低隧道总长的管片制造成本，减少易出现漏水等缺陷的接头部数量、提高施工速度等方面考虑，则漏水等缺陷的接头部数量、提高施工速度等方面考虑，则此宽度大一些为好。此宽度大一些为好。 管片宽度应根据隧道的断面，结合实际施工经验，选管片宽度应根据隧道的断面，结合实际施工经验，选择在经济性、施工性方面较合理的尺寸。一般在灵敏度不择在经济性、施工性方面较合理的尺寸。一般在灵敏度不变的情况下，大隧道管片的宽度可比小隧道管片的宽度大变的情

15、况下，大隧道管片的宽度可比小隧道管片的宽度大一些。一些。2 2 管片厚度管片厚度 管片的厚度一般需要经过计算而定。根据工程实践，管片管片的厚度一般需要经过计算而定。根据工程实践，管片厚度可取隧道外径的厚度可取隧道外径的4%4%6%6%。Dhs)06. 004. 0( 钢筋混凝土管片，一般以取钢筋混凝土管片，一般以取0.050.05D D。3 3 管片环分块管片环分块 管片环一般由数块管片环一般由数块A A型管片、两块型管片、两块B B型管片和一块可在型管片和一块可在最后在顶点附近封顶的最后在顶点附近封顶的K K型管片组成，其中型管片组成，其中A A、B B、K K分别为分别为标准块、邻接块和封

16、顶块，封顶块有大、小二种，小封顶标准块、邻接块和封顶块，封顶块有大、小二种，小封顶块的弧长块的弧长S S以以600600900900mmmm。K K型管片可分为半径方向插入型型管片可分为半径方向插入型K K管片和轴方向插入型管片和轴方向插入型K K管片，在隧道半径方向上设有锥度，管片，在隧道半径方向上设有锥度，沿隧道内侧插入者称为半径方向插入型沿隧道内侧插入者称为半径方向插入型K K管片，在轴向设有管片，在轴向设有锥度沿隧道轴向插入者称为轴方向插入型锥度沿隧道轴向插入者称为轴方向插入型K K管片。管片。 4 4 拼装形式拼装形式 衬砌的拼装可通缝拼装，亦可错缝拼装。衬砌的拼装可通缝拼装，亦可错

17、缝拼装。 通缝拼装是每环管片的纵向缝环环对齐；通缝拼装是每环管片的纵向缝环环对齐； 错缝拼装是每环管片的纵向缝环环错开二分之一到三分错缝拼装是每环管片的纵向缝环环错开二分之一到三分之一宽度。之一宽度。 目前采用错缝拼装较为普遍，虽然后者拼装较为麻烦但目前采用错缝拼装较为普遍，虽然后者拼装较为麻烦但受力较好，因错丰后能加强圆环接缝刚度，约束接缝变形。受力较好，因错丰后能加强圆环接缝刚度，约束接缝变形。 4 4 拼装形式拼装形式 拼装方法分先纵后环和先环后纵两种：先纵后环是管片拼装方法分先纵后环和先环后纵两种：先纵后环是管片按先底部后两侧在封顶的顺序，逐次安装成环，每装一块管按先底部后两侧在封顶的

18、顺序，逐次安装成环，每装一块管片，对应千斤顶就伸缩一次；片，对应千斤顶就伸缩一次； 先环后纵是管片依次安装成环后，盾构千斤顶一齐伸出先环后纵是管片依次安装成环后，盾构千斤顶一齐伸出将衬砌环推向已经完成的隧道衬砌进行纵向连接。先环后纵将衬砌环推向已经完成的隧道衬砌进行纵向连接。先环后纵法用得较少，尤其在推进阻力较大，容易引起盾构后退的情法用得较少，尤其在推进阻力较大，容易引起盾构后退的情况下不宜采用。况下不宜采用。通缝拼装盾构隧道通缝拼装盾构隧道5 5 管片连接管片连接 管片接头分为将管片沿圆周方向连接起来的管片接头和管片接头分为将管片沿圆周方向连接起来的管片接头和沿隧道轴向连接起来的管片环接头

19、。这些接头所采用的基本沿隧道轴向连接起来的管片环接头。这些接头所采用的基本的结构有螺栓接头、铰接头、销插入式、楔接头、榫槽接头的结构有螺栓接头、铰接头、销插入式、楔接头、榫槽接头等等。等等。 其中螺栓接头是管片接头和管片环接头上最为常用的接其中螺栓接头是管片接头和管片环接头上最为常用的接头结构。头结构。安装底部管片连接螺栓安装底部管片连接螺栓安装好连接螺栓安装好连接螺栓（三）（三） 衬砌防水衬砌防水 隧道衬砌防水主要包括自身防水和管片接缝防水两隧道衬砌防水主要包括自身防水和管片接缝防水两个方面。个方面。（1 1）管片自身防水）管片自身防水 管片自身防水主要满足两方面要求：提高管片管片自身防水主

20、要满足两方面要求：提高管片混凝土的抗渗要求；提高管片制作精度。混凝土的抗渗要求；提高管片制作精度。（三）（三） 衬砌防水衬砌防水 1 1 提高管片混凝土的抗渗要求提高管片混凝土的抗渗要求 首先，应根据隧道埋设深度和地下水压力，提出经济首先，应根据隧道埋设深度和地下水压力，提出经济合理的抗渗指标；对预制管片混凝土级配采取密实级配，合理的抗渗指标；对预制管片混凝土级配采取密实级配，且可掺入适当的塑化剂，调整级配，增加混凝土的和易性，且可掺入适当的塑化剂，调整级配，增加混凝土的和易性，严格控制水灰比，一般不大于严格控制水灰比，一般不大于0.40.4； 对管片的生产提出合理的生产工艺要求，包括对混凝对

21、管片的生产提出合理的生产工艺要求，包括对混凝土振捣方式、养护条件、脱模时间、防止温度应力而引起土振捣方式、养护条件、脱模时间、防止温度应力而引起裂缝等均应提出明确的工艺条件，同时应建立生产过程及裂缝等均应提出明确的工艺条件，同时应建立生产过程及产品质量的严格管理和检验制度，并应努力创造条件减少产品质量的严格管理和检验制度，并应努力创造条件减少管片在堆放、运输、拼装等过程中的损坏率。管片在堆放、运输、拼装等过程中的损坏率。 2 2 提高管片制作精度提高管片制作精度 根据国内外隧道施工的实践，采用高精度钢模，以提高根据国内外隧道施工的实践，采用高精度钢模，以提高管片精度和加强衬砌接缝防水是最主要的

22、环节。此外，如衬管片精度和加强衬砌接缝防水是最主要的环节。此外，如衬砌制作精度不够，容易造成盾构推进时衬砌的顶碎和崩落，砌制作精度不够，容易造成盾构推进时衬砌的顶碎和崩落，并导致漏水。并导致漏水。 要能生产出高精度的钢筋混凝土管片，就必须有一个高要能生产出高精度的钢筋混凝土管片，就必须有一个高精度的钢模。在制造钢模时要采用高精度机械加工。为了保精度的钢模。在制造钢模时要采用高精度机械加工。为了保证钢模有足够刚度，以保证在长期使用过程中不变形，一般证钢模有足够刚度，以保证在长期使用过程中不变形，一般要求钢模应比管片重。要求钢模应比管片重。（2 2）管片接缝防水）管片接缝防水 除了要确保采用高精度

23、管片以保证接头接触面密贴、除了要确保采用高精度管片以保证接头接触面密贴、均匀，使其不产生较大的初始缝隙外，还要保证接缝处不均匀，使其不产生较大的初始缝隙外，还要保证接缝处不漏水。漏水。 目前管片接缝防水措施主要有密封、嵌缝、螺栓孔、目前管片接缝防水措施主要有密封、嵌缝、螺栓孔、二次衬砌等。具体工程中可以根据各工程的实际需要采用二次衬砌等。具体工程中可以根据各工程的实际需要采用其中一、二种措施或者几种方法并用，以保证盾构法施工其中一、二种措施或者几种方法并用，以保证盾构法施工隧道的管片防水的可靠性。隧道的管片防水的可靠性。1 1 密封垫防水密封垫防水2 2 嵌缝防水嵌缝防水3 3 螺栓孔防水螺栓

24、孔防水4 4 二次衬砌防水二次衬砌防水隧道管片接缝隧道管片接缝顶管法管道设计与施工顶管法管道设计与施工推荐教材：推荐教材：1. 顶管和微型隧道技术，马保松，顶管和微型隧道技术，马保松，20042. 顶管施工技术，余彬泉，顶管施工技术，余彬泉，1998主要内容主要内容何谓顶管法何谓顶管法? ?常用顶管类型及特点常用顶管类型及特点? ?顶管工程的设计顶管工程的设计? ?顶管法施工主要技术措施顶管法施工主要技术措施? ? 顶管施工剖面示意图顶管施工剖面示意图超长距离混凝土管顶管现场超长距离混凝土管顶管现场上海黄浦江上游引水二期上海黄浦江上游引水二期苏州河污水截流苏州河污水截流A-10A-10标标香港

25、污水处理香港污水处理在城区内施工如果地下水不是十分丰富以及管道埋深较浅的情况下采用开挖式敷在城区内施工如果地下水不是十分丰富以及管道埋深较浅的情况下采用开挖式敷设管道比较经济。设管道比较经济。存在一些问题如下：施工噪音较大，容易阻碍交通，容易引起地盘沉降等。存在一些问题如下：施工噪音较大，容易阻碍交通，容易引起地盘沉降等。 非开挖顶管施工采用油压驱动，施工时噪音远小于开槽式敷设管道，几乎没有地盘非开挖顶管施工采用油压驱动，施工时噪音远小于开槽式敷设管道，几乎没有地盘沉降的现象，对周遭的影响降低到最小程度。而且在较深的埋深情况下施工成本要沉降的现象，对周遭的影响降低到最小程度。而且在较深的埋深情

26、况下施工成本要小于开槽式敷设管道。小于开槽式敷设管道。 顶管法的概念顶管法的概念 顶管法主要是采用顶管法主要是采用液压千斤顶或具有顶液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备进、牵引功能的设备，以顶管工作井作，以顶管工作井作承压壁承压壁，将管子按设计高程、方位、坡，将管子按设计高程、方位、坡度逐根度逐根顶入顶入土层直至达到目的地，是土层直至达到目的地，是修修建隧道和地下管道建隧道和地下管道的一种重要方法。的一种重要方法。 顶管法施工过程如下：顶管法施工过程如下：n先在管道设计路线上施工一定数量的小基坑作为先在管道设计路线上施工一定数量的小基坑作为顶管工作井顶管工作井（大多采用沉（大多采用沉井），作为

27、一段顶管的起点与终点，工作井的井），作为一段顶管的起点与终点，工作井的 一面或两面侧壁设有圆孔一面或两面侧壁设有圆孔作为预制管节的出口与入口。作为预制管节的出口与入口。n顶管出口孔壁对面侧墙为顶管出口孔壁对面侧墙为承压壁承压壁，其上安装液压千斤顶和承压垫板。，其上安装液压千斤顶和承压垫板。n千斤顶将带有切口和支护开挖装置的工具管顶出工作井出口孔壁，然后千斤顶将带有切口和支护开挖装置的工具管顶出工作井出口孔壁，然后以以工具管为先导工具管为先导，将预制管节按设计轴线逐节顶入土层中，直至工具管后第，将预制管节按设计轴线逐节顶入土层中，直至工具管后第一段管节的前端进入下一工作井的进口孔壁，这样就施工完

28、一段管道，继一段管节的前端进入下一工作井的进口孔壁，这样就施工完一段管道，继续上一施工过程，一条管线就施工完毕。续上一施工过程，一条管线就施工完毕。顶管施工的优点顶管施工的优点 无需隔断交通无需隔断交通 噪音以及震动都很小噪音以及震动都很小 可以在很深的地下敷设管道可以在很深的地下敷设管道 可以安全的穿越铁路可以安全的穿越铁路 对施工周遭的影响很小对施工周遭的影响很小 可以穿越障碍物可以穿越障碍物 顶管顶管盾构盾构工法特点（优点）工法特点（优点）顶进精度高，方向控制精顶进精度高，方向控制精度可达度可达5cm5cm之内之内适用于大口径隧道适用于大口径隧道工法特点（缺点）工法特点（缺点）施工成本较

29、高施工成本较高管材成本高管材成本高适用范围适用范围通信管、排污管、煤气管、通信管、排污管、煤气管、自来水管、综合管道自来水管、综合管道综合管道、地铁、隧道综合管道、地铁、隧道适用管径适用管径350-4000350-40003000-140003000-14000施工精度施工精度50mm50mm以内以内50mm50mm以内以内施工速度施工速度2-42-4天天/100m/100m主要用于主要用于: : 特殊地质条件下的管道工程中特殊地质条件下的管道工程中 ：穿穿越江河、湖泊、港湾越江河、湖泊、港湾水体下水体下的供水、输气、的供水、输气、输油管道工程；输油管道工程；穿穿越城市建筑群、繁华街道越城市建

30、筑群、繁华街道地下地下的上下水、煤的上下水、煤气管道工程；气管道工程；穿穿越重要公路、铁路越重要公路、铁路路基下路基下的通讯、电力电缆的通讯、电力电缆管道工程；管道工程；水库坝体涵管水库坝体涵管重建重建工程等。工程等。顶管法的主要技术关键：顶管法的主要技术关键：1 1、方向控制、方向控制 要有一套能准确控制管道顶进方向的导向机构。管道能否按要有一套能准确控制管道顶进方向的导向机构。管道能否按设计轴线顶进，这是长距离顶管的成败关键之一。顶进方向失设计轴线顶进，这是长距离顶管的成败关键之一。顶进方向失去控制会导致管道弯曲，顶力急骤增加，工程无法使用。去控制会导致管道弯曲，顶力急骤增加，工程无法使用

31、。高精高精度的方向控制又是中继环正常工作的必要前提度的方向控制又是中继环正常工作的必要前提。2 2、顶力问题、顶力问题 顶管顶推力是随着顶进长度的增加而不断增大的，但是又受顶管顶推力是随着顶进长度的增加而不断增大的，但是又受到管道强度的限制，不能无限增大，因此用通常仅在管尾推进到管道强度的限制，不能无限增大，因此用通常仅在管尾推进的方法，管道顶进距离受到限制。的方法，管道顶进距离受到限制。长距离顶管必须解决在管道长距离顶管必须解决在管道允许强度范围内施加顶力的方法，这就是中继接力技术允许强度范围内施加顶力的方法，这就是中继接力技术。3 3、制止正面塌方、制止正面塌方 塌方不但危及地面构筑物，使

32、管道方向失去控制，导致管道受力情况恶化塌方不但危及地面构筑物，使管道方向失去控制，导致管道受力情况恶化，而且还会给施工带来许多困难。在深层顶管，而且还会给施工带来许多困难。在深层顶管，制止塌方实质上是制服地下制止塌方实质上是制服地下水的问题。水的问题。4 4、承压壁后靠结构及土体的稳定性、承压壁后靠结构及土体的稳定性 顶管工程中，多数情况下必须有顶管工作井。顶管工作井一般采用沉井结构顶管工程中，多数情况下必须有顶管工作井。顶管工作井一般采用沉井结构或钢板桩支护结构，除了或钢板桩支护结构，除了需要验算结构的强度和刚度外，需要验算结构的强度和刚度外，还还应确保后靠土体应确保后靠土体的稳定性，的稳定

33、性，可以采用注浆、增加后靠土体地面超载等方式限制后靠土体的滑可以采用注浆、增加后靠土体地面超载等方式限制后靠土体的滑动。若后靠土体失稳，不仅会影响顶管的正常施工，严重的还会影响到周围动。若后靠土体失稳，不仅会影响顶管的正常施工，严重的还会影响到周围环境。环境。5 5、顶管法的工程地质勘察、顶管法的工程地质勘察n勘察要点：勘察要点：n土层类别、埋深土层类别、埋深n各土层土体的物理、力学性质各土层土体的物理、力学性质n地下水位、压力地下水位、压力n地下水和土的腐蚀性地下水和土的腐蚀性n土层冻结深度土层冻结深度n地下管线地下管线n地下洞室地下洞室n临近建筑物基础临近建筑物基础n地面动载地面动载发展趋

34、势发展趋势n中继环接力顶推中继环接力顶推装置装置、触变触变泥浆减阻泥浆减阻顶顶进技术，进技术，自动测斜纠偏自动测斜纠偏技术技术、泥水平衡泥水平衡技术技术、土压平衡土压平衡技术技术、气压保护气压保护技术和技术和曲线顶管曲线顶管技术技术 。常用顶管类型及特点常用顶管类型及特点出土车出土车顶管机操作台顶管机操作台千斤顶千斤顶送水、排泥泵送水、排泥泵皮带输送机皮带输送机环形顶铁的主要作用是把主顶油缸的推力较均匀地分布在所顶管子的端面上。环形顶铁的主要作用是把主顶油缸的推力较均匀地分布在所顶管子的端面上。 洞口止水圈是安装在工作井的出洞洞口和接收井的进洞洞口，具有制止地下水洞口止水圈是安装在工作井的出洞

35、洞口和接收井的进洞洞口，具有制止地下水和泥砂流到工作井和接收井的功能和泥砂流到工作井和接收井的功能 后靠背、千斤顶支架、导轨后靠背、千斤顶支架、导轨工作井是安放所有顶进设备的场所，是顶管掘进机的始发场所，还是承受主顶油工作井是安放所有顶进设备的场所，是顶管掘进机的始发场所，还是承受主顶油缸推力的反作用力的构筑物。接收井是接收掘进机的场所。缸推力的反作用力的构筑物。接收井是接收掘进机的场所。单刀盘土压平衡顶管机单刀盘土压平衡顶管机单刀盘土压平衡顶管掘进机有以下优点：单刀盘土压平衡顶管掘进机有以下优点： 1 1适用的土质范围较广。适用的土质范围较广。 2 2施工后地面沉降小。施工后地面沉降小。 3

36、 3弃土的处理比较简单。弃土的处理比较简单。 4. 4. 可在复土层仅为管外径可在复土层仅为管外径0.80.8倍的浅土层中施工。倍的浅土层中施工。 5 5有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良功能。有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良功能。单刀盘土压平衡顶管掘进机的缺点：单刀盘土压平衡顶管掘进机的缺点：施工速度比较慢，通常的速度是每天施工速度比较慢，通常的速度是每天1818米左右。米左右。多刀盘土压平衡顶管机多刀盘土压平衡顶管机多刀盘土压平衡顶管掘进机把通常的全断面切削刀盘改成四个独立的切削搅拌多刀盘土压平衡顶管掘进机把通常的全断面切削刀盘改成四个独立的切削搅拌刀盘，所以它尤其适用于软粘

37、土层的顶管。刀盘，所以它尤其适用于软粘土层的顶管。 采用此机进行顶管施工后，对地面及地下的建筑物、构造物、埋设物的影响较采用此机进行顶管施工后，对地面及地下的建筑物、构造物、埋设物的影响较小。用它可以安全地穿越公路、铁路、河川、房屋以及各种地下公用管线。其小。用它可以安全地穿越公路、铁路、河川、房屋以及各种地下公用管线。其最小复土深度可以相当于一倍管外径左右。最小复土深度可以相当于一倍管外径左右。 它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。它与泥水式顶管施它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。它与泥水式顶管施工相比，工相比，最大的特点是排出的土或泥浆一般都不需要再进行泥

38、水分离等二次处最大的特点是排出的土或泥浆一般都不需要再进行泥水分离等二次处理。理。施工占地小，对周围环境污染也很少。它与手掘式及其他形式的顶管施工施工占地小，对周围环境污染也很少。它与手掘式及其他形式的顶管施工相比较，又具有适应土质范围广和不需要采用任何其他辅助施工手段的优点。相比较，又具有适应土质范围广和不需要采用任何其他辅助施工手段的优点。 该机型专为在软土中顶进而设该机型专为在软土中顶进而设计，和其他顶管机不同的是它计，和其他顶管机不同的是它有一个可以前后浮动的刀盘，有一个可以前后浮动的刀盘，一次设定工作土压力后刀盘即一次设定工作土压力后刀盘即可根据顶进速度以及前方土体可根据顶进速度以及

39、前方土体土压力的变化而自动浮动，从土压力的变化而自动浮动，从而保证而保证一个恒定的土压力平衡一个恒定的土压力平衡值值，达到最小的地表沉降，确，达到最小的地表沉降，确保顶进轴线上方的构筑物不受保顶进轴线上方的构筑物不受影响。影响。 适合于在各种地下土壤类型的适合于在各种地下土壤类型的顶管掘进机。顶管掘进机。具有超强破碎能力的岩盘机可具有超强破碎能力的岩盘机可在岩石中顶进。可破碎轴压缩在岩石中顶进。可破碎轴压缩强度达强度达196Mpa(2000kg/cm2)196Mpa(2000kg/cm2)卵卵石和砾石。石和砾石。该顶管机可以适应范围广泛的地该顶管机可以适应范围广泛的地下土质条件，比如粘性土和砂

40、砾下土质条件，比如粘性土和砂砾土，砂砾混杂卵石土和软岩。土，砂砾混杂卵石土和软岩。 对于地质为强风化岩的情况下我对于地质为强风化岩的情况下我们可采用偏心破碎泥水式掘进机们可采用偏心破碎泥水式掘进机 按顶进管子直径分按顶进管子直径分: :直径大于直径大于2 2米为大口径顶管；米为大口径顶管； 直径直径0.8-2.00.8-2.0米为中口径顶管；米为中口径顶管； 直径小于直径小于0.80.8米为小口径顶管。米为小口径顶管。按顶进距离分按顶进距离分: :顶进距离顶进距离0-1000-100米为短距离顶管；米为短距离顶管； 顶进距离顶进距离100-300100-300米为中距离顶管；米为中距离顶管；

41、大于大于300300米为长距离顶管。米为长距离顶管。按工程地质条件分按工程地质条件分: :在地下水位以上的土层中顶管，称为水上顶管；在地下水位以上的土层中顶管，称为水上顶管；在地下水位以下的土层中和江河湖泊、港湾水下地层中顶管，称为水下顶管。在地下水位以下的土层中和江河湖泊、港湾水下地层中顶管，称为水下顶管。按照顶管施工的破土方法：按照顶管施工的破土方法：1 1、人工挖土、人工挖土先把管子下到工作井内的导轨上就位。顶进时，首先用千斤顶将管子顶入土内；先把管子下到工作井内的导轨上就位。顶进时，首先用千斤顶将管子顶入土内；然后进行管前开挖，同时将土运送出去。在千斤顶顶头加入顶铁将管子顶入土内然后进

42、行管前开挖，同时将土运送出去。在千斤顶顶头加入顶铁将管子顶入土内，然后进行挖运土后，将管子顶进。如此循环作业，直到管子的后端与千斤顶之，然后进行挖运土后，将管子顶进。如此循环作业，直到管子的后端与千斤顶之间满足一节管子就位长度后，就可以下第二根管子，继续作业，直至顶到下一个间满足一节管子就位长度后，就可以下第二根管子，继续作业，直至顶到下一个接收井管线端点。接收井管线端点。一般只适用一般只适用地下水位以上，口径大于地下水位以上，口径大于1.21.2米的顶管工程米的顶管工程，而且要求土层密实固结，而且要求土层密实固结，人工超前挖土时形成压力拱，才能保证作业人员的安全。，人工超前挖土时形成压力拱，

43、才能保证作业人员的安全。人工挖土的作业空间比较狭小，条件恶劣，劳动强度大，生产效率低。人工挖土的作业空间比较狭小，条件恶劣，劳动强度大，生产效率低。2 2、机械挖土、机械挖土机械破土是利用刀齿向工作面土层施加压力，实现切削破土。多用在管道内径大于机械破土是利用刀齿向工作面土层施加压力，实现切削破土。多用在管道内径大于1 1米的顶管工程中。米的顶管工程中。3 3、射流破土法、射流破土法适用于饱和粉砂土或含水量超过液限的粘性土。适用于饱和粉砂土或含水量超过液限的粘性土。其原理是根据土可以由固态变成流态的特性，利用水枪喷射压力来破碎土体。土被其原理是根据土可以由固态变成流态的特性，利用水枪喷射压力来

44、破碎土体。土被射流破碎后，碎屑与水混合成泥浆排出孔外，从而实现破土的目的。射流破碎后，碎屑与水混合成泥浆排出孔外，从而实现破土的目的。4 4、挤压破土法、挤压破土法该方法是在顶进时，将工具管前端制成刃脚，油压千斤顶在管段后端顶推，刃脚贯该方法是在顶进时，将工具管前端制成刃脚，油压千斤顶在管段后端顶推，刃脚贯入土中，土被刃脚剪切并挤入管口，形成密实土柱进入工具管内再由切割工具将土入土中，土被刃脚剪切并挤入管口，形成密实土柱进入工具管内再由切割工具将土柱割断运走。柱割断运走。按照开挖工作面的施工方法，可以分为敞开式和封闭式两种。按照开挖工作面的施工方法，可以分为敞开式和封闭式两种。机械开挖式顶管机

45、械开挖式顶管挤压土层式顶管挤压土层式顶管手掘式顶管手掘式顶管挤压式顶管挤压式顶管敞开式施工工艺一般适用于土质条件稳定，无地下水干扰，工人可以进入工作面敞开式施工工艺一般适用于土质条件稳定，无地下水干扰，工人可以进入工作面直接挖掘而不会出现大塌方或涌水等现象。因其工作面常处于开放状态，故称为直接挖掘而不会出现大塌方或涌水等现象。因其工作面常处于开放状态，故称为开放式施工工艺。开放式施工工艺。根据工具管的不同可分为手掘式、挤压式、机械开挖式、挤压土层式掘进顶管。根据工具管的不同可分为手掘式、挤压式、机械开挖式、挤压土层式掘进顶管。人工掘进顶管人工掘进顶管n人工取土掘进顶管法是依靠人力在管内前端掘土

46、，然后在工作坑内借助顶进人工取土掘进顶管法是依靠人力在管内前端掘土，然后在工作坑内借助顶进设备，设备，把敷设的管道按设计中线和高程的要求顶入把敷设的管道按设计中线和高程的要求顶入，并用小车将挖出的土从，并用小车将挖出的土从管中运出。管中运出。n此方法适用于软土地层中、地下水位以上黄土地层中、地下水位以上强风岩此方法适用于软土地层中、地下水位以上黄土地层中、地下水位以上强风岩地层中；地层中；n特点是施工成本低，在顶进过程中如遇前方障碍物可立即采用人工方式特点是施工成本低，在顶进过程中如遇前方障碍物可立即采用人工方式 排除排除；n缺点是顶进管径应大于缺点是顶进管径应大于800mm800mm，否则不

47、便于人员进出，顶进距离不宜过长。，否则不便于人员进出，顶进距离不宜过长。挤压式顶管挤压式顶管挤压式掘进顶管一般适用于大中口径的管道，对挤压式掘进顶管一般适用于大中口径的管道，对潮湿、可压缩的黏性土、砂性土较为适宜。潮湿、可压缩的黏性土、砂性土较为适宜。该方法设备简单、安全，又避免了挖装土的工序，该方法设备简单、安全，又避免了挖装土的工序，比人工挖掘提高效率比人工挖掘提高效率1 12 2倍。倍。它是将工作面用胸板隔开后，在胸板上留有一喇它是将工作面用胸板隔开后，在胸板上留有一喇叭口形的锥筒，当顶进时将土体挤入喇叭口内，土叭口形的锥筒，当顶进时将土体挤入喇叭口内，土体被压缩成从锥筒口吐出的条形土柱

48、。待条形土柱体被压缩成从锥筒口吐出的条形土柱。待条形土柱达到一定长度后，再用钢丝将其割断，由运土工具达到一定长度后，再用钢丝将其割断，由运土工具吊运至地面。吊运至地面。机械掘进顶管机械掘进顶管n在被顶进的管道前端安装上机械钻进的掘土设备，配置传输带运土机械以代在被顶进的管道前端安装上机械钻进的掘土设备，配置传输带运土机械以代替人工挖运土替人工挖运土, ,当管前方土体被掘削成一定深度的孔洞时，利用顶管设施，将当管前方土体被掘削成一定深度的孔洞时，利用顶管设施，将连接在钻机后部的管子顶入孔洞。连接在钻机后部的管子顶入孔洞。n机械掘进顶管同样要在工作坑内按设计高程及中线方向安装导轨，使每节管机械掘进

49、顶管同样要在工作坑内按设计高程及中线方向安装导轨，使每节管子沿着一定方向和高程顶进。子沿着一定方向和高程顶进。n机械掘进顶管施工法可降低劳动强度，加速施工进度机械掘进顶管施工法可降低劳动强度，加速施工进度, ,对黏土、砂土及淤泥等对黏土、砂土及淤泥等土层均可顺利进行顶管。但运土与掘进速度不易同步，出土较慢。遇到含水土层均可顺利进行顶管。但运土与掘进速度不易同步，出土较慢。遇到含水土层或岩石地层时因无法更换机头，所以不能使用。土层或岩石地层时因无法更换机头，所以不能使用。挤压土层式顶管挤压土层式顶管n挤密土层式顶管前端的工具管可分为锥形和管帽形，仅适用于潮湿的黏土、挤密土层式顶管前端的工具管可分

50、为锥形和管帽形，仅适用于潮湿的黏土、砂土、粉质黏土，顶距较短的小口径钢管、铸铁管，且对地面变形要求不甚砂土、粉质黏土，顶距较短的小口径钢管、铸铁管，且对地面变形要求不甚严格的地段。严格的地段。n这种工具管安装在被顶管道的前方，顶进时，工具管借助千斤顶的顶力将管这种工具管安装在被顶管道的前方，顶进时，工具管借助千斤顶的顶力将管子直接挤入土层里，管子周围的土层被挤密实，常引起地面较大的变形。子直接挤入土层里，管子周围的土层被挤密实，常引起地面较大的变形。2022-3-221102封闭式施工工艺n封闭式施工工艺一般适用于土质不稳定、地下水位高，工人不能直接进行开封闭式施工工艺一般适用于土质不稳定、地

51、下水位高，工人不能直接进行开挖的施工条件。为防止工作面塌方、涌水对人身造成危害，常将机头前端的挖的施工条件。为防止工作面塌方、涌水对人身造成危害，常将机头前端的挖掘面与工人操作室之间用密封舱隔开，并在密封舱内充入空气、泥浆、泥挖掘面与工人操作室之间用密封舱隔开，并在密封舱内充入空气、泥浆、泥水混合物等，借助气压、土压、泥水混合物的压力支撑开挖面，以达到稳定水混合物等，借助气压、土压、泥水混合物的压力支撑开挖面，以达到稳定土层、防止塌方、涌水以及控制地面沉降的目的。土层、防止塌方、涌水以及控制地面沉降的目的。 泥水平衡式顶管法泥水平衡式顶管法水力掘进顶管法水力掘进顶管法土压平衡式顶管法土压平衡式

52、顶管法水力掘进顶管水力掘进顶管n水力掘进顶管的全套设备安装在水力掘进工具管内水力掘进顶管的全套设备安装在水力掘进工具管内。n工具管分为前、中、后三段。前段为冲泥舱，高压水枪射流将切入工具管的工具管分为前、中、后三段。前段为冲泥舱，高压水枪射流将切入工具管的土层冲成泥浆，进入泥浆吸口，由泥浆管输送至泄泥场地。中段为校正环，土层冲成泥浆，进入泥浆吸口，由泥浆管输送至泄泥场地。中段为校正环，环内安装校正千斤顶和校正铰，校正铰可使冲泥舱作相对转动，在相应千斤环内安装校正千斤顶和校正铰，校正铰可使冲泥舱作相对转动，在相应千斤顶的作用下，调正掘进方向。后段为气闸室，是工作人员进出冲泥舱顶的作用下，调正掘进

53、方向。后段为气闸室，是工作人员进出冲泥舱( (高压区高压区) )内检修或清理故障时，升压和降压之用。冲泥舱、校正段和气闸室之间应具内检修或清理故障时，升压和降压之用。冲泥舱、校正段和气闸室之间应具有可靠的密封连接。有可靠的密封连接。n在有充足水源和泄泥场地的条件下，水力掘进工具管可使饱和土层内的顶管在有充足水源和泄泥场地的条件下，水力掘进工具管可使饱和土层内的顶管过程大为简化。过程大为简化。土压平衡式顶管法土压平衡式顶管法n土压平衡顶管工法是利用土压平衡式顶管掘进机进行地下钢筋混凝土管道或其土压平衡顶管工法是利用土压平衡式顶管掘进机进行地下钢筋混凝土管道或其他管道的顶进施工，能以有效的技术手段

54、和措施，来确保整个顶管过程中不产他管道的顶进施工，能以有效的技术手段和措施，来确保整个顶管过程中不产生挖掘面土方的超挖和欠挖，仅仅取走顶入管子的这部分土体。它对周围的土生挖掘面土方的超挖和欠挖，仅仅取走顶入管子的这部分土体。它对周围的土体扰动很小，能使地表的沉降或隆起减小到最低限度。体扰动很小，能使地表的沉降或隆起减小到最低限度。原理原理 它是根据土压平衡的基本原理，利用顶管机的刀盘切削它是根据土压平衡的基本原理，利用顶管机的刀盘切削和土压仓的切削土体压力抵抗开挖面的土、水压力达到和土压仓的切削土体压力抵抗开挖面的土、水压力达到土体稳定；并以顶管机的顶速土体稳定；并以顶管机的顶速( (即掘削量

55、即掘削量) )为常量，螺旋为常量，螺旋输送机转速输送机转速( (即排土量即排土量) )为变量进行控制，达到使土压仓为变量进行控制，达到使土压仓内的土、水压力与掘削面的土、水压力保持平衡，从而内的土、水压力与掘削面的土、水压力保持平衡，从而使开挖面的土体保持稳定，控制了地表的沉降和隆起。使开挖面的土体保持稳定，控制了地表的沉降和隆起。特点特点 利用带面板的刀盘切削、支承土体，对土体的扰动小；利用带面板的刀盘切削、支承土体，对土体的扰动小； 采用干式排土，废弃泥土处理方便，对环境影响和污染采用干式排土，废弃泥土处理方便，对环境影响和污染小；小； 土压平衡系统采用具有自整定功能控制的土压平衡系统采用

56、具有自整定功能控制的“760760智能控制智能控制器器”，土压平衡控制精度高；，土压平衡控制精度高； 施工设备投入较少，施工方法简单，技术先进，经济合施工设备投入较少，施工方法简单，技术先进，经济合理；理； 施工安全，速度快，工期短，质量好。施工安全，速度快，工期短，质量好。适用范围适用范围 适用于饱和含水地层中的淤泥质粘土、粘土、粉砂土或适用于饱和含水地层中的淤泥质粘土、粘土、粉砂土或砂性土，尤其适用于闹市区或在建筑群、地下管线下进砂性土，尤其适用于闹市区或在建筑群、地下管线下进行顶管施工，也可进行穿越公路、铁路、河流特殊地段行顶管施工，也可进行穿越公路、铁路、河流特殊地段的地下管道的施工；

57、的地下管道的施工； 施工管道口径以国标下水道口径系列尺寸中的施工管道口径以国标下水道口径系列尺寸中的165016502400mm2400mm为宜；为宜； 顶管管材为钢筋混凝土；管节的接头形式可按要求选用顶管管材为钢筋混凝土；管节的接头形式可按要求选用“T T型型”、“F F型型”钢套环式、企口承插式等，也可按工钢套环式、企口承插式等，也可按工程的要求选用其他材质的管节和管口接扣形式。程的要求选用其他材质的管节和管口接扣形式。泥水平衡式顶管法泥水平衡式顶管法泥水平衡顶管施工是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地泥水平衡顶管施工是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力

58、，利用泥水作为输送弃土介质的机械式顶管作业。下水压力，利用泥水作为输送弃土介质的机械式顶管作业。 基本原理是泥水护壁，在泥水式顶管施工中，要使挖基本原理是泥水护壁，在泥水式顶管施工中，要使挖掘面保持稳定，必须向泥水舱注入一定压力的泥水。泥水掘面保持稳定，必须向泥水舱注入一定压力的泥水。泥水在压力作用下向土体内部渗透，在开挖面形成一层泥皮。在压力作用下向土体内部渗透，在开挖面形成一层泥皮。泥皮的作用，一方面阻止泥水继续向土体内部渗漏，另一泥皮的作用，一方面阻止泥水继续向土体内部渗漏，另一方面，泥水的压力通过泥皮作用在开挖面防止坍塌。泥水方面，泥水的压力通过泥皮作用在开挖面防止坍塌。泥水密度要求必

59、须大于密度要求必须大于1.03. 1.03. n适用土质范围广，软土、粘土、砂土、砂砾土、硬土均可适用。适用土质范围广，软土、粘土、砂土、砂砾土、硬土均可适用。n适应范围与采用的机头类型密切相关。日本适应范围与采用的机头类型密切相关。日本ISEKIISEKI公司生产的公司生产的TCZ600TCZ600机型，具机型，具备破碎功能。破碎的最大粒径可达掘进机口径的备破碎功能。破碎的最大粒径可达掘进机口径的40%-50%40%-50%之间，破碎的卵石强之间，破碎的卵石强度达度达200MPa200MPa。泥水平衡式顶管机按平衡对象分有两种，一种是泥水仅泥水平衡式顶管机按平衡对象分有两种，一种是泥水仅起平

60、衡地下水的作用，土压力则由机械方式来平衡；另一起平衡地下水的作用，土压力则由机械方式来平衡；另一种是同时具有平衡地下水压力和土压力的作用。种是同时具有平衡地下水压力和土压力的作用。n泥水平衡式顶管机的结构形式有多种，如刀盘可伸缩的顶管机、具有破泥水平衡式顶管机的结构形式有多种，如刀盘可伸缩的顶管机、具有破碎功能的顶管机、气压式顶管机等。碎功能的顶管机、气压式顶管机等。泥水平衡式顶管工具管泥水平衡式顶管工具管泥水平衡顶管施工的完整系统由顶管机、进排泥系统、泥水处理系统、主顶系统泥水平衡顶管施工的完整系统由顶管机、进排泥系统、泥水处理系统、主顶系统、测量系统、起吊系统、供电系统等组成。泥水平衡顶管