管道顶进施工PPt课件

1、n采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地逐根顶入土层直至达到目的地. .顶管施工技术的发展顶管施工技术顶管施工技术(Pipe jacking)(Pipe jacking)被认为最早应用于罗被认为最早应用于罗马时代，在二战中兴起于美国、二战后在欧洲的英马时代，在二战中兴起于美国、二战后在欧洲的英国、德国和日本迅速发展。国、德国和日本迅速发展。在在2O2O世纪的世纪的6O6O和和7O7O年代，顶管施工技术在美国、欧年代，顶管施工

2、技术在美国、欧洲、日本得到了较大的改进，奠定了现代顶管施工洲、日本得到了较大的改进，奠定了现代顶管施工技术的基础。技术的基础。 顶管技术在中国的发展始于顶管技术在中国的发展始于19561956的上海。的上海。19841984年前年前后，我国的北京、上海、南京等地先后开始引进国后，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。一个新台阶。 随后进入快速发展阶段。随后进入快速发展阶段。顶管施工技术发展的主要原因是市场的推动顶管施工技术发展的主要原因是市场的推动。随着时间的推移，顶管技术也与时俱进地随着时间

3、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：得到迅速发展。主要体现在以下方面：一次连续顶进的距离一次连续顶进的距离：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线形状越来越复杂，曲率半径越来越小。，曲率半径越来越小。顶进工法的类型人工开放式顶进工法人工开放式顶进工法 手掘式手掘式 挤压式挤压式泥水平衡封闭式顶进工法泥水平衡封闭式顶进工法 网格水冲式网格水冲式 刀盘掘

4、进式刀盘掘进式 岩盘破碎式岩盘破碎式 土压平衡封闭式顶进工法土压平衡封闭式顶进工法 大刀盘式大刀盘式 多刀盘式多刀盘式顶管法的应用 特殊施工环境条件下的管道工程：特殊施工环境条件下的管道工程：穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输油管道工程；油管道工程；穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、煤气穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、煤气管道工程；管道工程；穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电缆管穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电缆管道工程；道工程；水库坝体涵管重建工程等。水库坝体涵管重建工程等。埋深较深埋深较深( (深度大于深度大于4 4米以

5、上米以上),),开槽明埋施工造价开槽明埋施工造价较高的工程等。较高的工程等。顶管法施工关键技术方向控制：方向控制：与设计轴线一致，对顶力的影与设计轴线一致，对顶力的影响，保证中继环正常工作响，保证中继环正常工作 ；顶力大小及方向：顶力大小及方向：管尾顶进方式，顶进距管尾顶进方式，顶进距离必然受到限制离必然受到限制 ，长距离顶进一般采用中，长距离顶进一般采用中继环接力；继环接力；工具管开挖面工具管开挖面正面土体的稳定性正面土体的稳定性；承压壁承压壁后靠结构及土体的稳定性后靠结构及土体的稳定性；顶管工程地质勘察勘察要点：勘察要点：土层类别、埋深土层类别、埋深各土层土体的物理、力学性质各土层土体的物

6、理、力学性质地下水位、压力地下水位、压力地下水和土的腐蚀性地下水和土的腐蚀性土层冻结深度土层冻结深度地下管线地下管线地下洞室地下洞室临近建筑物基础临近建筑物基础地面动载地面动载顶管工程设计双向顶进工法选择及顶管机选型；工法选择及顶管机选型；工作井设置；工作井设置；顶管顶力估算；顶管顶力估算；承压壁后靠结构及土体的稳定验算；承压壁后靠结构及土体的稳定验算；工作坑和接收坑设计；工作坑和接收坑设计；管材设计。管材设计。单向顶进手掘式顶管施工是最早发展手掘式顶管施工是最早发展起来的一种顶管施工方式。起来的一种顶管施工方式。在特定的土质条件下和采用在特定的土质条件下和采用一定的辅助施工措施后具有一定的辅

7、助施工措施后具有施工操作简便、设备少、施施工操作简便、设备少、施工成本低、施工进度快等优工成本低、施工进度快等优点，至今仍被广泛采用。点，至今仍被广泛采用。手掘式顶管机手掘式顶管机 手掘式顶管机也即是非机械的开放式手掘式顶管机也即是非机械的开放式( (或敞口式或敞口式) )顶管顶管机，适用于能自稳的土体中。在顶管的前端装有工具机，适用于能自稳的土体中。在顶管的前端装有工具管，施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层，管，施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层，破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲击锤等。如果在含破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲击锤等。如果在含水量较大的砂土中，需采用降水等辅助措施。水

8、量较大的砂土中，需采用降水等辅助措施。一段式工具管与砼管结合不太可一段式工具管与砼管结合不太可靠，易产生渗漏现象；发生偏斜靠，易产生渗漏现象；发生偏斜时纠偏效果不好；千斤顶直接顶时纠偏效果不好；千斤顶直接顶在砼管上，管节容易损坏。在砼管上，管节容易损坏。前 段 壳前 段 壳体体纠 偏 油纠 偏 油缸缸后段壳体后段壳体手掘式顶管机主要由切土刃角、纠偏装置、承插口等组手掘式顶管机主要由切土刃角、纠偏装置、承插口等组成。所用的工具管有成。所用的工具管有一段式和两段式。一段式和两段式。两段式工具馆前后两段两段式工具馆前后两段之间安装有纠偏油缸，之间安装有纠偏油缸，后壳体与后面的正常管后壳体与后面的正常

9、管节连接在一起。节连接在一起。手掘式顶管施工的优缺点手掘式顶管施工的优缺点优点：优点：具有顶管施工的所有优点。具有顶管施工的所有优点。工作坑占用场地小。工作坑占用场地小。设备简单、技术难度低，易于推广。设备简单、技术难度低，易于推广。缺点：缺点：对不同地质条件有很大的局限性。对不同地质条件有很大的局限性。顶进面土压不能平衡，容易塌方。顶进面土压不能平衡，容易塌方。 劳动强度大，施工进度慢。劳动强度大，施工进度慢。泥水平衡式顶管机泥水平衡式顶管机泥水平衡顶管机是指采用机械切削泥土、利泥水平衡顶管机是指采用机械切削泥土、利用用泥水压力来平衡地下水压力和土压力泥水压力来平衡地下水压力和土压力、采、采

10、用水力输送弃土的泥水式顶管机，是当今生用水力输送弃土的泥水式顶管机，是当今生产的比较先进的一种顶管机。泥水平衡式顶产的比较先进的一种顶管机。泥水平衡式顶管机按平衡对象分有两种：管机按平衡对象分有两种：泥水仅起平衡地下水的作用，土压力则由泥水仅起平衡地下水的作用，土压力则由机械方式来平衡；机械方式来平衡；泥水同时具有平衡地下水压力和土压力的泥水同时具有平衡地下水压力和土压力的作用。作用。泥水平衡式顶管机结构及施工泥水平衡式顶管机结构及施工 n泥水平衡工具管正面设刀盘，并在其后设密封舱，在泥水平衡工具管正面设刀盘，并在其后设密封舱，在密封舱内注入稳定正面土体的泥浆，刀盘切下的泥土密封舱内注入稳定正

11、面土体的泥浆，刀盘切下的泥土，沉在密封舱下部的泥水中而被水力运输管道运至地，沉在密封舱下部的泥水中而被水力运输管道运至地面泥水处理装置。泥水平衡式工具管主要由大刀盘装面泥水处理装置。泥水平衡式工具管主要由大刀盘装置、纠偏装置、泥水装置、进排泥装置等组成。在前置、纠偏装置、泥水装置、进排泥装置等组成。在前、后壳体之间有纠偏千斤顶，在掘进机上下部安装进、后壳体之间有纠偏千斤顶，在掘进机上下部安装进、排泥管。、排泥管。DN2500泥水平衡掘进机头泥水平衡掘进机头泥水平衡顶管施工的完整系统由泥水平衡顶管施工的完整系统由顶管机、进排泥系统、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、

12、供泥水处理系统、主顶系统、测量系统、起吊系统、供电系统电系统等组成。泥水平衡顶管施工与其它形式的顶管等组成。泥水平衡顶管施工与其它形式的顶管相比，增加了进排泥和泥水处理系统。相比，增加了进排泥和泥水处理系统。 n优点：优点：适用的土质范围较广，尤其适用于施工难度极大适用的土质范围较广，尤其适用于施工难度极大的粉砂质土层中；的粉砂质土层中；可保持挖掘面的稳定，对周围土层的影响小，地可保持挖掘面的稳定，对周围土层的影响小，地面变形小；面变形小；较适宜于长距离顶管施工；工作井内作业环境好较适宜于长距离顶管施工；工作井内作业环境好且安全；且安全；可连续出土，施工进度快。可连续出土，施工进度快。n缺点：

13、缺点：施工场地大，设备费用高，需在地面设置泥水处施工场地大，设备费用高，需在地面设置泥水处理、输送装置；理、输送装置；机械设备复杂，且各系统间相互连锁，一旦某一机械设备复杂，且各系统间相互连锁，一旦某一系统故障，必须全面停止施工。系统故障，必须全面停止施工。泥水平衡式顶管施工的优缺点泥水平衡式顶管施工的优缺点土压平衡式顶管机土压平衡式顶管机土压平衡顶管机由土压平衡盾构机移植而来，其平衡土压平衡顶管机由土压平衡盾构机移植而来，其平衡原理与盾构相同。与泥水顶管施工相比，最大的特点原理与盾构相同。与泥水顶管施工相比，最大的特点是是排出的土或泥浆一般不需再进行二次处理，具有刀排出的土或泥浆一般不需再进

14、行二次处理，具有刀盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动小、地面盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动小、地面和建筑的沉降较小和建筑的沉降较小等特点。等特点。按泥土仓中所充的泥土类型分，有泥土式、泥浆式按泥土仓中所充的泥土类型分，有泥土式、泥浆式和混合式三种；和混合式三种；按刀盘形式分，有带面板刀盘式和无面板刀盘式；按刀盘形式分，有带面板刀盘式和无面板刀盘式；按有无加泥功能分，有普通式和加泥式；按有无加泥功能分，有普通式和加泥式；从刀盘的机械传动方式分，有中心传动式、中间传从刀盘的机械传动方式分，有中心传动式、中间传动式和周边传动式；动式和周边传动式；按刀盘的多少分，有单刀盘式和多刀盘式。按刀

15、盘的多少分，有单刀盘式和多刀盘式。优点优点: :适用的土质范围广适用的土质范围广, ,从软黏土到砂砾土都能适用从软黏土到砂砾土都能适用, ,是是一种全土质的顶管掘进机一种全土质的顶管掘进机, ,能保持挖掘面稳定能保持挖掘面稳定, ,地面地面变形极小变形极小, ,施工时的覆土可很浅施工时的覆土可很浅, ,是其他形式的顶管是其他形式的顶管机无法做到的机无法做到的( (覆土太浅时覆土太浅时, ,手掘式顶管地面易塌陷手掘式顶管地面易塌陷, ,泥水式和气压式顶管则易冒顶和跑气泥水式和气压式顶管则易冒顶和跑气).).弃土运输处弃土运输处理方便理方便, ,作业环境好作业环境好. .缺点缺点: :在砂砾层和粘

16、粒含量少的砂层中施工时在砂砾层和粘粒含量少的砂层中施工时, ,必须采用必须采用添加剂改良土体添加剂改良土体. .土压平衡式顶管施工的优缺点土压平衡式顶管施工的优缺点单刀盘式（单刀盘式（DKDK型）顶管机型）顶管机单刀盘式土压平衡顶管机是日本在上世纪单刀盘式土压平衡顶管机是日本在上世纪7070年代初期开发年代初期开发的，它具有广泛的适应性、高度的可靠性和先进的技术性。的，它具有广泛的适应性、高度的可靠性和先进的技术性。又称为泥土加压式顶管机，由刀盘及驱动装置、前壳体、又称为泥土加压式顶管机，由刀盘及驱动装置、前壳体、纠偏油缸组、刀盘驱动电机、螺旋输送机、操纵台、后壳纠偏油缸组、刀盘驱动电机、螺旋

17、输送机、操纵台、后壳体等组成。适用于体等组成。适用于1.23.0m1.23.0m口径的混凝土管施工，在软口径的混凝土管施工，在软土、硬土中都可采用，并且可与盾构机通用，可在覆土厚土、硬土中都可采用，并且可与盾构机通用，可在覆土厚度为度为0.80.8倍管道外径的浅埋土层中施工。倍管道外径的浅埋土层中施工。大刀盘土压平衡顶管机大刀盘土压平衡顶管机 多刀盘式（多刀盘式（DTDT型）顶管机型）顶管机这是一种非常适用于软土的顶管机，四把切削搅拌刀盘这是一种非常适用于软土的顶管机，四把切削搅拌刀盘对称地安装在前壳体的隔仓板上，伸入到泥土仓中。隔对称地安装在前壳体的隔仓板上，伸入到泥土仓中。隔仓板把前壳体分

18、为左右两仓，左仓为泥土仓，右仓为动仓板把前壳体分为左右两仓，左仓为泥土仓，右仓为动力仓。螺旋输送机按力仓。螺旋输送机按定的倾斜角度安装在隔仓板上，定的倾斜角度安装在隔仓板上，螺杆是悬臂式，前端伸入到泥土仓中。前后壳体之间有螺杆是悬臂式，前端伸入到泥土仓中。前后壳体之间有呈井字形布置的四组纠偏油缸联接。呈井字形布置的四组纠偏油缸联接。小刀盘小刀盘螺旋出土机螺旋出土机纠偏千斤顶纠偏千斤顶多刀盘式（多刀盘式（DTDT型）顶管机型）顶管机工作井（工作坑或基坑），按其作用分为工作井（工作坑或基坑），按其作用分为顶顶进井（始发井）和接收井进井（始发井）和接收井两种：两种：顶进井是安放所有顶进设备的场所，也

19、是顶管掘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。出、材料设备的吊装、操纵人员的上下等使用。接收井是接收顶管机或工具管的场所，与工作井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。相比，接收井布置比较简单。工作井的布设应遵循的条件 工作坑是顶管施工的顶进工作场所。其位置工作坑是顶管施工的顶进工作场所。其位置可根据以下条件确定可根据以下条件确定: :根据管线设

20、计，工作坑可选在检查井处；根据管线设计，工作坑可选在检查井处；单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；考虑地形和土质情况考虑地形和土质情况, ,有无可利用的原土后背；有无可利用的原土后背；工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离；工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离；工作坑与其周围建（构）筑物要有一定安全距离；工作坑与其周围建（构）筑物要有一定安全距离；距水、电源较近的地方等。距水、电源较近的地方等。n实质上是方形或圆形的小基坑，其支护类型同普通实质上是方形或圆形的小基坑，其支护类型同普通基坑，其平面尺寸较小，支护经常采用基坑，其平面尺寸较小，支护经

21、常采用钢筋混凝土钢筋混凝土沉井、沉井、SWMSWM工法井和钢板桩工法井和钢板桩。n管径管径1.8m1.8m或顶管埋深或顶管埋深5.5m5.5m时普遍采用时普遍采用钢筋混凝钢筋混凝土沉井土沉井作为顶进工作井。作为顶进工作井。n沉井作为工作井时，一般采用沉井作为工作井时，一般采用双向顶进双向顶进；n采用钢板桩支护工作井时，一般采用采用钢板桩支护工作井时，一般采用单向顶进单向顶进。 顶进工作井顶进工作井顶进工作井的井内布置顶进工作井的井内布置123456789顶进工作井内布置图顶进工作井内布置图1-管节；管节；2-洞口止水系统；洞口止水系统；3-环形顶铁；环形顶铁；4-弧形弧形顶铁；顶铁；5-顶进导

22、轨；顶进导轨；6-主顶油缸；主顶油缸；7-主顶油缸架；主顶油缸架；8-测量系统；测量系统；9-后靠背；后靠背；10-后座墙；后座墙；11-井壁井壁井内布置内容主要井内布置内容主要包括前止水墙、后包括前止水墙、后座墙、基础底板、座墙、基础底板、排水井，以及工具排水井，以及工具管、环形顶铁、弧管、环形顶铁、弧形顶铁、基坑导轨、形顶铁、基坑导轨、主顶千斤顶及千斤主顶千斤顶及千斤顶架、后靠背等。顶架、后靠背等。其中主顶千斤顶及其中主顶千斤顶及千斤顶架的布置尤千斤顶架的布置尤为重要，主顶千斤为重要，主顶千斤顶的合力的作用点顶的合力的作用点对于初始顶进的影对于初始顶进的影响比较大。响比较大。后座墙是把主顶

23、油缸推力的反力传递到工作坑后部土后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体，体中去的墙体，是主推千斤顶的支承结构。是主推千斤顶的支承结构。沉井工作坑中，后座墙一般就是工作井的后方井壁。沉井工作坑中，后座墙一般就是工作井的后方井壁。钢板桩工作坑中，须在工作坑内的后方与钢板桩之钢板桩工作坑中，须在工作坑内的后方与钢板桩之间浇筑一座与工作坑宽度相等的、厚度为间浇筑一座与工作坑宽度相等的、厚度为0.5-1.0m0.5-1.0m的、的、其下部最好能插入到工作井底板以下其下部最好能插入到工作井底板以下0.5-1.0m0.5-1.0m的钢筋的钢筋混凝土墙，目的是使推力的反力能比较均匀地作用到

24、混凝土墙，目的是使推力的反力能比较均匀地作用到土体中去。土体中去。注意后座墙的平面一定要与顶进轴线垂直。注意后座墙的平面一定要与顶进轴线垂直。后座墙后座墙后靠背是靠主顶千斤顶尾部的厚后靠背是靠主顶千斤顶尾部的厚铁板或钢结构件，称之为钢后靠，铁板或钢结构件，称之为钢后靠，其厚度在其厚度在300mm300mm左右。钢后靠的作左右。钢后靠的作用是用是尽量把主顶千斤顶的反力分尽量把主顶千斤顶的反力分散开来散开来，防止将混凝土后座压坏。，防止将混凝土后座压坏。后背结构后背结构后背的抗力计算 管子在顶进过程中受到的全部阻力，都通过千斤顶传管子在顶进过程中受到的全部阻力，都通过千斤顶传递给后背墙。所以后背墙

25、必须有递给后背墙。所以后背墙必须有足够的稳定性足够的稳定性。 为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。根据顶进需要的总顶力，运用朗肯土压力刚度计算。根据顶进需要的总顶力，运用朗肯土压力公式核算后背受力及挡桩的长度，使土体所受的力小公式核算后背受力及挡桩的长度，使土体所受的力小于土壤的允许承载力。于土壤的允许承载力。后背墙稳定性验算后背墙稳定性验算：r*(+/2)* 式中: 后背墙承载能力（）； 后背墙的宽度（）； 后背墙的高度（）； 后背墙至地面高度（）； 土的容量（/）； r被动土压力系数。 后背墙的土坑系数。在设计后背墙时在设计

26、后背墙时R RT T，安全系数应在，安全系数应在1.2 1.2 倍以上。当倍以上。当RT RT 时，需做后背墙加固措施，如浇灌混凝土挡土时，需做后背墙加固措施，如浇灌混凝土挡土墙、加大后背墙承压面积、设置挖孔桩等措施。墙、加大后背墙承压面积、设置挖孔桩等措施。工作井的洞口应进行防水处理，设置止水圈工作井的洞口应进行防水处理，设置止水圈和封门板，进出井的一段距离内应进行井点和封门板，进出井的一段距离内应进行井点降水或地基加固处理，以防土体流失，保持降水或地基加固处理，以防土体流失，保持土体和附近建筑物的稳定。土体和附近建筑物的稳定。工作井的顶标高应满足防汛要求，坑内应设工作井的顶标高应满足防汛要

27、求，坑内应设置集水井，在暴雨季节施工时应防止地下水置集水井，在暴雨季节施工时应防止地下水流入工作井，事先在工作井周围设置挡水围流入工作井，事先在工作井周围设置挡水围堰。堰。防水构造防水构造顶进导轨由两根平行顶进导轨由两根平行的轨道所组成，其作的轨道所组成，其作用是使管节在工作井用是使管节在工作井内有一个较稳定的导内有一个较稳定的导向，引导管节按设计向，引导管节按设计的轴线顶入土中，同的轴线顶入土中，同时使顶铁能在导轨面时使顶铁能在导轨面上滑动。在钢管顶进上滑动。在钢管顶进过程中，导轨也是钢过程中，导轨也是钢管焊接的基准装置。管焊接的基准装置。顶进导轨顶进导轨主顶装置由主顶油缸、主顶油泵和操纵台

28、及油管等四部主顶装置由主顶油缸、主顶油泵和操纵台及油管等四部分构成。主顶千斤顶沿管道中心按左右对称布置。常用分构成。主顶千斤顶沿管道中心按左右对称布置。常用的压力在的压力在323242MPa42MPa之间，高的可达之间，高的可达50MPa50MPa。在管径比较。在管径比较大的情况下，主顶油缸的合力中心应比管节中心低大的情况下，主顶油缸的合力中心应比管节中心低5 5的管内径左右。的管内径左右。主顶设备主顶设备若采用的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到若采用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铁。位时，必须在千斤顶缩回后在中间加垫块或几块顶铁。顶

29、铁有环形顶铁和弧形或马蹄形顶铁之分。顶铁有环形顶铁和弧形或马蹄形顶铁之分。环形顶铁：其内外径环形顶铁：其内外径与混凝土管的内外径与混凝土管的内外径相同，主要作用是把相同，主要作用是把主顶油缸的推力较均主顶油缸的推力较均匀地分布在所顶管子匀地分布在所顶管子的端面上；的端面上；顶顶 铁铁环形顶铁环形顶铁弧形和马蹄形顶铁的作用：一是弧形和马蹄形顶铁的作用：一是用于调节油缸行程与管节长度的不用于调节油缸行程与管节长度的不一致；二是把主顶油缸各点的推力一致；二是把主顶油缸各点的推力比较均匀地传递到环形顶铁上去。比较均匀地传递到环形顶铁上去。弧形顶铁用于弧形顶铁用于手掘式、土压平衡手掘式、土压平衡式等许多

30、方式的顶管式等许多方式的顶管中，它的开口中，它的开口是向上的，便于管道内出土。是向上的，便于管道内出土。马蹄形顶铁适用于马蹄形顶铁适用于泥水平衡式顶泥水平衡式顶管和土压式中采用土砂泵出土的顶管和土压式中采用土砂泵出土的顶管管施工，它的开口方向与弧形顶铁施工，它的开口方向与弧形顶铁相反，倒扣在基坑导轨上的，主顶相反，倒扣在基坑导轨上的，主顶油缸回缩以后加顶铁时不需要拆除油缸回缩以后加顶铁时不需要拆除输土管道。输土管道。弧形顶铁弧形顶铁马蹄形顶铁马蹄形顶铁地表沉降一般顶管工具引起的地表沉降量可控制在一般顶管工具引起的地表沉降量可控制在5050100mm100mm，而采用泥水平衡式顶管工具管，而采用

31、泥水平衡式顶管工具管引起的地表沉降量更在引起的地表沉降量更在30mm30mm以下以下。工作井地面影响范围工作井地面影响范围一般按井深的一般按井深的1.51.5倍计倍计算算，在此范围内的建筑物和管线等均应采，在此范围内的建筑物和管线等均应采取必要的技术措施加以保护。取必要的技术措施加以保护。在市政工程建设中，长距离管道的敷设是其重要的工在市政工程建设中，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。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长距离管道的

32、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。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，目前在发展长距离顶管技术的过程中，触变泥浆减阻触变泥浆减阻和和设置中继环设置中继环两项措施已得到较多研究，并

33、已成为成熟两项措施已得到较多研究，并已成为成熟的技术。的技术。顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周外壁形成进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力。泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力。触变泥浆减阻触变泥浆减阻选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。浆率、失水量和动塑比。 在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于

34、浆套的形成。膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行议但都必须按照规范进行压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。常检查各推进段的浆液形成情况。施工注意事项施工注意事项注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。外的土不能倒灌而堵塞注

35、浆孔，从而影响注浆效果。注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。配。施工注意事项施工注意事项中继环法中继环法为了适应长距离顶进管道的需要，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。长度，满足敷设长距离管道的需要。中继

36、接力原理顶进阻力超过顶进阻力超过主千斤顶的容许总顶力、管节容许的极主千斤顶的容许总顶力、管节容许的极限压力和工作井承压壁后靠土体极限反推力限压力和工作井承压壁后靠土体极限反推力三者中之三者中之一，采用中继接力顶进技术。一，采用中继接力顶进技术。采用中继接力技术时，采用中继接力技术时，将管道分成数段，在将管道分成数段，在段与段之间设置中继段与段之间设置中继环。中继环是一个由环。中继环是一个由钢材制成的圆环，内钢材制成的圆环，内壁上设置有一定数量壁上设置有一定数量的短行程千斤顶，产的短行程千斤顶，产生的推顶力可用于推生的推顶力可用于推进中继环前方的管道。进中继环前方的管道。中继环构造短冲程千斤顶组

37、短冲程千斤顶组（ 冲 程 为（ 冲 程 为 1 5 0 -1 5 0 -300mm300mm，规格、性，规格、性能要求一致）；能要求一致）；液压、电器与操液压、电器与操纵系统；纵系统；壳体和千斤顶紧壳体和千斤顶紧固件、止水密封固件、止水密封圈；圈；承压法兰片。承压法兰片。中继环结构形式中继间主要有前加长型中继间主要有前加长型T T型套环、特殊管、后特殊管和型套环、特殊管、后特殊管和中继间油缸、均压环等组成。中继间油缸、均压环等组成。前部是一个与前部是一个与T T型套环相类似的密封圈和接口。中继间型套环相类似的密封圈和接口。中继间壳体的前端与壳体的前端与 T T型套环的一半相似，利用它把中继间壳

38、型套环的一半相似，利用它把中继间壳体与混凝土管连接起来。体与混凝土管连接起来。中继间的后特殊管外则设有两环止水密封圈，使壳体虽中继间的后特殊管外则设有两环止水密封圈，使壳体虽在其上来回抽动而不会产生渗漏。在其上来回抽动而不会产生渗漏。 中继环结构形式1-中继管壳体；中继管壳体；2-木垫环；木垫环；3-均压钢环；均压钢环；4-中继环油缸；中继环油缸；5-油缸固定装置；油缸固定装置；6-均压钢环；均压钢环；7-止水圈；止水圈；8-特殊管特殊管n它主要由前特殊管、后特殊管和壳体油缸、均压环等它主要由前特殊管、后特殊管和壳体油缸、均压环等组成。组成。中继环油缸被固定在壳体上，油缸均匀布置在壳体内。中继

39、环油缸被固定在壳体上，油缸均匀布置在壳体内。油缸两头装有均压钢环，钢环与混凝土管之间有衬垫环。油缸两头装有均压钢环，钢环与混凝土管之间有衬垫环。衬垫环多用衬垫环多用20mm20mm厚的木板做成。厚的木板做成。中继油缸为单作用油缸，只有当后一只中继环向前推进中继油缸为单作用油缸，只有当后一只中继环向前推进时，前一只中继环的油缸才能缩回。时，前一只中继环的油缸才能缩回。管子顶通后，把中继环油缸拆卸下来，管子可直接合拢。管子顶通后，把中继环油缸拆卸下来，管子可直接合拢。中继间的布置要满足顶力的要求，同时使其操作中继间的布置要满足顶力的要求，同时使其操作方便、合理，提高顶进速度。方便、合理，提高顶进速

40、度。中继环在安放时，第一只中继环应放在比较前面中继环在安放时，第一只中继环应放在比较前面一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化会因土一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化。所以，当总推力达质条件的变化而有较大的变化。所以，当总推力达到中继环总推力到中继环总推力40406060时，就应安放第一只中继时，就应安放第一只中继环，以后，每当达到中继环总推力的环，以后，每当达到中继环总推力的70708080时，时，安放一只中继环。安放一只中继环。当主顶油缸达到中继环总推力的当主顶油缸达到中继环总推力的9090时，就必须时，就必须启用中继环。启用中继环。中继环的布置中继环的

41、布置中继环推进从工具管向工作井依次从工具管向工作井依次按按1#1#、2# 2# 编号。编号。工作时，首次启动工作时，首次启动1#1#，中继环顶推行程达到允中继环顶推行程达到允许行程后停止许行程后停止1#1#中继环中继环，启动，启动2#2#中继环工作，中继环工作，直到最后启动工作井千直到最后启动工作井千斤顶。斤顶。钢筋混凝土管节接缝的防水钢筋混凝土管节接缝的防水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”形钢套环接口，把两只管子连接在一起，形钢套环接口，把两只管子连接在一起，在混凝土管和钢套

42、环中间安装有在混凝土管和钢套环中间安装有2 2根齿形橡胶圈止水。根齿形橡胶圈止水。 （a）企口形管及其接口）企口形管及其接口 （b）“q”形橡胶止水圈形橡胶止水圈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”形橡胶圈止水。止水形橡胶圈止水。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，增强止水效果。油的一腔会翻转到橡胶体的上方及左边，增强止水效果。钢筋混凝土管节接缝的防水钢筋混凝土管节接缝的防水承口管接口及防水承口管接口及防水承口管用承口管用“F”F”形套环接

43、口，接口处用形套环接口，接口处用1 1根齿形橡胶圈止水。根齿形橡胶圈止水。F F形接口管是最为常用的一种管节，它把形接口管是最为常用的一种管节，它把“T”T”形钢套环的形钢套环的前面一半埋入混凝土管中就变成了前面一半埋入混凝土管中就变成了“F”F”形接口。形接口。为防止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。橡胶止水圈。钢筋混凝土管节接缝的防水钢筋混凝土管节接缝的防水钢管顶管的接口形式钢管顶管的接口形式钢管是用一定厚度的钢板先卷成圆筒，再焊成竹节，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

44、接，其整体性好，不易产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。坡口后再焊接。常用的接口形式有两种：常用的接口形式有两种：单边单边V V型坡口；型坡口；K K型坡口型坡口。单边单边V V型坡口适用于人型坡口适用于人员无法进入的小口径员无法进入的小口径管，采用单边坡口和管，采用单边坡口和单面焊接；单面焊接；K K型坡口双型坡口双面成型的焊接工艺，面成型的焊接工艺，即管内外均需焊接，即管内外均需焊接，适用于口径较大的管适用于口径较大的管道中。道中。顶管施工技术顶管施工技术长距离玻璃钢管顶进

45、施工长距离玻璃钢管顶进施工大直径钢管顶进施工大直径钢管顶进施工l玻璃钢夹砂管玻璃钢夹砂管 玻璃纤维增强塑料夹砂管（玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPMFRPM），简称玻璃钢夹砂），简称玻璃钢夹砂管，是一种新型柔性非金属复合材料管道。具有重量轻、管，是一种新型柔性非金属复合材料管道。具有重量轻、承压能力好、比阻小、无污染、耐腐蚀能力强等特点，且承压能力好、比阻小、无污染、耐腐蚀能力强等特点，且安装方便、使用寿命长、综合费用适中、操作简单、维护安装方便、使用寿命长、综合费用适中、操作简单、维护成本低等特点，目前极具发展前景。成本低等特点，目前极具发展前景。玻璃钢管道玻璃钢管道断面结构示意图玻璃钢管与混

46、凝土管经济技术比较技术经济性能技术经济性能玻璃钢顶管玻璃钢顶管混凝土顶管混凝土顶管耐腐蚀性能耐腐蚀性能主要材料为高分子成分，能抵抗侵蚀，无需主要材料为高分子成分，能抵抗侵蚀，无需防腐处理防腐处理易受酸碱腐蚀，只有在腐蚀性要求不高的情况下易受酸碱腐蚀，只有在腐蚀性要求不高的情况下无需内外防腐无需内外防腐抗冻性能抗冻性能柔性管道，具有优异的抗冻性能，柔性管道，具有优异的抗冻性能，-20-20下管下管道结冰后不会发生冻裂道结冰后不会发生冻裂抗冻性较差，低温下管内容易结冰，发生冻裂抗冻性较差，低温下管内容易结冰，发生冻裂工程寿命工程寿命大于大于5050年年一般为一般为1515年年重量重量为同等混凝土管

47、道的为同等混凝土管道的1 101 10，对地基，吊装、，对地基，吊装、下管机具要求低下管机具要求低自重很重，对地基，吊装设备要求高，软土地基自重很重，对地基，吊装设备要求高，软土地基下，易栽头且纠偏困难下，易栽头且纠偏困难强度强度顶管压缩强度高，管道不易破坏，管端压缩顶管压缩强度高，管道不易破坏，管端压缩强度可达强度可达100MPa100MPa管端压缩强度约为管端压缩强度约为55MPa55MPa单次顶进长度单次顶进长度外表光滑、顶力小，土壤内聚力对其几乎不外表光滑、顶力小，土壤内聚力对其几乎不起作用，几乎不存在抱管、死管现象，单次起作用，几乎不存在抱管、死管现象，单次顶进长度长，对顶进设备要求

48、低顶进长度长，对顶进设备要求低顶管在故障停顿时，因土壤内聚力发生抱管，使顶管在故障停顿时，因土壤内聚力发生抱管，使顶力成倍增加，单次顶进长度短顶力成倍增加，单次顶进长度短抗不均匀沉降性抗不均匀沉降性能能柔性管道，对周围土壤要求低，抗不均匀沉柔性管道，对周围土壤要求低，抗不均匀沉降性能高降性能高地质情况变化时易产生不均与沉降，造成混凝土地质情况变化时易产生不均与沉降，造成混凝土顶管断裂、密封接头拔出等致命情况顶管断裂、密封接头拔出等致命情况纠偏性能纠偏性能几乎不产生扭转错位，容易做到直线顶进，几乎不产生扭转错位，容易做到直线顶进，纠偏时一般的纠偏方法即可纠正，操作简便纠偏时一般的纠偏方法即可纠正

49、，操作简便因自重大，顶进时很难做到直线顶进，且常发生因自重大，顶进时很难做到直线顶进，且常发生栽头现象，一般纠偏方法很难纠正，施工复杂栽头现象，一般纠偏方法很难纠正，施工复杂水力性能及能耗水力性能及能耗粗糙系数为粗糙系数为0.00840.0084，水力性能良好，经济效，水力性能良好，经济效益显著益显著粗糙系数粗糙系数0.0130.013，同等输水量下管径加大，能耗，同等输水量下管径加大，能耗较高较高玻璃钢管与混凝土管过流能力比较同公称直径、近似顶力两种管材的壁厚、质量、流量比较见下表同公称直径、近似顶力两种管材的壁厚、质量、流量比较见下表公称直径公称直径DN管材管材外径外径（mm）壁厚壁厚（m

50、m）质量质量（kgm）允许顶力允许顶力（kN）流量比流量比（）（）10001000混凝土顶管混凝土顶管124012401201201013101323452345100100缠绕玻璃钢顶管缠绕玻璃钢顶管1076107638382402402478247815515512001200混凝土顶管混凝土顶管148014801401401414141435063506100100缠绕玻璃钢顶管缠绕玻璃钢顶管129212924646349.1349.13601360115515514001400混凝土顶管混凝土顶管172017201601601882188249004900100100缠绕玻璃钢顶管缠绕

51、玻璃钢顶管151015105555487.4487.45028502815515516001600混凝土顶管混凝土顶管194019401701702269226960236023100100缠绕玻璃钢顶管缠绕玻璃钢顶管1722172261616176176366636615515518001800混凝土顶管混凝土顶管218021801901902851285178137813100100缠绕玻璃钢顶管缠绕玻璃钢顶管1941194170.570.58038038285828515515520002000混凝土顶管混凝土顶管242024202102103499349998369836100100缠

52、绕玻璃钢顶管缠绕玻璃钢顶管215821587979100010001032010320155155工程案例（一）工程简介工程简介南洲路污水主干管是广州市沥窖污水处理厂厂外收集系南洲路污水主干管是广州市沥窖污水处理厂厂外收集系统的关键工程统的关键工程, , 管道起点在广州大道南洲路口立交处管道起点在广州大道南洲路口立交处, , 止点在沥窖污水处理厂厂内提升泵房止点在沥窖污水处理厂厂内提升泵房, , 全长全长4858m, 4858m, 平面平面走向呈走向呈L L形形, , 其中在规划南洲路段长其中在规划南洲路段长4173m, 4173m, 为东西走向为东西走向; ; 在厂外西侧规划路上长在厂外西侧

53、规划路上长685m, 685m, 为南北走向。为南北走向。南洲路从广州大道至少管所一段为旧路南洲路从广州大道至少管所一段为旧路, , 路面狭路面狭窄窄, , 车流、人流密集车流、人流密集, , 该路段是附近沥窖村、小该路段是附近沥窖村、小洲村、土华村的进出必经之路洲村、土华村的进出必经之路, , 地面标高地面标高7.2-7.2-7.5m( 7.5m( 广州城建高程广州城建高程, , 以下同以下同) ; ) ; 从少管所至沥窖污水处理厂为规划路段从少管所至沥窖污水处理厂为规划路段, , 沿线为沿线为农田、果树保护区、河涌农田、果树保护区、河涌, , 地面标高地面标高6.5- 5.8m, 6.5-

54、 5.8m, 最低点最低点5.6m5.6m。工程环境工程环境工程地质水文条件l根据岩土报告显示，地质情况见下表根据岩土报告显示，地质情况见下表 淤泥、淤泥质粉细砂层含水量高、孔隙比大、承载力低、淤泥、淤泥质粉细砂层含水量高、孔隙比大、承载力低、厚度大，属厚度大，属典型的软弱土层典型的软弱土层。设计管道主要从淤泥质粉细。设计管道主要从淤泥质粉细砂、粉质粘土层中穿越。砂、粉质粘土层中穿越。场区开阔低平、属珠江三角洲冲积平原场区开阔低平、属珠江三角洲冲积平原, , 是地下水和地表是地下水和地表水的排泄区水的排泄区, , 地下水丰富地下水丰富, , 此外此外, , 人工填土层还含有限的人工填土层还含有

55、限的上层滞水。上层滞水。排水设计地区平面图南洲路污水主干管为南洲路污水主干管为重力流管道重力流管道, , 沿规划南洲路布沿规划南洲路布置置, , 南洲路设计标高约南洲路设计标高约7.87.88.0m8.0m，管道设计埋置深，管道设计埋置深度度9.49.412m12m。管径有。管径有2 2种规格种规格: :从广州大道规划新光快速路从广州大道规划新光快速路, DN2200, DN2200玻璃纤维夹玻璃纤维夹砂管砂管(DN2600 (DN2600 钢筋砼管钢筋砼管) )，长度，长度2145m2145m，流水标高，流水标高- -0.1980.198-1.483m-1.483m；从规划新光快速路沥窖污水

56、处理厂，从规划新光快速路沥窖污水处理厂，DN2500DN2500玻璃玻璃纤维夹砂管纤维夹砂管(DN3000(DN3000钢筋砼管钢筋砼管),),长度长度2713m2713m，流水标，流水标高高-2.183-2.183 - 3.811m - 3.811m。管道设计l管材选择管材选择 以往顶管管材多采用钢筋混凝土管、钢管。针对该工程情况以往顶管管材多采用钢筋混凝土管、钢管。针对该工程情况, , 如如采用钢筋混凝土管采用钢筋混凝土管, , 两段管径分别为两段管径分别为26002600和和3000mm3000mm，合适的施工机具，合适的施工机具寥寥无几寥寥无几, , 设备数量无法满足工期要求设备数量无

57、法满足工期要求; ; 如采用钢管，则对其外表面如采用钢管，则对其外表面防腐层保护不利防腐层保护不利, , 另外另外, , 焊缝数量多焊缝数量多, ,工地焊接时间长工地焊接时间长, , 即使加大每即使加大每节管长也无法满足工期要求；采用玻璃纤维夹砂管节管长也无法满足工期要求；采用玻璃纤维夹砂管, , 其优点有其优点有: : 水力水力特性好、粗糙系数小、管径特性好、粗糙系数小、管径220022002500 2500 即可、顶管设备数量相对较即可、顶管设备数量相对较多多, , 耐腐蚀、抗磨损性能好耐腐蚀、抗磨损性能好, , 重量轻、顶力小、施工方便等。重量轻、顶力小、施工方便等。l刚度等级刚度等级

58、目前玻璃纤维夹砂管行业标准中目前玻璃纤维夹砂管行业标准中, , 无顶管品种无顶管品种, , 且在环初始挠度且在环初始挠度的径向变形率数据中的径向变形率数据中, , 仅规定了仅规定了10kPa10kPa以下管刚度等级，为满足远期以下管刚度等级，为满足远期规划南洲路车辆、填土等荷载作用下的变形要求规划南洲路车辆、填土等荷载作用下的变形要求, ,要求管道刚度等级要求管道刚度等级不得小于不得小于15kPa15kPa。l管道接头管道接头 采用钢套环采用钢套环F F型承插接头方式型承插接头方式, , 钢套环起定位作用钢套环起定位作用, , 增加接头的可靠性及可调性增加接头的可靠性及可调性, , 在钢套环及

59、后续管连在钢套环及后续管连接承插段设环型高弹性橡胶圈止水接承插段设环型高弹性橡胶圈止水, ,保证两管对接后保证两管对接后的封水作用的封水作用; ; 管壁周边设注浆孔。管壁周边设注浆孔。接头大样图管材样图施工方案优化l根据设计，管道平面位置根据设计，管道平面位置200200250m250m设一座顶进工作井或接受工作井。顶管设一座顶进工作井或接受工作井。顶管机在工作井内向两侧接收井顶管，并采用多台顶管机同时作业。机在工作井内向两侧接收井顶管，并采用多台顶管机同时作业。l采用泥水平衡顶管机有利于快速穿越淤泥质、淤泥粉质细砂层，同时可满足采用泥水平衡顶管机有利于快速穿越淤泥质、淤泥粉质细砂层，同时可满

60、足长距离顶管要求。取最大顶力的长距离顶管要求。取最大顶力的7575(9000KN)(9000KN)为设计顶力。为设计顶力。l顶管最大顶力计算：顶管最大顶力计算： 顶管阻力包括顶管迎面阻力和管道摩阻力，根据顶管阻力包括顶管迎面阻力和管道摩阻力，根据GB50268GB50268中第中第6.3.46.3.4公式计算公式计算 顶进阻力，顶进阻力，kN kN 玻璃钢管外径，玻璃钢管外径，m m L L 管道设计顶进长度，管道设计顶进长度，m m 平均摩阻力，平均摩阻力，kNkN 管道迎面阻力，管道迎面阻力，kN kN 根据经验，顶进距离为根据经验，顶进距离为250m250m时，最大顶力为时，最大顶力为8