PPT专家解析顶管和拉管施工（图文解说）

2013-1-6顶管和拉管专题报告

目前，城市现存的许多设施不能满足发展的需要，如污水、自来水、煤气、电力和通讯管道的铺设和维修都是在需要的时候再对街道路面“开膛剖肚”，从而导致交通堵塞、破坏已有基础设施、环境污染等一系列问题。

非开挖施工技术就是在不开挖（或者少开挖）地表的情况下进行铺设、探测、维修和更新各种地下管线，解决城市管线施工中的难题。城市地下管线的铺设方式是工程建设技术水平的体现，是城市现代化的标志之一，也是社会文明进程的重要体现。背景与现状开挖施工

非开挖技术是极为重要的一种铺设管道的工程手段，采用非开挖技术铺设管道具有若干得天独厚的优势。不开挖地面就能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是一种安全有效的施工技术。1、非开挖技术不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管道寿命亦大于开挖法埋管。2、采用房下非开挖技术能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大经济和社会效益。3、施工时产生的噪音及振动很小，不扰民。4、在现有道路下进行管线铺设时，不影响交通。非开挖技术的特点非开挖技术的种类

非开挖技术可分为三大类：铺设新管线、修复置换旧管线、探测原有管网。1、铺设新管线施工技术：导向钻进铺管法、定向钻进铺管法、气动矛铺管法、螺旋钻进铺管法、夯管锤铺管法、推挤顶进铺管法、微型隧道铺管法、盾构法和顶管法。2、修复旧管线施工技术：原位固化法、原位换管法、滑动内插法、变形再生法、局部修复法。3、探测地下管网：地下管线探测仪、供水管网监测仪、电

信线路故障定位仪、气体故障检测仪、管中摄影仪、探地雷达、声纳系列夯管锤铺管法水平导向钻进法顶管施工技术顶管---顶管法是借助顶推设备将工具管或掘进机从工作坑（始发井）内穿过土层一直推到接收坑（到达井）内，依靠安装在管道头部的钻掘系统不断地切削土屑，由出土系统将切削的土屑排出，边顶进，边切削，边输送，将管道逐段向前铺设，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的一种非开挖施工技术。在顶进的过程中通过激光导向系统纠偏来调节铺管方向。顶管施工技术分类按口径分类微型顶管(小于500mm)小口径顶管(500mm~1000mm)中口径顶管(1200~1800mm)大口径顶管(大于1800mm)顶管施工法根据铺设管道的口径大小又可分为小口径顶管(MicroTunneling)施工法

和大中口径的顶管(PipeJacking)施工法。设于英国伦敦的国际非开挖技术协会(ISTT)伦敦分会规定小口径管道顶管工程的口径为900mm以下，而在日本规定小口径管道顶管工程的口径为800mm以下。可以认为小口径顶管施工法就是指管道直径不允许人员进入管内而只能通过遥控操作进行的管道顶进施工方法。按工具管或或掘进机机分类手掘式顶顶管半机械式式顶管机械顶管管按工作面土土体平衡衡方式分类气压式顶顶管泥水（平平衡）式式顶管土压（平平衡）式式顶管气压平衡衡施工工艺原理理概述：：气压平衡衡式顶管管的工作作原理是是，通过过作用于于临时掘掘进工作作面上的的气体压压力（这这里的气气体压力力一般根根据工具具管底部部的地下下水压力力来确定定），来来阻止地地下水。。在整个个掘进工工作面的的高度范范围内，，作用的的气体压压力是相相等的，，但地下下水的压压力是有有梯度的的，因此此在工具具管的顶顶部就形形成一个个超过平平衡压力力的气体体压力区区。在这这一压力力作用下下，地层层空隙中中的水被被挤出，，地层也也从原来来的饱和和状态过过渡到半半饱和状状态，从从而起到到平衡挖挖掘面的的作用。。1-冷却却塔；2带纠偏偏装置的的工具管管；3-第一一道气闸闸门；4-空压压机；5-第二二道气闸闸门；6-空气气滤清器器；7-防漏漏气装置置；8-送气气管道气压平衡衡装置的的起用：当遇见含含水量较较大或流流砂现象象的地层层时，为为保持掘掘进面的的稳定，，防止出现现坍塌，，而引起起地面的的塌陷，，应立即即起用气气压平衡衡装置。。首先，关闭顶管管机第一一道压气气舱门，，使工作作舱与大大气隔绝绝。在工工作舱完完全密封封的情况况下，向向工作舱舱输入压压缩空气气，气体体的压力力一般要要高出地地下水压压力0.01MPa,以阻止止地下水水涌入工工作舱，，达到平平衡掘进进面地目目的。第二步作业人员员进入物物料舱，，关闭第第二道舱舱门，也也向该舱舱输入与与工作舱舱同等压压力的压压缩空气气，然后后打开第第一道舱舱门，作作业人员员开始掘掘进作业业。第三步当物料舱舱装满后后，停止止掘进，，关闭第第一道舱舱门，打打开第二二道舱门门，装土土、运输输。如此反复复循环作作业。为保证作作业人员员的安全全，必须须保证最最大工作作气压限限制在0.36Mpa的人体体能承受受的安全全气压。。土压平衡衡顶管施施工土压平衡衡顶管工工法是利用土压压平衡式式顶管掘掘进机进进行地下下钢筋混混凝土管管道或其其他管道道的顶进进施工，，能以有有效的技技术手段段和措施施，来确确保整个个顶管过过程中不不产生挖挖掘面土土方的超超挖和欠欠挖，仅仅仅取走走顶入管管子的这这部分土土体。它它对周围围的土体体扰动很很小，能能使地表表的沉降降或隆起起减小到到最低限限度。适用范围围：本工法适适用于饱饱和含水水地层中中的淤泥泥质粘土土、粘土土、粉砂砂土或砂砂性土，，尤其适适用于闹闹市区或或在建筑筑群、地地下管线线下进行行顶管施施工，也也可进行行穿越公公路、铁铁路、河河流特殊殊地段的的地下管管道的施施工；施工管道道口径以以国标下下水道口口径系列列尺寸中中的φ1650～φ2400为宜；；顶管管材材为钢筋筋混凝土土；管节节的接头头形式可可按要求求选用““T型””、“F型”钢钢套环式式、企口口承插式式等，也也可按工工程的要要求选用用其他材材质的管管节和管管口接扣扣形式。。土压平衡衡顶管施施工工作井土压平衡衡顶管机纵断图图泥水平衡衡顶管施施工适用范围围本工法适适应于各各类大中中型地下下管道施施工（管管径大于于1200毫米米），通通常包括括混凝土土管道、、钢管、、玻璃纤纤维加强强管、球球墨铸铁铁管道等等等。本工法适适应于各各种不同同的土质质条件，，尤其对对地下水水位很高高，地下下水压力力变化较较大的地地层更具具有优越越性。工工艺原理理泥水平衡衡式顶管管机是利利用泥水水压力来来平衡顶顶进工作作面上的的水压力力和土压压力，通通过调节节出泥舱舱的泥水水压力稳稳定开挖挖面，弃弃土以泥泥水方式式排放出出顶管机机，在不不开挖地地表的情情况下，，利用液液压顶进进工作站站从工作作坑将铺铺设的管管道顶入入，从而而在顶管管机之后后直接铺铺设管道道。切削刀盘盘机身泥水系统统简图：泥浆池泥水平衡衡施工管管道内部部顶管施工工流程测量放线线及复核核开挖工作作坑及接接收坑铺设导轨轨设备安装装调试工具管或或掘进机机进洞吊放管节节顶进并运运排碴土土监测安装管节节接口掘进机(工具管管)出洞洞拆除掘进进机(工工具管)全线测量量完工顶管施工工应用领领域下水道自来水管管煤气管动力电缆缆通信电缆缆测量放线线及复核核将工作井井出洞和和接入井井进洞的的坐标，，正确引引入工作作井内，，指导顶顶管顶进进的方向向和距离离。1、直线线测量：：根据顶顶管工作作井出洞洞口的中中线和接接入井进进洞口的的中线，，用经纬纬仪在工工作井后后反复瞄瞄准，令令这两中中线重合合。2、三角角放线：A、接收收入井进进洞口中中点。B、工作作井出洞洞口的中中点。C、AB延长线线上一引引桩工作坑与与接收坑坑安放顶进进设备顶管掘进进机（或或工具管管）提供供始发场场所顶管施工工终了时时接收顶顶管掘进进机（或或工具管管）用途矩形圆形多边形按其形状状分分类钢筋混凝凝土坑混凝土砌砌块坑钢板桩坑坑按构筑材材料分沉井坑SMW工工法坑（埋深大大管径大大时才用用）按构筑方方法分土质较好好、口径径小、距距离不长长，工作作坑和接接收坑也也可采用用放坡开开挖，但但工作坑坑中需浇浇筑一堵堵后座墙墙。沉井坑是先在地地表制作作成一个个井筒状状的结构构物（沉沉井），，然后在在井壁的的围护下下通过从从井内不不断挖土土，使沉沉井在自自重作用用下逐渐渐下沉，，达到预预定设计计标高后后，再进进行封底底，构筑筑内部结结构。广广泛应用用于桥梁梁、烟囱囱、水塔塔的基础础；水泵泵房、地地下油库库、水池池竖井等等深井构构筑物和和盾构或或顶管的的工作井井。圆形沉井坑矩形沉井坑以多轴型钻掘掘搅拌机在现现场向一定深深度进行钻掘掘，同时在钻钻头处喷出水水泥系强化剂剂而与地基土土反复混合搅搅拌，在各施施工单元之间间则采取重叠叠搭接施工，，然后在水泥泥土混合体未未结硬前插入入H型钢或钢钢板作为其应应力补强材，，至水泥结硬硬，便形成一一道具有一定定强度和刚度度的、连续完完整的、无接接缝的地下墙墙体。SoilMixingWallSMW工法连连续墙工作井开挖选取原则尽量避开房屋屋、地下管线线、河塘架空空电线等不利利于顶管作业业的场所尽量减少工作作坑个数，同同时尽可能地地在一个工作作坑向正反两两个方向顶（这样可减少少顶管设备转转移次数，提提高施工效率率）土质较软而且且地下水又比比较丰富选用用沉井坑在土质条件好好，地下水少少的条件下，，选用钢板桩桩坑在覆土比较深深的条件下，，可采用沉井井工作坑或地地下连续墙工工作坑一般情况下，，接收坑可采采用钢板桩等等比较简易的的构筑方式构构筑的接收坑坑。工作坑与接收收坑的布置布置起吊设备供电、水设备备泥浆设备液压设备控制基坑导轨洞口止水后座墙主顶油缸测量仪器地面布置坑内布置工作坑的开挖挖工作坑的宽度度B:B=D+2b+2cD-顶进管的的外径（m）;b-管两侧的的操作空间，，根据管径大大小及操作空空间而定，一一般可取1.2～1.6m；c-撑板的厚厚度，一般为为0.2m。工作坑的施工工成本（尤其其在埋深较大大时）在总成成本中战有较较大的比重。。在综合考虑虑各方因素的的情况下，最最大限度地减减小工作坑尺尺寸是设备、、材料选型时时的重要依据据。工作坑长度L：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6L1-管节长度；；L2-千斤顶长度度（一般为0.9～1.1m）；L3-后座墙厚度度（约为1米）；L4-前一节已顶顶进管节留在在导轨上的最最小长度，通通常为0.3～0.5m；L5-管尾出土所所留的工作长长度，根据出出土工具而定定，用小车时时为0.6m，手推车时为为1.2m；L6-调头顶进时时的附加长度度。顶管掘进机及其顶管施工工的主要配套套设备顶管掘进机简简称顶管机，，它安放在导导轨上，在所所顶管道的最最前面，它的的主要功能是是取土和确保保管道顶进方方向的正确性性，为确保顶顶管的顺利顶顶进，必须根根据顶进线路路上的土质情情况确定顶管管机的形式。。主顶设备也安安装在工作坑坑的基底上，，其前顶的方方向与管道的的线路方向一一致。管材放放置在顶管机机和主顶设备备之间，主顶顶设备依托后后靠背将顶进进时反作用力力均匀的作用用到工作坑井井壁上。顶铁是顶进作作业不可却少少的设备，有有环型、U型型顶铁之分，，它放置在顶顶管管材和主主顶设备之间间，起到将顶顶力分散并将将顶力均匀作作用与管材，，进而保护管管材并延伸主主顶设备作用用力的作用顶铁注浆设备注浆设备的采采用是顶管施施工的重要一一环，在顶进进过程通过对对含有注浆孔孔的管道注浆浆使管道周壁壁形成环形的的泥浆套，从从而降低了顶顶进阻力，既既保护了管材材又使得长距距离大口径顶顶管成为可能能。此外，输土装装置、测量系系统、洞内通通风和照明设设施也是施工工中不可忽略略的环节。由由于顶管施工工的特殊性，，对顶管施工工的管材也提提出了一些与与明挖施工管管材不同的要要求，如管材材接缝在顶进进过程中的自自密封要求，，钢筋混凝土土管的28天天抗压强度不不低于40Mp等。后备墙的安设设后背墙附加层层制作是保证证顶管正常顶顶进的关键措措施。对矩形形工作井出洞洞的顶管，接接收井将工作作井壁当后背背墙，可不必必再做附加层层，只靠近井井壁位置旋转转后靠背铁即即可；对有折折角出洞的矩矩形工作坑或或圆形工作井井，必须浇筑筑砼附加层与与井壁共同受受力作为后背背墙。后背墙墙附加层与顶顶进轴线成直直角，待砼达达到设计强度度的75%时时方可顶进。。铺设导轨基坑导轨是安安装在工作境境内为管子出出洞提供一个个基准设备。。导轨要求具具备坚固、挺挺直、管子压压上去不变形形等特征，采采用复合型导导轨。设备进洞进出洞口安全、可靠的的出洞便是顶顶管施工成功功的一半，多多数顶管工程程的失败就是是在进出洞口口时出了问题题。土质不好，为为保证进出洞洞口工作顺利利，必须对洞洞口土体进行行加固处理（土质不是很软软时，只需对对所顶管道外外径两侧和顶顶部一定宽度度、长度范围围内的土体进进行加固，如如果土质较软软，在管子顶顶进一定范围围内，对整个个断面的土体体进行加固）防止较重的掘掘进机在出洞洞时出现叩头头现象，可在在洞内下部填填上一些粘土土或用低标号号混凝土浇注注托板（也可在洞内内再预埋短的的延伸导轨以以便托住掘进进机，此外还还应把掘进机机与第一节管管节联在一起起）出洞初期还须须防止掘进机机及前几节管管节往后退的的情况发生（在主顶油缸缸回缩之前，，因设法顶住住管子，否则则前方土体会会发生不同程程度的坍塌，，不但可能能造成洞口上上部安全，也也会使掘进机机的再次推进进方向发生偏偏差）出洞须注意的的几个问题顶管施工工艺艺流程测量控制—工作井施工—顶管设备安装装—始顶—管道顶进—顶至终点处—回填加注水泥泥浆—设备拆除a．检查起重重设备：起重设备经常常检查、试吊吊，确认安全全、可靠方可可下管。下管管时工作坑内内严禁站人。。当距导轨小小于50厘米米时，操作人人员方可进前前操作。b．下管就位位：第一节管子下下到导轨上，，测量管子中中心及前端与与后端的管底底高程，确认认安装合格后后方可顶进施施工。第一节节管有工具管管的作用，顶顶进方向与高高程的准确，，是保证整段段顶管质量的的关键。管前挖土与顶顶进：管前挖土是控控制管节顶进进方向和高程程、减少偏差差的重要作业业，是保证顶顶管质量及管管上构筑物安安全的关键。。因此，管前前挖土与顶进进须严格按照照以下规程操操作：a．管前挖土土的长度：在一般顶管管地段，土质质良好，可超超过管端30-50厘米，并并随挖随顶。。b．顶进施工工：顶进开始时，，应缓慢进行行，待各接触触部位密合后后，再按正常常施工速度顶顶进。顶进中中发现油路压压力突然增高高，应停止顶顶进，检查原原因并经处理理后方可继续续顶进，回镐镐时，油路压压力不得过大大，速度不得得过快。挖出出的土要及时时外运，及时时顶进，使顶顶力限制在较较小的范围内内。测量与校正a．在顶第一一节管时，以以及在校正偏偏差过程中，，测量间隔不不能超过30厘米，保证证管道入土的的位置正确；；管道进入土土层后的正常常顶进，测量量间隔不能超超过100厘厘米。b．高程测量量：用水准仪仪及小塔尺，，根据工作坑坑内设置的水水准点标高，，测头一节管管前端与后端端管内底高程程，以掌握头头一节管子的的走向趋势，，测量后与工工作坑内另一一水准点闭合合。c．全段顶完完后，在每个个管节接口处处测量其中心心位置和高程程，有错口时时，测出错口口高差，做好好记录d．顶管误差差校正是逐步步进行的，形形成误差后不不可立即将已已顶好的管子子校正到位，，应缓缓进行行，使管子逐逐渐复位，不不能猛纠硬调调，以防产生生相反的结果果。触变泥浆减阻阻施工为了减少顶进进中的阻力，，防止塌方，，采用在管壁壁与土壁之间间注入触变泥泥浆，形成泥泥浆套，减少少管壁与土壁壁之间的摩擦擦阻力。触变变泥浆除起润润滑作用外，，静置一定的的时间泥浆固固结，产生强强度。泥浆配比及注注浆操作，按市政操作规规程要求进行行。为使泥浆浆能够达到较较好的充满度度，每2节管管设一处注浆浆孔。每处在在管顶部及水水平直径两侧侧管壁开3个个注浆孔(注注浆孔的设置置与管材生产产厂家联系.在生产管材材时将注浆孔孔预留好,从从管体顶进10m至15m后开始注注触变泥浆。。随顶随注，，注浆压力应应达到0.2Mpa,以以保证注浆饱饱满，确实起起到润滑减阻阻作用。)调浆设备：搅浆机及储罐罐灌浆设备备：注浆泵、、输浆管。触变泥浆材料料主要成分：：膨润土、碱（（碳酸钠）和和水。触变泥浆的拌拌和和程序：：①将定量的水水放入搅拌罐罐内，并取其其中一部分水水溶化碱；②②在搅拌过过程中，将定定量的膨润土土徐徐加入搅搅拌罐内，搅搅拌均匀；③③将溶化的的碱水倒入搅搅拌罐内（碱碱水必须在膨膨润土上搅拌拌均匀后加入入再搅拌均匀匀，放置12h后即可使使用。触变泥浆使用用时应注意事事