城市地下管道顶管施工三

顶管法施工

概述

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等，是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。地下管线的非开挖施工法主要内容包括：地下管线的铺设、更换和修复。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，将预制的管段顶入地层。

边顶进，

边开挖地层，

边将管段接长的管道埋设方法。1顶管施工的基本原理

施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为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，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，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预留孔，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。1-预制的混凝土管；2-运输车；3-扶梯；4-主顶油泵；5-行车；6-安全护栏；7-润滑注浆系统；8-操纵房；9-配电系统；10-操纵系统；11-后座；12-测量系统；13-主顶油缸；14-导轨；15-弧形顶铁；16-环形顶铁；17-已顶入的混凝土管；18-运土车；19-机头

顶管施工技术最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。1948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根内径600mm的铸铁管，顶距只在6米。欧洲发达国家最早开发应用顶管法，1950年前后，英、德、日等国家相继采用。我国较早的顶管施工约在上世纪50年代，初期主要是手掘式顶管，设备也较简陋。我国顶管技术真正较大的发展是从上世纪80年代中期开始。1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机。

顶管施工技术的应用及发展

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：一次连续顶进的距离：越来越长顶管直径：向大小直径两个方向发展管材：钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管挖掘技术：机械化程度越来越高顶管线路的曲直度：曲线形状越来越复杂，曲率半径越来越小。按所顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。大口径多指Ф2m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1.2～1.8m，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500～1000mm，人只能在其中爬行，有时甚至爬行都比较困难。微型顶管的直径通常在400mm以下，最小的只有75mm。按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离）分：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确规定，过去多指100m左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜，可把500m以上的顶管称为长距离顶管。顶管施工的分类按顶管机的类型型分：手掘式人工顶顶管、挤压顶管管、水射流顶管管和机械顶管（（泥水式、泥浆式式、土压式、岩岩石式）。手掘式顶管管的推进管前只只是一个钢制的的带刃口的管子子（称为工具管管），人在工具具管内挖土。掘掘进机顶管的破破土方式与盾构构类似，也有机机械式和半机械械式之分。按管材分：钢筋混凝土顶顶管、钢管顶管管、以及其他管管材的顶管。按顶进管子轨迹迹的曲直分：直线顶管和曲曲线顶管。工作井（工作坑坑或基坑），按按其作用分为顶进井（始发井）和接收井两种。顶进井是是安放所有顶进进设备的场所，，也是顶管掘进进机的始发场所所，是承受主顶顶油缸推力的反反作用力的构筑筑物，供工具管管出洞、下管节节、挖掘土砂的的运出、材料设设备的吊装、操操纵人员的上下下等使用。在顶顶进井内，布置置主顶千斤顶、、顶铁、基坑导导轨、洞口止水水圈以及照明装装置和井内排水水设备等。在顶顶进井的地面上上，布置行车或或其他类型的起起吊运输设备。。接收井是接收收顶管机或工具具管的场所，与与工作井相比，，接收井布置比比较简单。工作井及其布置置123456789顶进工作井内布布置图1-管节；2-洞口止水系统；；3-环形顶铁；4-弧形顶铁；5-顶进导轨；6-主顶油缸；7-主顶油缸架；8-测量系统；9-后靠背；10-后座墙；11-井壁在市政工程建设设中，长距离管管道的敷设是其其重要的工作内内容。随着顶管管技术应用的推推广，研究敷设设长距离管道工工艺技术已成为为引人注目的课课题。长距离管道的主主要困难是，设设置在顶进坑内内的主千斤顶的的推顶力有限，，不足以克服管管道长距离顶进进时遇到的总阻阻力。希望增加加顶管单程顶进进的长度时，需需要采取相关的的措施，如增加加主千斤顶的顶顶力、减少管道道周边与地层的的摩擦力、中途途设置辅助千斤斤顶（中继环））、减小顶管承承受的正面阻力力等。目前在发发展长距离顶管管技术的过程中中，减摩和设置中继环两项措施已得到到较多研究，并并已成为成熟的的技术。长距离顶管为了适应长距离离顶进管道的需需要，研制了中中继环（又称中中继间、中间站站）。即在管道道顶进的中途设设置辅助千斤顶顶，靠辅助千斤斤顶提供的动力力继续顶进管段段，延长顶管的的顶进长度，满满足敷设长距离离管道的需要。。采用中继环时，，管道沿全长分分成若干段，在在段与段之间设设置中继环。中中继环是一个由由钢材制成的圆圆环，内壁上设设置有一定数量量的短行程千斤斤顶，产生的推推顶力可用于推推进中继环前方方的管道。增设中继环（间间）中继环示意图钢筋混凝土管节节的接口有平口口、企口和承口口三种类型。管管节类型不同，，止水方式也不不同。（1）平口管接口及及止水平口管用“T”形钢套环接口，，把两只管子连连接在一起，在在混凝土管和钢钢套环中间安装装有2根齿形橡胶圈止止水。管节接缝的防水水（2）企口接口及防防水企口管用企口式式接口，用1根“q”形橡胶圈止水。。止水圈右边腔腔内有硅油，在在两管节对接连连接过程中，充充有硅油的一腔腔会翻转到橡胶胶体的上方及左左边，增强了止止水效果。（a）企口形管及其其接口（b）“q”形橡胶止水圈（3）承口接口及防防水承口管用“F”形套环接口，接接口处用1根齿形橡胶圈止止水。F形接口管是最为为常用的一种管管节。它把“T”形钢套环的前面面一半埋入混凝凝土管中就变成成了“F”形接口。为防止止钢套环与混凝凝土结合面渗漏漏，在该处设了了一个遇水膨胀胀的橡胶止水圈圈。钢管是用一定厚厚度的钢板先卷卷成圆筒，再焊焊成竹节，钢管管两管节之间采采用焊接连接，，其整体性好，，不易产生渗漏漏水。为保证焊焊接牢靠，将管管节端口按一定定角度坡口后再再焊接。常用的的接口形式有两两种：单边V型坡口；K型坡口。单边V型坡口适用于人人员无法进入的的小口径管，采采用单边坡口和和单面焊接；K型坡口双面成型型的焊接工艺，，即管内外均需需焊接，适用于于口径较大的管管道中。钢管顶管的接口口形式图7-21坡口型式盾构法和顶管法法的主要异同点点：相同点：（1）二者都属于暗暗挖法施工大口口径（>900㎜）地下工程的主主要施工方法。。（2）二者都要开挖挖工作基坑（工工作井和接收井井）。（3）二者工作面的的开挖方法，出出、进洞施工技技术基本相似。。（4）二者都要注意意接缝防水处理理、地表沉降控控制、周边环境境保护等问题，，都要进行注压压浆。不同点：（1）盾构法的衬砌为管片，且每环环管片要在盾构构机的盾尾进行行拼装，拼装好好后一般不会再再移动；顶管法法的衬砌为管节节，且每环管节节是一次预制成成功的，由顶进进装置依次顶进进，直至第一节节管节到达接收收井位置。（2）盾构法施工的的盾构千斤顶布布置在盾构机的的支撑环外沿，，而顶管法施工工的主顶进装置置布置在工作井井内，如果顶力力不足要加设中中继间。（3）盾构千斤顶活活塞的前端必须须安装顶块，顶顶块必须采用球球面接头，在顶顶块与管片的接接触面上安装橡橡胶或柔性材料料的垫板。顶管管法的主顶千斤斤顶的行程长短短不能一次将管管节顶到位时，，必须在