頂管技術終極版.ppt

1、講座內容,頂管施工技術的發(fā)展歷史 頂管施工工法工藝選擇及實施 頂管工程中應注意的問題,1.早期的頂管施工技術 根據中東地區(qū)出土的文物證實，古羅馬時代已開始了最早應用頂管施工技術的萌芽。當時的古羅馬利用杠桿原理，將一根木制管道從土層側面頂進從而開辟出一條供水渠道，以汲取水資源，這就是在不開挖地面條件下進行的地下頂管施工雛形。,頂管施工技術的發(fā)展歷史,據可查文字記錄，美國北太平洋鐵路公司在18961900年間完成了早期的頂管施工作業(yè)。 早期為頂管技術的推廣應用作出杰出貢獻的是美國的Augustus Grinffin 工程師，他于19061918年期間在從事灌溉研究工作時，發(fā)明了在鐵路下面采用鑄鐵管

2、的頂管施工技術。隨后，許多鐵路公司都將這項技術確定為鐵路下頂進鑄鐵管道的標準方法。,2.走向成熟的頂管施工技術 成熟的頂管施工技術是在盾構法問世以后的盾構機械應用時開始的。盾構機械及配套施工技術的迅速發(fā)展，促進頂管施工技術不斷成熟和迅速發(fā)展。 20世紀20年代初期，波紋鋼管取代鑄鐵管投入頂管施工。 20世紀20年代后期，混凝土管道開始用于頂管施工工程。,20世紀30年代，美國被太平洋鐵路公司對頂管使用的混凝土管道進行規(guī)范化。但直到20世紀60年代之前，美國的頂管施工方法發(fā)展速度一直相對較慢。 然而與此同時，歐洲（主要是英國、德國）和日本，頂管技術得到了較快的發(fā)展。,進入20世紀6070年代，頂

3、管施工技術從主頂設備到配套技術都進行了較大改進，奠定了現(xiàn)代頂管施工技術的基礎。其中，最主要的技術進步表現(xiàn)在以下三個方面： （1）研制成功帶有一組各自獨立的千斤頂并能控制頂進方向的掘進機，可方便不同地層條件下的頂進施工。 （2）研制成功專門用于頂管施工的代橡膠密封環(huán)的系列混凝土管，可供不同直接的頂管工程使用。 （3）研制成功中繼間構造以供長距離頂管使用，并完善其中繼接力技術。,3.頂管技術在中國的發(fā)展進程 最早的頂管始于1953年的北京，當時在京包鐵路的路基下進行的鋼筋混凝土管道的頂管穿越私活工。1956年，上海首次在黃浦江堤下進行鋼管頂管施工，也很成功。最初都是采用手掘式頂管。 1964年前后

4、，在建設部和上海市的支持下，上海一些單位開展了大口徑機械式頂管的各種試驗。 1967年前后，上海市政工程研究所和上海市政工程公司共同研制成功了小口徑遙控土壓式頂管掘進機。,1978年，上?；A工程公司開發(fā)研制了三段雙鉸型工具管，即頂管機頭，解決了百米頂管施工技術難題。 1984年前后，北京、上海和南京等地先后引進了國外的機械式頂管設備。同時也引進了一些頂管技術理論及施工管理經驗，使我國的頂管技術開始躍上一個新臺階。諸如土壓平衡理論、泥水平衡理論、頂管接口型式及制管新技術等資料的引入 近20年來，我國的頂管技術水平有了長足的發(fā)展，并在大直徑、長距離頂管技術方面處于領先地位。,上海黃浦江上游引水工

5、程(1987) DN3500,單向頂進1743m 上海青草沙水源地嚴橋支線(2007) 兩根DN3600,平行同時頂進,頂管施工技術的發(fā)展歷史 頂管施工工法工藝選擇及實施 頂管工程中應注意的問題,頂管施工工法工藝選擇及實施,開放式頂管,開放式頂管：當工作面土層的物理力學性質良好且土層處于穩(wěn)定狀態(tài)時，操作時不會出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，能直接挖土，且工作面開敞。 1.機械式頂管機 適用于巖層，硬土層和整體穩(wěn)定性較好的土層，工作效率比較高,2.擠壓式頂管機 適用于淤泥質土，流塑性土質，而且要求覆土深度比較深 3.人工挖掘頂管機 適用于地基強度較高的土層，也有在軟土中應用的，前提采用注漿改善土質，或在工具管前加

6、網格，以穩(wěn)定挖掘面，最大特點是適應地下障礙物較多且較大的條件，可排除障礙的可能性最大最好,泥水平衡式,基本原理:,優(yōu)點: 適用于各種不同的土質情況,擾動較小,地層損失小,產生的地表面變形小,同時頂進時總頂力較小. 缺點: 棄土的運輸和存放均較困難,如采用泥漿運輸,用水量較大,成本較高.作業(yè)所需場地大,設備復雜成本較高,如遇上頂管的超淺埋土層,或遇上滲透系數(shù)特別大的礫砂,卵石層,施工作業(yè)往往受阻.,掘進機械 1.具有浮動切削刀盤的泥水平衡頂管掘進機 當?shù)侗P前土壓力過小時,他就前伸,當?shù)侗P前土壓力過大時,就往后退,前伸時,應加快推進速度,后退時應減慢推進速度,這樣就可以使刀盤前的土壓力控制在設定范

7、圍內.用機械來平衡土壓力,2.具有破碎功能的泥水平衡頂管進機,適用口徑從600到2400,口徑越小,能破碎的礫石的粒徑也越小,通長600的能破碎粒徑為100mm的礫石,2400的能破碎500mm的礫石. 有的機頭破碎粒徑可達頂管口徑的40%50%,3.氣壓式泥水平衡頂管掘進機,適用于大直徑頂管工程 通過調節(jié)供給的壓縮空氣的壓力大小,實施調節(jié)泥水 艙內壓力的高低.可精確到0.1KPa. 特點:平衡比較徹底,施工后地面沉降極小.,4.濃泥水平衡頂管掘進機 比普通泥水式掘進機適用的泥水相對密度要高很多,接近泥漿,為使?jié)饽嗨牧鲃有愿?需在濃泥水中加入許多添加劑( 仍歸屬在泥水式頂管范疇,濃泥水的相

8、對密度接近泥漿,其流動性比泥漿要好得多). 特別適用于卵石層地質(滲透性特別大的卵石層).不需對卵石進行破碎,可排出卵石的粒徑可達管徑的1/3. 與其他泥水式頂管比較,采用濃泥水式頂管的推力要低很多,尤其在沙礫土中表現(xiàn)更加明顯,非常適用于長距離頂管和曲線頂管.,工藝原理: 根據土壓平衡的基本原理,利用頂管機的刀盤切削和支承機內土壓艙的正面土體,抵抗開挖面的水,土壓力以達到穩(wěn)定的目的.以頂管機的頂速即切削量為常量,螺旋輸送機轉速即排土量為變量進行控制土壓艙內的水,土壓力與切削面的水,土壓力保持平衡,土壓平衡式,分類:泥土式,泥漿式,混合式 泥漿式:指排出含水量相當大的棄土(可能是地下水豐富,也可

9、能是人為的加入添加劑造成的),優(yōu)點: 適用的土質范圍廣,從軟黏土到砂礫土都能適用,是一種全土質的頂管掘進機,能保持挖掘面穩(wěn)定,地面變形極小,施工時的覆土可很淺,是其他形式的頂管機無法做到的(覆土太淺時,手掘式頂管地面易塌陷,泥水式和氣壓式頂管則易冒頂和跑氣).棄土運輸處理方便,作業(yè)環(huán)境好. 缺點: 在砂礫層和粘粒含量少的砂層中施工時,必須采用添加劑改良土體.,掘進機 多刀盤土壓平衡頂管掘進機 DK式土壓平衡頂管掘進機 中心螺旋式頂管掘進機 切削密封土壓式掘進機,與泥水平衡式的最大區(qū)別在于:氣壓平衡式頂管機通過一個隔板將破碎室分隔為兩個區(qū)域,后面是壓力室,以壓力墻為界,在其上部可以形成一個壓氣區(qū)

10、,平衡壓力就是通過這一壓氣區(qū)作用于氣水不平衡的工作面上. 全氣壓式 挖掘面上和管道內所有工作人員都在氣壓條件下工作,整個頂管管道內都充滿一定壓力的壓縮空氣. 全氣壓頂管的工具管大多為手掘式,挖土的多用人工,工具管構造較簡單.施工效率很低,僅為普通手掘式頂管的30%50% 有鋼制的氣壓艙也有混凝土管制的氣壓艙,氣壓平衡式,局部氣壓式 壓縮空氣僅僅作用在挖掘面上,相對于全氣壓施工而言.操作人員在常壓下工作.,氣壓施工的特殊要求 1.對土質的要求 滲透系數(shù)大于1X10-2cm/s的砂礫層中,因透氣性大,且地下水多,漏氣很厲害,不宜采用 2.對環(huán)境的要求 設備多,占地較大,空壓機噪音很大,不宜在居民密

11、集區(qū)材采用 3.對作業(yè)人員的要求 必須是進過訓練的專業(yè)人員,身強力壯.,優(yōu)點: 平衡壓力的調節(jié)和排泥系統(tǒng)的排量是截然分開的,互不干擾,可更準確的調節(jié)平衡壓力,特別是非均勻地層中施工. 缺點: 造成的地面沉降較大,因為氣壓在疏干地下水過程中,會造成土體的壓密沉降,另外頂進過程中又會對土體產生擾動沉降. 全氣壓式設備復雜,要求可靠性高,勞動強度大,對作業(yè)人員身體健康有特殊要求,除了為排除機械故障和為清除頂進中的障礙外很少采用全氣壓式,頂管施工技術的發(fā)展歷史 頂管施工工法工藝選擇及實施 頂管工程中應注意的問題,進出洞技術措施,穿墻止水構造（如圖） 主要由擋環(huán)、盤根、軋?zhí)m組成。 軋?zhí)m將盤根壓緊后起止水

12、擋土作用。為避免地下水和掘土大量涌入工作井，應在穿墻管內事先填埋經夯實的黃粘土。,（2）洞口止水方法 不同構造的工作井，洞口止水的方式不同。 a.鋼板樁圍成的工作井中，應在管道頂進前方的井內澆筑一道前止水墻。墻體可由較高強度等級的素混凝土筑成。 b.方形鋼筋混凝土井，不必設前止水墻 C.圓形鋼筋混凝土井,需澆筑一睹弓形的前止水墻.將洞口止 水圈安裝在平面上,而不安裝在圓弧面上.,d.覆土很厚或穿越江河的工作井中,洞口止水圈需做成兩道,一道是充氣的,一道是普通的止水圈.在長距離頂管或覆土較厚的頂管中必須做.,(3)進出洞口措施 門式加固法:對管道兩側和頂部一定寬度和長度范圍內的土體進行加固,以提高