地下結構工程第七章頂管法

1、地地 下下 結結 構構 工工 程程第07章第7章 頂管法n頂管法與盾構法都是修建地下管道和隧道的重要方法。 n7.1 概述n7.1.1 頂管法簡介n采用液壓千斤頂或具有頂進、牽引功能的設備，以頂管工作井作承壓壁，將管子按設計高程、方位、坡度逐根頂入土層直至達到目的地.頂管法施工示意圖主要用于 n特殊地質條件下的管道工程中 ：n穿越江河、湖泊、港灣水體下的供水、輸氣、輸油管道工程；n穿越城市建筑群、繁華街道地下的上下水、煤氣管道工程；n穿越重要公路、鐵路路基下的通訊、電力電纜管道工程；n水庫壩體涵管重建工程等。發(fā)展趨勢n中繼環(huán)接力頂推裝置、觸變泥漿減阻頂進技術，自動測斜糾偏技術、泥水平衡技術、土

2、壓平衡技術、氣壓保護技術和曲線頂管技術 。7.1.2 頂管法的關鍵技術n1）方向控制：與設計軸線一致，對頂力的影響，保證中繼環(huán)正常工作 ；n2）頂力大小及方向：管尾頂進方式，頂進距離必然受到限制 ，一般采用中繼環(huán)接力；n 3）工具管開挖面正面土體的穩(wěn)定性；n4）承壓壁后靠結構及土體的穩(wěn)定性7.1.3 頂管法的工程地質勘察n勘察要點：n土層類別、埋深n各土層土體的物理、力學性質n地下水位、壓力n地下水和土的腐蝕性n土層凍結深度n地下管線n地下洞室n臨近建筑物基礎n地面動載7.2 頂管工程設計n工作井設置，頂管頂力估算以及承壓壁后靠結構及土體的穩(wěn)定問題。n7.2.1 頂管工作井設置n1）供頂管機頭

3、安裝用的頂進工作井（稱頂進井）；n2）供頂管工具管進坑和拆卸用的接收工作井（稱接收井）。（a）雙向頂進；（b）單向頂進工作井 n實質上是方形或圓形的小基坑，其支護類型同普通基坑，其平面尺寸較小，支護經(jīng)常采用鋼筋混凝土沉井和鋼板樁。n管徑1.8m或頂管埋深5.5m時普遍采用鋼筋混凝土沉井作為頂進工作井。n沉井作為工作井時，一般采用雙向頂進；n采用鋼板樁支護工作井時，一般采用單向頂進。 一井多用 n工作井在施工結束后，一部分將改為閥門井、檢查井。 n工作井地面影響范圍一般按井深的1.5倍計算，在此范圍內(nèi)的建筑物和管線等均應采取必要的技術措施加以保護。頂管工作井的深度 n（1）頂進工作井3211hh

4、hHnh1地表至導軌頂?shù)母叨龋╩）；nh2導軌高度（m）；nh3基礎厚度（包括墊層）（m）。（2）接收工作井4312hhhHnH2地表至基底的高度（m）；nh1地表至支承墊頂?shù)母叨龋╩）；nh3基礎厚度（包括墊層）（m）nh4支承墊厚度（m）；防水構造n工作井的洞口應進行防水處理，設置擋水圈和封門板，進出井的一段距離內(nèi)應進行井點降水或地基加固處理，以防土體流失，保持土體和附近建筑物的穩(wěn)定。n工作井的頂標高應滿足防汛要求，坑內(nèi)應設置集水井，在暴雨季節(jié)施工時應防止地下水流入工作井，事先在工作井周圍設置擋水圍堰。7.2.2 頂管頂力估算n克服頂管管壁與土的摩阻力及前刃腳切土時的阻力： nN1管頂以上

5、的荷載；nN2全部管道自重；nE頂管兩側的土壓力；nR土對鋼刃腳正面的單位面積阻力 nk系數(shù)，一般采用1.2。2)(322111RAEffNNfNkP7.2.3 頂管承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗算n1）沉井支護工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗算apFFFFP212各分量計算2221tg (45)2tg(45)tg (45)2222pFBHcHhH2221tg (45)2tg(45)tg (45)2222aFBHcHhH1112aFp HBWF 2計算示例2pcK()(45)2popHh KKtg22211()()221tg (45)tg (45)222ppHh KHhhKhHhHn無絕對把握的前提下，F(xiàn)

6、1及F2均不予考慮。 n若不考慮F1及F2，一般采用下式進行沉井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定性驗算：nS為沉井穩(wěn)定系數(shù)，一般取S1.01.2。土質越差，S的取值越大。SFFPap本講要點n了解頂管法的工作原理；n理解頂管阻力的計算方法；n掌握沉井支護工作井承壓壁后土體的穩(wěn)定驗算。2）鋼板樁支護工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗算n首先可以假定不存在板樁。n板樁的參與作用，便出現(xiàn)了一條類似于板樁彈性曲線的荷載曲線FPp/23120)2121(phhhhp2bhPp 2bhF 兩段支護情況 n只有最下面的一段參與承受和傳遞來自承壓壁的反作用力 ；n要用混凝土將下段板樁與上段板樁之間的空隙填充起來，以構成封閉的傳

7、力系統(tǒng)。否則，需將h3縮短到上段板樁的下沿。單段支護下的頂管工作井n當A點在后靠土體被動土壓力線上n或在其左側時，則后靠土體是穩(wěn)定的， )2(23213hhhbPShp雙段支護下的頂管工作井)2(2)(32143hhhbPShhp留有孔口時n則平均壓力應修改為：2241DbhPp)4122(2223213DbhhhhhPShp)4122()(22232143DbhhhhhPShhp單段支護雙段支護當S1時， n用縮小h3的辦法來增大h2，或者增大b，直至S達到1為止，直至降低P的數(shù)值。n即增加承壓面積。7.3 常用頂管工具管n頂管工具管有手掘式、擠壓式、泥水平衡式、三段兩鉸型水力挖土式和多刀盤

8、土壓平衡式等。n手掘式頂管工具管為正面全敞開，采用人工挖土，如圖所示。手掘式頂管工具管：正面全敞開擠壓式頂管工具管：網(wǎng)格切土裝置或刃腳放大 泥水平衡式頂管工具管 設置密封艙 泥水平衡式頂管工具管三段兩鉸型水力挖土式頂管工具管 多刀盤土壓平衡式頂管工具 大刀盤土壓平衡頂管機大刀盤土壓平衡頂管機 主頂設備主頂設備 地表沉降n一般頂管工具引起的地表沉降量可控制在50100mm，而采用泥水平衡式頂管工具管引起的地表沉降量更在30mm以下。n頂管工具管的基本原理及施工工藝與盾構基本相似。 7.4 中繼環(huán)7.4.1 中繼接力原理n頂進阻力超過主千斤頂?shù)娜菰S總頂力、管節(jié)容許的極限壓力和工作井承壓壁后靠土體極

9、限反推力三者中之一，采用中繼接力頂進技術。n采用中繼接力技術時，將管道分成數(shù)段，在段與段之間設置中繼環(huán)。 中繼環(huán)示意圖 采用中繼接力技術以后，管道的頂進長度不再受承壓壁后靠土體極限反推力大小的限制，只要增加中繼環(huán)的數(shù)量，就可增加管道頂進的長度。 7.4.2 中繼環(huán)構造n（1）短沖程千斤頂組（沖程為150300mm，規(guī)格、性能要求一致）；n（2）液壓、電器與操縱系統(tǒng)；n（3）殼體和千斤頂緊固件、止水密封圈；n（4）承壓法蘭片。7.4.3 中繼環(huán)自動控制n從工具管向工作井依次按1#、2# 編號。n工作時，首次啟動1#，n中繼環(huán)頂推行程達到允許行程后停止1#中繼環(huán)，啟動2#中繼環(huán)工作，直到最后啟動工作井千斤頂。7.5 管道及其接口n頂管所用管道按其材質分鋼筋混凝土管和鋼管兩類，鋼管接口一般采用承插、法蘭、螺紋或焊接。 n排水管道采用的預制鋼筋混凝土管道 ；n煤氣管道一般采用鑄鐵管和鋼管 ；n上水管道普遍采用的鋼筋混凝土管及鋼管 ；n外包鋼板復合式鋼筋混凝土管和鋼筋混凝土管道的頂距已達100290m，鋼管的頂距已達1200m。 n2002.1嘉興污水處理排海工程中，利用直徑為2米的鋼筋混凝土頂管