頂管法創(chuàng)新設(shè)計(jì)和施工過程

1、頂管法創(chuàng)新設(shè)計(jì)和施工過程 頂管法施工是在作好的工作坑內(nèi)預(yù)制鋼筋混凝土隧道結(jié)頂管法施工是在作好的工作坑內(nèi)預(yù)制鋼筋混凝土隧道結(jié)構(gòu)，待其達(dá)到強(qiáng)度后用千斤頂將結(jié)構(gòu)推頂至設(shè)計(jì)位構(gòu)，待其達(dá)到強(qiáng)度后用千斤頂將結(jié)構(gòu)推頂至設(shè)計(jì)位 置。主置。主要用于地下進(jìn)水管、排水管、煤氣管、電訊電纜管的施工。要用于地下進(jìn)水管、排水管、煤氣管、電訊電纜管的施工。它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等，是一種非開挖的建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等，是一種非開挖的敷設(shè)地下管道的施工方法。敷設(shè)地下管道的施工方法。 地下管線的非開

2、挖施工法主要內(nèi)容包括：地下管線的鋪設(shè)、地下管線的非開挖施工法主要內(nèi)容包括：地下管線的鋪設(shè)、更換和修復(fù)。更換和修復(fù)。 頂管施工一般是先在工作坑內(nèi)設(shè)置支座和安裝液壓千斤頂，頂管施工一般是先在工作坑內(nèi)設(shè)置支座和安裝液壓千斤頂，借助主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工借助主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過土層一直推到接收坑內(nèi)吊起，與此同時(shí)，緊隨工具管作坑內(nèi)穿過土層一直推到接收坑內(nèi)吊起，與此同時(shí)，緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后面，將預(yù)制的管段頂入地層?？梢?，這是一種邊頂進(jìn)，或掘進(jìn)機(jī)后面，將預(yù)制的管段頂入地層?？梢?，這是一種邊頂進(jìn)，邊開挖地層，邊將管段接長的管道埋設(shè)方法。

3、邊開挖地層，邊將管段接長的管道埋設(shè)方法。 頂管法示意圖n施工時(shí)，先制作頂管工作井及接收井，作為一段頂管施工時(shí)，先制作頂管工作井及接收井，作為一段頂管的起點(diǎn)和終點(diǎn)，工作井中有一面或兩面井壁設(shè)有預(yù)留的起點(diǎn)和終點(diǎn)，工作井中有一面或兩面井壁設(shè)有預(yù)留孔，作為頂管出口，其對面井壁是承壓壁，承壓壁前孔，作為頂管出口，其對面井壁是承壓壁，承壓壁前側(cè)安裝有頂管的千斤頂和承壓墊板（即鋼后靠），千側(cè)安裝有頂管的千斤頂和承壓墊板（即鋼后靠），千斤頂將工具管頂出工作井預(yù)留孔，而后以工具管為先斤頂將工具管頂出工作井預(yù)留孔，而后以工具管為先導(dǎo)，逐節(jié)將預(yù)制管節(jié)按設(shè)計(jì)軸線頂入土層中，直至工導(dǎo)，逐節(jié)將預(yù)制管節(jié)按設(shè)計(jì)軸線頂入土層中

4、，直至工具管后第一節(jié)管節(jié)進(jìn)入接收井預(yù)留孔，施工完成一段具管后第一節(jié)管節(jié)進(jìn)入接收井預(yù)留孔，施工完成一段管道。為進(jìn)行較長距離的頂管施工，可在管道中間設(shè)管道。為進(jìn)行較長距離的頂管施工，可在管道中間設(shè)置一至幾個(gè)中繼間作為接力頂進(jìn)，并在管道外周壓注置一至幾個(gè)中繼間作為接力頂進(jìn)，并在管道外周壓注潤滑泥漿。頂管施工可用于直線管道，也可用于曲線潤滑泥漿。頂管施工可用于直線管道，也可用于曲線等管道。等管道。1-預(yù)制的混凝土管；預(yù)制的混凝土管；2-運(yùn)輸車；運(yùn)輸車；3-扶梯；扶梯；4-主頂油泵；主頂油泵；5-行車；行車；6-安全護(hù)欄；安全護(hù)欄；7-潤潤滑注漿系統(tǒng)；滑注漿系統(tǒng)； 8-操縱房；操縱房；9-配電系統(tǒng)；配電

5、系統(tǒng)；10-操縱系統(tǒng)；操縱系統(tǒng)；11-后座；后座；12-測量系統(tǒng)；測量系統(tǒng)；13-主頂油缸；主頂油缸；14-導(dǎo)軌；導(dǎo)軌；15-弧形頂鐵；弧形頂鐵；16-環(huán)形頂鐵；環(huán)形頂鐵；17-已頂入的混凝土管；已頂入的混凝土管；18-運(yùn)土車；運(yùn)土車；19-機(jī)頭機(jī)頭 n按所頂進(jìn)的管子口徑大小分：大口徑、中口徑、小口徑和微型頂按所頂進(jìn)的管子口徑大小分：大口徑、中口徑、小口徑和微型頂管四種。大口徑多指管四種。大口徑多指2m以上的頂管，人可以在其中直立行走。以上的頂管，人可以在其中直立行走。中口徑頂管的管徑多為，人在其中需彎腰行走，大多數(shù)頂管為中口徑頂管的管徑多為，人在其中需彎腰行走，大多數(shù)頂管為中口徑頂管。小口徑

6、頂管直徑為中口徑頂管。小口徑頂管直徑為5001000mm，人只能在其中，人只能在其中爬行，有時(shí)甚至爬行都比較困難。微型頂管的直徑通常在爬行，有時(shí)甚至爬行都比較困難。微型頂管的直徑通常在400mm以下，最小的只有以下，最小的只有75mm。n按一次頂進(jìn)的長度（指頂進(jìn)工作坑和接收工作坑之間的距離）分：按一次頂進(jìn)的長度（指頂進(jìn)工作坑和接收工作坑之間的距離）分：普通距離頂管和長距離頂管。頂進(jìn)距離長短的劃分目前尚無明確普通距離頂管和長距離頂管。頂進(jìn)距離長短的劃分目前尚無明確規(guī)定，過去多指規(guī)定，過去多指100m左右的頂管。目前，千米以上的頂管已屢左右的頂管。目前，千米以上的頂管已屢見不鮮，可把見不鮮，可把5

7、00m以上的頂管稱為長距離頂管。以上的頂管稱為長距離頂管。n按頂管機(jī)的類型分：手掘式人工頂管、擠壓頂管、水射流頂管和按頂管機(jī)的類型分：手掘式人工頂管、擠壓頂管、水射流頂管和機(jī)械頂管（機(jī)械頂管（泥水式、泥漿式、土壓式、巖石式泥水式、泥漿式、土壓式、巖石式 ）。手掘式頂管的推）。手掘式頂管的推進(jìn)管前只是一個(gè)鋼制的帶刃口的管子（稱為工具管），人在工具進(jìn)管前只是一個(gè)鋼制的帶刃口的管子（稱為工具管），人在工具管內(nèi)挖土。掘進(jìn)機(jī)頂管的破土方式與盾構(gòu)類似，也有機(jī)械式和半管內(nèi)挖土。掘進(jìn)機(jī)頂管的破土方式與盾構(gòu)類似，也有機(jī)械式和半機(jī)械式之分。機(jī)械式之分。n按管材分：鋼筋混凝土頂管、鋼管頂管、以及其他管材的頂管。按管

8、材分：鋼筋混凝土頂管、鋼管頂管、以及其他管材的頂管。n按頂進(jìn)管子軌跡的曲直分：直線頂管和曲線頂管。按頂進(jìn)管子軌跡的曲直分：直線頂管和曲線頂管。 n手掘式頂管施工是最早發(fā)展起來的一種頂管施手掘式頂管施工是最早發(fā)展起來的一種頂管施工的方式。由于它在特定的土質(zhì)條件下和采用工的方式。由于它在特定的土質(zhì)條件下和采用一定的輔助施工措施后便具有施工操作簡便、一定的輔助施工措施后便具有施工操作簡便、設(shè)備少、施工成本低、施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)，所設(shè)備少、施工成本低、施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)，所以至今仍被許多施工單位采用。以至今仍被許多施工單位采用。n手掘式頂管機(jī)也即是非機(jī)械的開放式手掘式頂管機(jī)也即是非機(jī)械的開放式(或敞口或敞

9、口式式)頂管機(jī)，適用于能自穩(wěn)的土體中。在頂管頂管機(jī)，適用于能自穩(wěn)的土體中。在頂管的前端裝有工具管，施工時(shí)，采用手工的方法的前端裝有工具管，施工時(shí)，采用手工的方法來破碎工作面的土層，破碎輔助工具主要有鎬、來破碎工作面的土層，破碎輔助工具主要有鎬、鍬以及沖擊錘等。如果在含水量較大的砂土中，鍬以及沖擊錘等。如果在含水量較大的砂土中，需采用降水等輔助措施。需采用降水等輔助措施。（一）（一） 手掘式頂管機(jī)手掘式頂管機(jī)n手掘式頂管機(jī)主要由切土刃角、糾偏裝手掘式頂管機(jī)主要由切土刃角、糾偏裝置、承插口等組成。所用的工具管有一置、承插口等組成。所用的工具管有一段式和兩段式。一段式工具管與混凝土段式和兩段式。一段

10、式工具管與混凝土管之間的結(jié)合不太可靠，常會(huì)產(chǎn)生滲漏管之間的結(jié)合不太可靠，常會(huì)產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象；發(fā)生偏斜時(shí)糾偏效果不好；千斤現(xiàn)象；發(fā)生偏斜時(shí)糾偏效果不好；千斤頂直接頂在其后的混凝土管上，第一節(jié)頂直接頂在其后的混凝土管上，第一節(jié)管容易損壞。因此，現(xiàn)多用兩段式，前管容易損壞。因此，現(xiàn)多用兩段式，前后兩段之間安裝有糾偏油缸，后殼體與后兩段之間安裝有糾偏油缸，后殼體與后面的正常管節(jié)連接在一起。后面的正常管節(jié)連接在一起。一段式手掘式工具管一段式手掘式工具管前段殼體前段殼體 糾偏油缸糾偏油缸 后段殼體后段殼體兩段式手掘式工具管兩段式手掘式工具管 泥水平衡頂管機(jī)是指采用機(jī)械切削泥土、泥水平衡頂管機(jī)是指采用機(jī)械切削

11、泥土、利用壓力來平衡地下水壓力和土壓力、采利用壓力來平衡地下水壓力和土壓力、采用水力輸送棄土的泥水式頂管機(jī)，是當(dāng)今用水力輸送棄土的泥水式頂管機(jī)，是當(dāng)今生產(chǎn)的比較先進(jìn)的一種頂管機(jī)。生產(chǎn)的比較先進(jìn)的一種頂管機(jī)。泥水平衡式頂管機(jī)按平衡對象分有兩種，一泥水平衡式頂管機(jī)按平衡對象分有兩種，一種是泥水僅起平衡地下水的作用，土壓力種是泥水僅起平衡地下水的作用，土壓力則由機(jī)械方式來平衡；另一種是同時(shí)具有則由機(jī)械方式來平衡；另一種是同時(shí)具有平衡地下水壓力和土壓力的作用。平衡地下水壓力和土壓力的作用。（二）（二） 泥水平衡式頂管機(jī)泥水平衡式頂管機(jī)n泥水平衡工具管正面設(shè)刀盤，并在其后設(shè)密封泥水平衡工具管正面設(shè)刀盤，

12、并在其后設(shè)密封艙，在密封艙內(nèi)注入穩(wěn)定正面土體的泥漿，刀艙，在密封艙內(nèi)注入穩(wěn)定正面土體的泥漿，刀盤切下的泥土，沉在密封艙下部的泥水中而被盤切下的泥土，沉在密封艙下部的泥水中而被水力運(yùn)輸管道運(yùn)至地面泥水處理裝置。泥水平水力運(yùn)輸管道運(yùn)至地面泥水處理裝置。泥水平衡式工具管主要由大刀盤裝置、糾偏裝置、泥衡式工具管主要由大刀盤裝置、糾偏裝置、泥水裝置、進(jìn)排泥裝置等組成。在前、后殼體之水裝置、進(jìn)排泥裝置等組成。在前、后殼體之間有糾偏千斤頂，在掘進(jìn)機(jī)上下部安裝進(jìn)、排間有糾偏千斤頂，在掘進(jìn)機(jī)上下部安裝進(jìn)、排泥管。泥管。n泥水平衡式頂管機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有多種，如刀盤泥水平衡式頂管機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有多種，如刀盤可伸縮的頂管

13、機(jī)、具有破碎功能的頂管機(jī)、氣可伸縮的頂管機(jī)、具有破碎功能的頂管機(jī)、氣壓式頂管機(jī)等。壓式頂管機(jī)等。泥水平衡式頂管機(jī)結(jié)構(gòu)及施工泥水平衡式頂管機(jī)結(jié)構(gòu)及施工 刀盤可伸縮式泥水平衡頂管機(jī)刀盤可伸縮式泥水平衡頂管機(jī) 泥水平衡頂管施工的完整系統(tǒng)由頂管機(jī)、進(jìn)排泥系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)、泥水平衡頂管施工的完整系統(tǒng)由頂管機(jī)、進(jìn)排泥系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)、主頂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等組成。泥水平衡頂管施工與主頂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等組成。泥水平衡頂管施工與其它形式的頂管相比，增加了進(jìn)排泥和泥水處理系統(tǒng)。其它形式的頂管相比，增加了進(jìn)排泥和泥水處理系統(tǒng)。 n泥水平衡式頂管施工的優(yōu)點(diǎn)：適用的土質(zhì)范圍泥水

14、平衡式頂管施工的優(yōu)點(diǎn)：適用的土質(zhì)范圍較廣，尤其適用于施工難度極大的粉砂質(zhì)土層較廣，尤其適用于施工難度極大的粉砂質(zhì)土層中；可保持挖掘面的穩(wěn)定，對周圍土層的影響中；可保持挖掘面的穩(wěn)定，對周圍土層的影響小，地面變形小；較適宜于長距離頂管施工；小，地面變形??；較適宜于長距離頂管施工；工作井內(nèi)作業(yè)環(huán)境好且安全；可連續(xù)出土，施工作井內(nèi)作業(yè)環(huán)境好且安全；可連續(xù)出土，施工進(jìn)度快。工進(jìn)度快。n缺點(diǎn)：施工場地大，設(shè)備費(fèi)用高，需在地面設(shè)缺點(diǎn)：施工場地大，設(shè)備費(fèi)用高，需在地面設(shè)置泥水處理、輸送裝置；機(jī)械設(shè)備復(fù)雜，且各置泥水處理、輸送裝置；機(jī)械設(shè)備復(fù)雜，且各系統(tǒng)間相互連鎖，一旦某一系統(tǒng)故障，必須全系統(tǒng)間相互連鎖，一旦某

15、一系統(tǒng)故障，必須全面停止施工。面停止施工。n土壓平衡頂管機(jī)由土壓平衡盾構(gòu)機(jī)移植而來，其平衡土壓平衡頂管機(jī)由土壓平衡盾構(gòu)機(jī)移植而來，其平衡原理與盾構(gòu)相同。與泥水頂管施工相比，最大的特點(diǎn)原理與盾構(gòu)相同。與泥水頂管施工相比，最大的特點(diǎn)是排出的土或泥漿一般不需再進(jìn)行二次處理，具有刀是排出的土或泥漿一般不需再進(jìn)行二次處理，具有刀盤切削土體、開挖面土壓平衡、對土體擾動(dòng)小、地面盤切削土體、開挖面土壓平衡、對土體擾動(dòng)小、地面和建筑的沉降較小等特點(diǎn)。和建筑的沉降較小等特點(diǎn)。n土壓平衡頂管機(jī)按泥土倉中所充的泥土類型分，有泥土壓平衡頂管機(jī)按泥土倉中所充的泥土類型分，有泥土式、泥漿式和混合式三種；按刀盤形式分，有帶面

16、土式、泥漿式和混合式三種；按刀盤形式分，有帶面板刀盤式和無面板刀盤式；按有無加泥功能分，有普板刀盤式和無面板刀盤式；按有無加泥功能分，有普通式和加泥式；從刀盤的機(jī)械傳動(dòng)方式分，有中心傳通式和加泥式；從刀盤的機(jī)械傳動(dòng)方式分，有中心傳動(dòng)式、中間傳動(dòng)式和周邊傳動(dòng)式；按刀盤的多少分，動(dòng)式、中間傳動(dòng)式和周邊傳動(dòng)式；按刀盤的多少分，有單刀盤式和多刀盤式。有單刀盤式和多刀盤式。（三）土壓平衡式頂管機(jī)（三）土壓平衡式頂管機(jī)n1單刀盤式（單刀盤式（DK型）頂管機(jī)型）頂管機(jī)n單刀盤式土壓平衡頂管機(jī)是日本在上世紀(jì)單刀盤式土壓平衡頂管機(jī)是日本在上世紀(jì)70年代初期年代初期開發(fā)的，它具有廣泛的適應(yīng)性、高度的可靠性和先進(jìn)開

17、發(fā)的，它具有廣泛的適應(yīng)性、高度的可靠性和先進(jìn)的技術(shù)性。它又稱為泥土加壓式頂管機(jī)，國內(nèi)成為輻的技術(shù)性。它又稱為泥土加壓式頂管機(jī)，國內(nèi)成為輻條式刀盤頂管機(jī)或者加泥式頂管機(jī)。下圖所示的是這條式刀盤頂管機(jī)或者加泥式頂管機(jī)。下圖所示的是這種機(jī)型的結(jié)構(gòu)之一，種機(jī)型的結(jié)構(gòu)之一， 它由刀盤及驅(qū)動(dòng)裝置、前殼體、它由刀盤及驅(qū)動(dòng)裝置、前殼體、糾偏油缸組、刀盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)、螺旋輸送機(jī)、操縱臺(tái)、糾偏油缸組、刀盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)、螺旋輸送機(jī)、操縱臺(tái)、后殼體等組成。沒有刀盤面板，刀盤后面設(shè)有許多根后殼體等組成。沒有刀盤面板，刀盤后面設(shè)有許多根攪拌棒。這種結(jié)構(gòu)的攪拌棒。這種結(jié)構(gòu)的DK型頂管機(jī)在國內(nèi)已自成系列，型頂管機(jī)在國內(nèi)已自成系列，適

18、用于口徑的混凝土管施工，在軟土、硬土中都可采適用于口徑的混凝土管施工，在軟土、硬土中都可采用，并且可與盾構(gòu)機(jī)通用，可在覆土厚度為倍管道外用，并且可與盾構(gòu)機(jī)通用，可在覆土厚度為倍管道外徑的淺埋土層中施工。徑的淺埋土層中施工。 單刀盤式頂管機(jī)單刀盤式頂管機(jī) n2多刀盤式（多刀盤式（DT型）頂管機(jī)型）頂管機(jī)n這是一種非常適用于軟土的頂管機(jī)，如下圖所示的主體結(jié)這是一種非常適用于軟土的頂管機(jī)，如下圖所示的主體結(jié)構(gòu)，四把切削攪拌刀盤對稱地安裝在前殼體的隔倉板上，構(gòu)，四把切削攪拌刀盤對稱地安裝在前殼體的隔倉板上，伸入到泥土倉中。隔倉板把前殼體分為左右兩倉，左倉為伸入到泥土倉中。隔倉板把前殼體分為左右兩倉，左

19、倉為泥土倉，右倉為動(dòng)力倉。螺旋輸送機(jī)按泥土倉，右倉為動(dòng)力倉。螺旋輸送機(jī)按定的傾斜角度安定的傾斜角度安裝在隔倉板上，螺桿是懸臂式，前端伸入到泥土倉中。隔裝在隔倉板上，螺桿是懸臂式，前端伸入到泥土倉中。隔倉板的水平軸線左右和垂直軸線的上部各安裝有一只隔膜倉板的水平軸線左右和垂直軸線的上部各安裝有一只隔膜式土壓力表。在隔倉板的中心開有一人孔，通常用蓋板把式土壓力表。在隔倉板的中心開有一人孔，通常用蓋板把它蓋住。在蓋板的中心安裝有一向右伸展的測量用光靶。它蓋住。在蓋板的中心安裝有一向右伸展的測量用光靶。由于該光靶是從中心引出的，所以即使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生一定偏由于該光靶是從中心引出的，所以即使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生一定偏

20、轉(zhuǎn)以后，只需把光靶作上下移動(dòng)，使光靶的水平線和測量轉(zhuǎn)以后，只需把光靶作上下移動(dòng)，使光靶的水平線和測量儀器的水平線平行就可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，而且不會(huì)因掘儀器的水平線平行就可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，而且不會(huì)因掘進(jìn)機(jī)偏轉(zhuǎn)而會(huì)產(chǎn)生測量誤差。前后殼體之間有呈井字形布進(jìn)機(jī)偏轉(zhuǎn)而會(huì)產(chǎn)生測量誤差。前后殼體之間有呈井字形布置的四組糾偏油缸聯(lián)接。在后殼體插入前殼體的間隙里，置的四組糾偏油缸聯(lián)接。在后殼體插入前殼體的間隙里，有兩道有兩道V字形密封圈，它可保證在糾偏過程中不會(huì)產(chǎn)生滲字形密封圈，它可保證在糾偏過程中不會(huì)產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。漏現(xiàn)象。小刀盤小刀盤螺旋出土機(jī)螺旋出土機(jī)糾偏千斤頂糾偏千斤頂多刀盤式土壓平衡頂管機(jī)多刀盤式土壓

21、平衡頂管機(jī) 相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：（1）二者都屬于暗挖法施工大口徑（）二者都屬于暗挖法施工大口徑（900）地下工）地下工程的主要施工方法；程的主要施工方法；（2）二者都要開挖工作基坑（工作井和接收井）；）二者都要開挖工作基坑（工作井和接收井）；（3）二者工作面的開挖方法，出、進(jìn)洞施工技術(shù)基本相）二者工作面的開挖方法，出、進(jìn)洞施工技術(shù)基本相似；似；（4）二者都要注意接縫防水處理、地表沉降控制、周邊）二者都要注意接縫防水處理、地表沉降控制、周邊環(huán)境保護(hù)等問題，都要進(jìn)行注壓漿。環(huán)境保護(hù)等問題，都要進(jìn)行注壓漿。盾構(gòu)法和頂管法的主要異同點(diǎn)盾構(gòu)法和頂管法的主要異同點(diǎn) 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：（1）盾構(gòu)法的襯砌為管片，且每環(huán)管片要在盾構(gòu)機(jī)的盾尾進(jìn)行拼裝，）盾構(gòu)法的襯砌為管片，且每環(huán)管片要在盾構(gòu)機(jī)的盾尾進(jìn)行拼裝，拼裝好后一般不會(huì)再移動(dòng)；頂管法的襯砌為管節(jié)，且每環(huán)管節(jié)是拼裝好后一般不會(huì)再移動(dòng)；頂管法的襯砌為管節(jié)，且每環(huán)管節(jié)是一次預(yù)制成功的，由頂進(jìn)裝置依次頂進(jìn)，直至第一節(jié)管節(jié)到達(dá)接一次預(yù)制成功的，由頂進(jìn)裝置依次頂進(jìn)，直至第一節(jié)管節(jié)到達(dá)接收井位置。收井位置。