頂管工程介紹

1、頂管工程頂管工程頂管施工技術(shù)講座頂管施工技術(shù)講座n頂管工程技術(shù)的發(fā)展歷史n頂管施工技術(shù)n工作井施工技術(shù)n頂管管材設(shè)計n頂管工程施工機械設(shè)備介紹n頂管工地圖片n對本工程的建議n結(jié)語主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容前言 頂管技術(shù)的發(fā)展歷史頂管技術(shù)的發(fā)展歷史n頂管施工技術(shù)(Pipe jacking)被認為最早應(yīng)用于羅馬時代，在二戰(zhàn)中興起于美國、二戰(zhàn)后在歐洲的英國、德國和日本迅速發(fā)展。n在2O世紀的6O和7O年代，頂管施工技術(shù)在美國、歐洲、日本得到了較大的改進，奠定了現(xiàn)代頂管施工技術(shù)的基礎(chǔ)。 n頂管技術(shù)在中國的發(fā)展始于1956的上海。1984年前后，我國的北京、上海、南京等地先后開始引進國外先進的機械式頂管設(shè)備

2、，使我國的頂管技術(shù)上了一個新臺階。 隨后進入快速發(fā)展階段。n頂管施工技術(shù)發(fā)展的主要原因是市場的推動。1 頂管法頂管法n頂管法是修建地下管道和涵洞的重要方法。 n1 概述概述:頂管施工技術(shù)是一種非開挖地下管道施工方法，這種施工方法能很方便的穿越公路、鐵路、房屋、河流等鋪設(shè)地下管道，并且污染小，對交通影響小，開挖土方少，機械化程度高，被認為是一種現(xiàn)代化的管道鋪設(shè)方法，越來越多的地下管道工程采用這一施工方法。 n1.1 頂管法簡介頂管法簡介n采用液壓千斤頂或具有頂進、牽引功能的設(shè)備，以頂管工作井作承壓壁，將管子按設(shè)計高程、方位、坡度逐根頂入土層直至達到目的地.頂管法施工示意圖頂管法施工示意圖目前廣泛

3、采用的三種頂進工法目前廣泛采用的三種頂進工法n人工開放式頂進工法人工開放式頂進工法 手掘式 擠壓式n泥水平衡封閉式頂進工法泥水平衡封閉式頂進工法 網(wǎng)格水沖式 刀盤掘進式 巖盤破碎式 n土壓平衡封閉式頂進工法土壓平衡封閉式頂進工法 大刀盤式 多刀盤式頂管法施工主要用于頂管法施工主要用于 n特殊施工環(huán)境條件下的管道工程中特殊施工環(huán)境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。n埋深較深(深度大于4米以上),開槽明埋施工造價較高的工程等

4、。發(fā)展趨勢發(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(shù)，自動測斜糾偏技術(shù)、泥水平衡技術(shù)、土壓平衡技術(shù)、氣壓保護技術(shù)和曲線頂管技術(shù) 。1.2 頂管法的關(guān)鍵技術(shù)頂管法的關(guān)鍵技術(shù)n1）方向控制：與設(shè)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 ，長距離頂進一般采用中繼環(huán)接力；n3）工具管開挖面正面土體的穩(wěn)定性；n4）承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體的穩(wěn)定性；1.3 頂管工程地質(zhì)勘察頂管工程地質(zhì)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(zhì)n地下水位、壓力n地下水和土的腐蝕性n土層凍結(jié)深度n地下管線n地下洞室n臨近建筑物基礎(chǔ)n地面動載

5、2 頂管工程設(shè)計頂管工程設(shè)計n工作井設(shè)置,頂管頂力估算以及承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體的穩(wěn)定問題,工作坑和接收坑設(shè)計,管材設(shè)計。n2.1 頂管工作井設(shè)置頂管工作井設(shè)置n1）供頂管機頭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3)工作井的布設(shè)應(yīng)遵循的條件工作井的布設(shè)應(yīng)遵循的條件 n工作坑是頂管施工的頂進工作場所。其位置可根據(jù)以下條件確定:n根據(jù)管線設(shè)計，工作坑可選在檢查井處；n單向頂進時，應(yīng)選在管道下游端，以利排水；n考慮地形和土質(zhì)情況,有無可利用的原土后背；n工作坑與可能穿越的建筑物要有一定安全距離；n工作坑與其周圍建（構(gòu)）筑

6、物要有一定安全距離；n距水、電源較近的地方等。頂進工作井頂進工作井 n實質(zhì)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、SWM工法井和鋼板樁。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。 一井多用一井多用 n工作井在施工結(jié)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(yīng)采取必要的技術(shù)措施加以保護。頂管工作井的深度 n（1）頂進工作井3211hhhHnh1地表至導(dǎo)軌頂?shù)母叨龋╩）；

7、nh2導(dǎo)軌高度（m）；nh3基礎(chǔ)厚度（包括墊層）（m）。（2）接收工作井）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(chǔ)厚度（包括墊層）（m）nh4支承墊厚度（m）；防水構(gòu)造防水構(gòu)造n工作井的洞口應(yīng)進行防水處理，設(shè)置擋水圈和封門板，進出井的一段距離內(nèi)應(yīng)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(yīng)滿足防汛要求，坑內(nèi)應(yīng)設(shè)置集水井，在暴雨季節(jié)施工時應(yīng)防止地下水流入工作井，事先在工作井周圍設(shè)置擋水圍堰。2.2 頂管頂力估算的經(jīng)驗公式頂管頂力估算的經(jīng)驗公式 nRf = K f（2 PV + 2PH + PB

8、）+ PA n其中： Rf 頂力（噸）， K安全系數(shù)， f管壁與土間的摩擦系數(shù)PH 管側(cè)的側(cè)土壓力（噸）PV 管頂上的垂直土壓力（噸），PB全部頂進的管段重量（噸），PA 管端部的貫入阻力（噸） 頂力計算的理論公式 n PV = KPHD外外Ln PH =（H+ D外外/2 ）D外外Ltan2（45/2）n PB = GLn PA = RAAn其中(根據(jù)設(shè)計圖紙及本工程有關(guān)地質(zhì)資料查得) ：KP垂直土壓力系數(shù), 土的容重(噸/米3), nH 管頂覆土深度(米), D外外 管道外徑（米）， nL 管道頂進最大長度（米）， 土的內(nèi)摩擦角，nG 管道單位長度重量（噸/米2），nRA 土貫入阻力（噸/

9、米2），A 管端面積（米2）2.3后背結(jié)構(gòu)及抗力計算后背結(jié)構(gòu)及抗力計算后背結(jié)構(gòu)設(shè)計后背結(jié)構(gòu)設(shè)計n本工程采用厚鋼板后背（如上圖），這種后背設(shè)置簡單，安裝時應(yīng)滿足下列要求:nA.使千斤頂?shù)闹χ行母叨炔恍∮诤蟊掣叨鹊?/3；nB.后背墊鐵可用70mm 鋼板。nC.后背井壁后松散砂層灌注水泥砂漿增加土的抗剪強度。后背的抗力計算后背的抗力計算 n管子在頂進過程中受到的全部阻力，都通過千斤頂傳遞給后背墻。所以后背墻必須有足夠的穩(wěn)定性。 n為了保證頂進質(zhì)量和施工安全，應(yīng)進行后背的強度和剛度計算。根據(jù)頂進需要的總頂力，運用朗肯土壓力公式核算后背受力及擋樁的長度，使土體所受的力小于土壤的允許承載力。n后背墻穩(wěn)

10、定性驗算：r*(+/2)*n式中: 后背墻承載能力（）；n后背墻的寬度（）；n后背墻的高度（）；n后背墻至地面高度（）；n土的容量（/）；nr被動土壓力系數(shù)。n后背墻的土坑系數(shù)。n在設(shè)計后背墻時RT，安全系數(shù)應(yīng)在1.2 倍以上。當RT 時，需做后背墻加固措施，如壩河地下土質(zhì)較差，工作井底均為砂土，可采用現(xiàn)場澆灌混凝土擋土墻的措施，還可以采用加大后背墻承壓面積、設(shè)置挖孔樁等措施。2.4 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)2222pFAHcHhH2221tg (45)2tg(45)

11、tg (45)2222aFAHcHhH1121HApFaWF 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)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(zhì)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掌握后背結(jié)構(gòu)及抗力計算 n掌握沉井支護工作井承壓壁后土體的穩(wěn)定驗算。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

12、土式和多刀盤土壓平衡式等。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(shè)置密封艙 泥水平衡式頂管工具管泥水平衡式頂管工具管DN2500泥水平衡掘進機頭泥水平衡掘進機頭 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(shè)備主頂設(shè)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(gòu)基本相似。 4 中繼環(huán) 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

13、節(jié)容許的極限壓力和工作井承壓壁后靠土體極限反推力三者中之一，采用中繼接力頂進技術(shù)。n采用中繼接力技術(shù)時，將管道分成數(shù)段，在段與段之間設(shè)置中繼環(huán)。 中繼環(huán)示意圖 采用中繼接力技術(shù)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。 4.2 中繼環(huán)構(gòu)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。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。5 管道及其接口n頂管所用管道按其材質(zhì)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(yù)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 ；工程實例介紹n外包鋼板復(fù)合式鋼筋混凝土管和鋼筋混凝土管道