頂管技術(shù)終極版(全)

1、講座內(nèi)容講座內(nèi)容v頂管施工技術(shù)的發(fā)展歷史頂管施工技術(shù)的發(fā)展歷史v頂管施工工法工藝選擇及實施v頂管工程中應(yīng)注意的問題1.早期的頂管施工技術(shù)早期的頂管施工技術(shù)v 根據(jù)中東地區(qū)出土的文物證實，古羅馬時代已開始根據(jù)中東地區(qū)出土的文物證實，古羅馬時代已開始了最早應(yīng)用頂管施工技術(shù)的萌芽。當(dāng)時的古羅馬利用杠桿了最早應(yīng)用頂管施工技術(shù)的萌芽。當(dāng)時的古羅馬利用杠桿原理，將一根木制管道從土層側(cè)面頂進從而開辟出一條供原理，將一根木制管道從土層側(cè)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。的地下頂管施工雛形。頂管施工技術(shù)的

2、發(fā)展歷史頂管施工技術(shù)的發(fā)展歷史 據(jù)可查文字記錄，美國北太平洋鐵路公司在據(jù)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)。年間完成了早期的頂管施工作業(yè)。 早期為頂管技術(shù)的推廣應(yīng)用作出杰出貢獻的是美國的早期為頂管技術(shù)的推廣應(yīng)用作出杰出貢獻的是美國的Augustus Grinffin 工程師，他于工程師，他于19061918年期間在從事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的頂管施工灌溉研究工作時，發(fā)明了在鐵路下面采用鑄鐵管的頂管施工技術(shù)。隨后，許多鐵路公司都將這項技術(shù)確定為鐵路下頂進技術(shù)。隨后，許多鐵路公司都將這項技術(shù)確定為鐵路下頂進鑄鐵管道的標(biāo)準(zhǔn)

3、方法。鑄鐵管道的標(biāo)準(zhǔn)方法。2.走向成熟的頂管施工技術(shù)走向成熟的頂管施工技術(shù) 成熟的頂管施工技術(shù)是在盾構(gòu)法問世以后的盾構(gòu)機成熟的頂管施工技術(shù)是在盾構(gòu)法問世以后的盾構(gòu)機械應(yīng)用時開始的。盾構(gòu)機械及配套施工技術(shù)的迅速發(fā)展，械應(yīng)用時開始的。盾構(gòu)機械及配套施工技術(shù)的迅速發(fā)展，促進頂管施工技術(shù)不斷成熟和迅速發(fā)展。促進頂管施工技術(shù)不斷成熟和迅速發(fā)展。 20世紀(jì)世紀(jì)20年代初期，波紋鋼管取代鑄鐵管投入頂管年代初期，波紋鋼管取代鑄鐵管投入頂管施工。施工。 20世紀(jì)世紀(jì)20年代后期，混凝土管道開始用于頂管施工年代后期，混凝土管道開始用于頂管施工工程。工程。 v 20世紀(jì)世紀(jì)30年代，美國被太平洋鐵路公司對頂管使用的

4、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。但直到混凝土管道進行規(guī)范化。但直到20世紀(jì)世紀(jì)60年代之前，美國的年代之前，美國的頂管施工方法發(fā)展速度一直相對較慢。頂管施工方法發(fā)展速度一直相對較慢。v 然而與此同時，歐洲（主要是英國、德國）和日本，頂然而與此同時，歐洲（主要是英國、德國）和日本，頂管技術(shù)得到了較快的發(fā)展。管技術(shù)得到了較快的發(fā)展。v進入進入20世紀(jì)世紀(jì)6070年代，頂管施工技術(shù)從主頂設(shè)備年代，頂管施工技術(shù)從主頂設(shè)備到配套技術(shù)都進行了較大改進，奠定了現(xiàn)代頂管施工到配套技術(shù)都進行了較大改進，奠定了現(xiàn)代頂管施工技術(shù)的基礎(chǔ)。其中，最主要的技術(shù)進步表現(xiàn)在以下三技術(shù)的基礎(chǔ)。其中，

5、最主要的技術(shù)進步表現(xiàn)在以下三個方面：個方面：v（1）研制成功帶有一組各自獨立的千斤頂并能控）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制頂進方向的掘進機，可方便不同地層條件下的頂進施工。施工。v（2）研制成功專門用于頂管施工的代橡膠密封環(huán)）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。的系列混凝土管，可供不同直接的頂管工程使用。v（3）研制成功中繼間構(gòu)造以供長距離頂管使用，）研制成功中繼間構(gòu)造以供長距離頂管使用，并完善其中繼接力技術(shù)。并完善其中繼接力技術(shù)。v3.頂管技術(shù)在中國的發(fā)展進程頂管技術(shù)在中國的發(fā)展進程v最早的

6、頂管始于最早的頂管始于1953年的北京，當(dāng)時在京包鐵路的路基下年的北京，當(dāng)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。進行的鋼筋混凝土管道的頂管穿越私活工。1956年，上海年，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。采用手掘式頂管。v1964年前后，在建設(shè)部和上海市的支持下，上海一些單位年前后，在建設(shè)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。開展了大口徑機械式頂管的各種試驗。v1967年前后，上海市政工程研究所和上海市政工程公司共年前后，上海市政工程研究所和上海市政工程公司

7、共同研制成功了小口徑遙控土壓式頂管掘進機。同研制成功了小口徑遙控土壓式頂管掘進機。 1978年，上?；A(chǔ)工程公司開發(fā)研制了三段雙鉸型工年，上?；A(chǔ)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(shù)難題。具管，即頂管機頭，解決了百米頂管施工技術(shù)難題。 1984年前后，北京、上海和南京等地先后引進了國外年前后，北京、上海和南京等地先后引進了國外的機械式頂管設(shè)備。同時也引進了一些頂管技術(shù)理論及施的機械式頂管設(shè)備。同時也引進了一些頂管技術(shù)理論及施工管理經(jīng)驗，使我國的頂管技術(shù)開始躍上一個新臺階。諸工管理經(jīng)驗，使我國的頂管技術(shù)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

8、型式及制管新如土壓平衡理論、泥水平衡理論、頂管接口型式及制管新技術(shù)等資料的引入技術(shù)等資料的引入 近近20年來，我國的頂管技術(shù)水平有了長足的發(fā)展，年來，我國的頂管技術(shù)水平有了長足的發(fā)展，并在大直徑、長距離頂管技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。并在大直徑、長距離頂管技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。v上海黃浦江上游引水工程(1987) DN3500,單向頂進1743mv上海青草沙水源地嚴(yán)橋支線(2007) 兩根DN3600,平行同時頂進v頂管施工技術(shù)的發(fā)展歷史v頂管施工工法工藝選擇及實施頂管施工工法工藝選擇及實施v頂管工程中應(yīng)注意的問題頂管施工工法工藝選擇及實施開放式頂管v開放式頂管：當(dāng)工作面土層的物理力學(xué)性質(zhì)良好且土層

9、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。v1.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v2.擠壓式頂管機 適用于淤泥質(zhì)土，流塑性土質(zhì)，而且要求覆土深度比較深v3.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(yīng)用的，前提采用注漿改善土質(zhì)，或在工具管前加網(wǎng)格，以穩(wěn)定挖掘面，最大特點是適應(yīng)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v基本原理:v優(yōu)點: 適用于各種不同的土質(zhì)情況,擾動較小,地層損失小,產(chǎn)生的地表面變形小,同時頂進時總頂力較小.v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.

10、作業(yè)所需場地大,設(shè)備復(fù)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.v掘進機械v1.具有浮動切削刀盤的泥水平衡頂管掘進機 當(dāng)?shù)侗P前土壓力過小時,他就前伸,當(dāng)?shù)侗P前土壓力過大時,就往后退,前伸時,應(yīng)加快推進速度,后退時應(yīng)減慢推進速度,這樣就可以使刀盤前的土壓力控制在設(shè)定范圍內(nèi).用機械來平衡土壓力v2.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%v3.氣壓式泥水平衡頂管掘進機 適用于大

11、直徑頂管工程 通過調(diào)節(jié)供給的壓縮空氣的壓力大小,實施調(diào)節(jié)泥水 艙內(nèi)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.v4.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(zhì)(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.v工藝原理: 根據(jù)土壓平衡

12、的基本原理,利用頂管機的刀盤切削和支承機內(nèi)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(zhuǎn)速即排土量為變量進行控制土壓艙內(nèi)的水,土壓力與切削面的水,土壓力保持平衡土壓平衡式v分類:泥土式,泥漿式,混合式 泥漿式:指排出含水量相當(dāng)大的棄土(可能是地下水豐富,也可能是人為的加入添加劑造成的)v優(yōu)點: 適用的土質(zhì)范圍廣,從軟黏土到砂礫土都能適用,是一種全土質(zhì)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

13、.v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.v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v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),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.v全氣壓式 挖掘面上和管道內(nèi)所有工作人員都在氣壓條件下工作,整個頂管管道內(nèi)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(gòu)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

14、有混凝土管制的氣壓艙氣壓平衡式v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.v氣壓施工的特殊要求1.對土質(zhì)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(shè)備多,占地較大,空壓機噪音很大,不宜在居民密集區(qū)材采用3.對作業(yè)人員的要求 必須是進過訓(xùn)練的專業(yè)人員,身強力壯.v優(yōu)點: 平衡壓力的調(diào)節(jié)和排泥系統(tǒng)的排量是截然分開的,互不干擾,可更準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)平衡壓力,特別是非均勻地層中施工.v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(chǎn)生擾動沉

15、降. 全氣壓式設(shè)備復(fù)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v頂管施工技術(shù)的發(fā)展歷史v頂管施工工法工藝選擇及實施v頂管工程中應(yīng)注意的問題頂管工程中應(yīng)注意的問題進出洞技術(shù)措施v 穿墻止水構(gòu)造（如圖）穿墻止水構(gòu)造（如圖）v主要由擋環(huán)、盤根、軋?zhí)m組成。主要由擋環(huán)、盤根、軋?zhí)m組成。v軋?zhí)m將盤根壓緊后起止水擋土作用。為避免地下水和掘土軋?zhí)m將盤根壓緊后起止水擋土作用。為避免地下水和掘土大量涌入工作井，應(yīng)在穿墻管內(nèi)事先填埋經(jīng)夯實的黃粘土。大量涌入工作井，應(yīng)在穿墻管內(nèi)事先填埋經(jīng)夯實的黃粘土。v（2）洞口止水方法）洞口止水方法v不同構(gòu)造

16、的工作井，洞口止水的方式不同。不同構(gòu)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(yīng)在管道頂進前方的井內(nèi)澆筑一鋼板樁圍成的工作井中，應(yīng)在管道頂進前方的井內(nèi)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。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(shè)前止水墻方形鋼筋混凝土井，不必設(shè)前止水墻 C.圓形鋼筋混凝土井圓形鋼筋混凝土井,需澆筑一睹弓形的前止水墻需澆筑一睹弓形的前止水墻.將洞口止將洞口止 水圈安裝在平面上水圈安裝在平面上,而不安裝在圓弧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覆土很厚或穿越江河的工作井中,洞口止水圈需做成兩道洞口止水圈需做成兩道,一道是充氣的一道是充氣的,一道是普通的止水圈一道是普通的止水圈.在長距離頂管或覆土在長距離頂管或覆土較厚的頂管中必須做較厚的頂管中必須做.(3)進出洞口措施進出洞口措施 門式加固法門式加固法:對管道兩側(cè)和頂部一定寬度和長度范圍內(nèi)對管道兩側(cè)和頂部一定寬度和長度范圍內(nèi)的土體進行加固的土體進行加固,以