地下空間頂管

頂管法施工示意圖第1頁(yè)/共38頁(yè)主要用于特殊地質(zhì)條件下的管道工程中：①穿越江河、湖泊、港灣水體下的供水、輸氣、輸油管道工程；②穿越城市建筑群、繁華街道地下的上下水、煤氣管道工程；③穿越重要公路、鐵路路基下的通訊、電力電纜管道工程；④水庫(kù)壩體涵管重建工程等。第2頁(yè)/共38頁(yè)發(fā)展趨勢(shì)中繼環(huán)接力頂推裝置、觸變泥漿減阻頂進(jìn)技術(shù)，自動(dòng)測(cè)斜糾偏技術(shù)、泥水平衡技術(shù)、土壓平衡技術(shù)、氣壓保護(hù)技術(shù)和曲線頂管技術(shù)。第3頁(yè)/共38頁(yè)7.1.2頂管法的關(guān)鍵技術(shù)1）方向控制：與設(shè)計(jì)軸線一致，對(duì)頂力的影響，保證中繼環(huán)正常工作；2）頂力大小及方向：管尾頂進(jìn)方式，頂進(jìn)距離必然受到限制，一般采用中繼環(huán)接力；

3）工具管開挖面正面土體的穩(wěn)定性；4）承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體的穩(wěn)定性第4頁(yè)/共38頁(yè)7.1.3頂管法的工程地質(zhì)勘察勘察要點(diǎn)：①土層類別、埋深②各土層土體的物理、力學(xué)性質(zhì)③地下水位、壓力④地下水和土的腐蝕性⑤土層凍結(jié)深度⑥地下管線⑦地下洞室⑧臨近建筑物基礎(chǔ)⑨地面動(dòng)載第5頁(yè)/共38頁(yè)7.2頂管工程設(shè)計(jì)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。7.2.1頂管工作井設(shè)置1）供頂管機(jī)頭安裝用的頂進(jìn)工作井（稱頂進(jìn)井）；2）供頂管工具管進(jìn)坑和拆卸用的接收工作井（稱接收井）。（a）雙向頂進(jìn)；（b）單向頂進(jìn)第6頁(yè)/共38頁(yè)工作井實(shí)質(zhì)上是方形或圓形的小基坑，其支護(hù)類型同普通基坑，其平面尺寸較小，支護(hù)經(jīng)常采用鋼筋混凝土沉井和鋼板樁。管徑≥1.8m或頂管埋深≥5.5m時(shí)普遍采用鋼筋混凝土沉井作為頂進(jìn)工作井。沉井作為工作井時(shí)，一般采用雙向頂進(jìn)；采用鋼板樁支護(hù)工作井時(shí)，一般采用單向頂進(jìn)。第7頁(yè)/共38頁(yè)一井多用工作井在施工結(jié)束后，一部分將改為閥門井、檢查井。工作井地面影響范圍一般按井深的1.5倍計(jì)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(hù)。第8頁(yè)/共38頁(yè)頂管工作井的深度（1）頂進(jìn)工作井h1——地表至導(dǎo)軌頂?shù)母叨龋╩）；h2——導(dǎo)軌高度（m）；h3——基礎(chǔ)厚度（包括墊層）（m）。第9頁(yè)/共38頁(yè)（2）接收工作井

H2——地表至基底的高度（m）；h1——地表至支承墊頂?shù)母叨龋╩）；h3——基礎(chǔ)厚度（包括墊層）（m）h4——支承墊厚度（m）；第10頁(yè)/共38頁(yè)防水構(gòu)造工作井的洞口應(yīng)進(jìn)行防水處理，設(shè)置擋水圈和封門板，進(jìn)出井的一段距離內(nèi)應(yīng)進(jìn)行井點(diǎn)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。工作井的頂標(biāo)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(shí)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。第11頁(yè)/共38頁(yè)7.2.2頂管頂力估算克服頂管管壁與土的摩阻力及前刃腳切土?xí)r的阻力：N1——管頂以上的荷載；N2——全部管道自重；E——頂管兩側(cè)的土壓力；R——土對(duì)鋼刃腳正面的單位面積阻力k——系數(shù)，一般采用1.2。第12頁(yè)/共38頁(yè)7.2.3頂管承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算1）沉井支護(hù)工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算第13頁(yè)/共38頁(yè)各分量計(jì)算第14頁(yè)/共38頁(yè)計(jì)算示例第15頁(yè)/共38頁(yè)無絕對(duì)把握的前提下，F(xiàn)1及F2均不予考慮。若不考慮F1及F2，一般采用下式進(jìn)行沉井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算：S為沉井穩(wěn)定系數(shù)，一般取S＝1.0~1.2。土質(zhì)越差，S的取值越大。第16頁(yè)/共38頁(yè)本講要點(diǎn)了解頂管法的工作原理；理解頂管阻力的計(jì)算方法；掌握沉井支護(hù)工作井承壓壁后土體的穩(wěn)定驗(yàn)算。第17頁(yè)/共38頁(yè)2）鋼板樁支護(hù)工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算首先可以假定不存在板樁。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第18頁(yè)/共38頁(yè)兩段支護(hù)情況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；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(gòu)成封閉的傳力系統(tǒng)。否則，需將h3縮短到上段板樁的下沿。第19頁(yè)/共38頁(yè)單雙段支護(hù)下的頂管工作井當(dāng)A點(diǎn)在后靠土體被動(dòng)土壓力線上或在其左側(cè)時(shí)，則后靠土體是穩(wěn)定的，

第20頁(yè)/共38頁(yè)雙段支護(hù)下的頂管工作井第21頁(yè)/共38頁(yè)留有孔口時(shí)則平均壓力應(yīng)修改為：第22頁(yè)/共38頁(yè)S<1用縮小h3的辦法來增大h2，或者增大b，直至S達(dá)到1為止，直至降低P的數(shù)值。即增加承壓面積。第23頁(yè)/共38頁(yè)7.3常用頂管工具管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土壓平衡式等。手掘式頂管工具管為正面全敞開，采用人工挖土，如圖所示。第24頁(yè)/共38頁(yè)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

第25頁(yè)/共38頁(yè)泥水平衡式頂管工具管設(shè)置密封艙第26頁(yè)/共38頁(yè)泥水平衡式頂管工具管第27頁(yè)/共38頁(yè)三段兩鉸型水力挖土式

頂管工具管第28頁(yè)/共38頁(yè)多刀盤土壓平衡式頂管工具第29頁(yè)/共38頁(yè)大刀盤土壓平衡頂管機(jī)

第30頁(yè)/共38頁(yè)主頂設(shè)備

第31頁(yè)/共38頁(yè)地表沉降一般頂管工具引起的地表沉降量可控制在50~100mm，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。頂管工具管的基本原理及施工工藝與盾構(gòu)基本相似。第32頁(yè)/共38頁(yè)7.4中繼環(huán)7.4.1中繼接力原理頂進(jìn)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限反推力三者中之一，采用中繼接力頂進(jìn)技術(shù)。采用中繼接力技術(shù)時(shí)，將管道分成數(shù)段，在段與段之間設(shè)置中繼環(huán)。第33頁(yè)/共38頁(yè)

中繼環(huán)示意圖采用中繼接力技術(shù)以后，管道的頂進(jìn)長(zhǎng)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(jìn)的長(zhǎng)度。第34頁(yè)/共38頁(yè)7.4.2中繼環(huán)構(gòu)造（1）短沖程千斤頂組（沖程為150~300mm，規(guī)格、性能要求一致）；（2）液壓、電器與操縱系統(tǒng)；（3）殼體和千斤頂緊固件、止水密封圈；（4）承壓法蘭片。第35頁(yè)/共38頁(yè)7.4.3中繼環(huán)自動(dòng)控制從工具管向工作井依次按1#、2#……編號(hào)。工作時(shí)，首次啟動(dòng)1#，中繼環(huán)頂推行程達(dá)到允許行程后停止1#中繼環(huán)，啟動(dòng)2#中繼環(huán)工作，直到最后啟動(dòng)工作井千斤頂。第36頁(yè)/共38頁(yè)7.5管道及其接口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。排水管道采用的預(yù)制鋼筋混凝土管道；煤氣管道一般采用鑄鐵管和鋼管；上水管道普遍采用的鋼筋混凝土管及鋼管；