地下空間頂管

頂管法施工示意圖第1頁/共38頁主要用于特殊地質(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水庫壩體涵管重建工程等。第2頁/共38頁發(fā)展趨勢中繼環(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)。第3頁/共38頁7.1.2頂管法的關(guān)鍵技術(shù)1）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；2）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；

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/共38頁7.1.3頂管法的工程地質(zhì)勘察勘察要點：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地面動載第5頁/共38頁7.2頂管工程設(shè)計工作井設(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）供頂管機頭安裝用的頂進工作井（稱頂進井）；2）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）單向頂進第6頁/共38頁工作井實質(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和鋼板樁。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。沉井作為工作井時，一般采用雙向頂進；采用鋼板樁支護工作井時，一般采用單向頂進。第7頁/共38頁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。第8頁/共38頁頂管工作井的深度（1）頂進工作井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/共38頁（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/共38頁防水構(gòu)造工作井的洞口應(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。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/共38頁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/共38頁7.2.3頂管承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗算1）沉井支護工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗算第13頁/共38頁各分量計算第14頁/共38頁計算示例第15頁/共38頁無絕對把握的前提下，F(xiàn)1及F2均不予考慮。若不考慮F1及F2，一般采用下式進行沉井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定性驗算：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/共38頁本講要點了解頂管法的工作原理；理解頂管阻力的計算方法；掌握沉井支護工作井承壓壁后土體的穩(wěn)定驗算。第17頁/共38頁2）鋼板樁支護工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗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/共38頁兩段支護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/共38頁單雙段支護下的頂管工作井當(dāng)A點在后靠土體被動土壓力線上或在其左側(cè)時，則后靠土體是穩(wěn)定的，

第20頁/共38頁雙段支護下的頂管工作井第21頁/共38頁留有孔口時則平均壓力應(yīng)修改為：第22頁/共38頁S<1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。即增加承壓面積。第23頁/共38頁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/共38頁手掘式頂管工具管：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/共38頁泥水平衡式頂管工具管設(shè)置密封艙第26頁/共38頁泥水平衡式頂管工具管第27頁/共38頁三段兩鉸型水力挖土式

頂管工具管第28頁/共38頁多刀盤土壓平衡式頂管工具第29頁/共38頁大刀盤土壓平衡頂管機

第30頁/共38頁主頂設(shè)備

第31頁/共38頁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/共38頁7.4中繼環(huán)7.4.1中繼接力原理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限反推力三者中之一，采用中繼接力頂進技術(shù)。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)。第33頁/共38頁

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。第34頁/共38頁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/共38頁7.4.3中繼環(huán)自動控制從工具管向工作井依次按1#、2#……編號。工作時，首次啟動1#，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。第36頁/共38頁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；