市政給排水管道頂管施工技術(shù)

1.早期的頂管施工技術(shù)

根據(jù)中東地區(qū)出土的文物證實(shí)，古羅馬時(shí)代已開始了最早應(yīng)用頂管施工技術(shù)的萌芽。當(dāng)時(shí)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(jìn)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(jìn)行的地下頂管施工雛形。頂管施工技術(shù)的發(fā)展歷史

據(jù)可查文字記錄，美國(guó)北太平洋鐵路公司在1896～1900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(xiàn)的是美國(guó)的AugustusGrinffin工程師，他于1906～1918年期間在從事灌溉研究工作時(shí)，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(xiàng)技術(shù)確定為鐵路下頂進(jìn)鑄鐵管道的標(biāo)準(zhǔn)方法。2.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(wèn)世以后的盾構(gòu)機(jī)械應(yīng)用時(shí)開始的。盾構(gòu)機(jī)械及配套施工技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)頂管施工技術(shù)不斷成熟和迅速發(fā)展。20世紀(jì)20年代初期，波紋鋼管取代鑄鐵管投入頂管施工。20世紀(jì)20年代后期，混凝土管道開始用于頂管施工工程。

20世紀(jì)30年代，美國(guó)被太平洋鐵路公司對(duì)頂管使用的混凝土管道進(jìn)行規(guī)范化。但直到20世紀(jì)60年代之前，美國(guó)的頂管施工方法發(fā)展速度一直相對(duì)較慢。

然而與此同時(shí)，歐洲（主要是英國(guó)、德國(guó)）和日本，頂管技術(shù)得到了較快的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)60～70年代，頂管施工技術(shù)從主頂設(shè)備到配套技術(shù)都進(jìn)行了較大改進(jìn)，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(jìn)步表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）研制成功帶有一組各自獨(dú)立的千斤頂并能控制頂進(jìn)方向的掘進(jìn)機(jī)，可方便不同地層條件下的頂進(jìn)施工。（2）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。（3）研制成功中繼間構(gòu)造以供長(zhǎng)距離頂管使用，并完善其中繼接力技術(shù)。3.頂管技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展進(jìn)程最早的頂管始于1953年的北京，當(dāng)時(shí)在京包鐵路的路基下進(jìn)行的鋼筋混凝土管道的頂管穿越私活工。1956年，上海首次在黃浦江堤下進(jìn)行鋼管頂管施工，也很成功。最初都是采用手掘式頂管。1964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(jī)械式頂管的各種試驗(yàn)。1967年前后，上海市政工程研究所和上海市政工程公司共同研制成功了小口徑遙控土壓式頂管掘進(jìn)機(jī)。1978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(jī)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(jìn)了國(guó)外的機(jī)械式頂管設(shè)備。同時(shí)也引進(jìn)了一些頂管技術(shù)理論及施工管理經(jīng)驗(yàn)，使我國(guó)的頂管技術(shù)開始躍上一個(gè)新臺(tái)階。諸如土壓平衡理論、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

近20年來(lái)，我國(guó)的頂管技術(shù)水平有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并在大直徑、長(zhǎng)距離頂管技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。上海黃浦江上游引水工程(1987)DN3500,單向頂進(jìn)1743m上海青草沙水源地嚴(yán)橋支線(2007)

兩根DN3600,平行同時(shí)頂進(jìn)頂管施工技術(shù)的發(fā)展歷史頂管施工工法工藝選擇及實(shí)施頂管工程中應(yīng)注意的問(wèn)題頂管施工工法工藝藝選擇及實(shí)施開放式頂管開放式頂管：當(dāng)工工作面土層的物理理力學(xué)性質(zhì)良好且且土層處于穩(wěn)定狀狀態(tài)時(shí)，操作時(shí)不不會(huì)出現(xiàn)塌方現(xiàn)象象，能直接挖土，，且工作面開敞。。1.機(jī)械式頂管機(jī)適用于巖層，硬土土層和整體穩(wěn)定性性較好的土層，工工作效率比較高2.擠壓式頂管機(jī)適用于淤泥質(zhì)土，，流塑性土質(zhì)，而而且要求覆土深度度比較深3.人工挖掘頂管機(jī)適用于地基強(qiáng)度度較高的土層，，也有在軟土中中應(yīng)用的，前提提采用注漿改善善土質(zhì)，或在工工具管前加網(wǎng)格格，以穩(wěn)定挖掘掘面，最大特點(diǎn)點(diǎn)是適應(yīng)地下障障礙物較多且較較大的條件，可可排除障礙的可可能性最大最好好泥水平衡式基本原理:優(yōu)點(diǎn):適用于各種不同同的土質(zhì)情況,擾動(dòng)較小,地層損失小,產(chǎn)生的地表面變變形小,同時(shí)頂進(jìn)時(shí)總頂頂力較小.缺點(diǎn):棄土的運(yùn)輸和存存放均較困難,如采用泥漿運(yùn)輸輸,用水量較大,成本較高.作業(yè)所需場(chǎng)地大大,設(shè)備復(fù)雜成本較較高,如遇上頂管的超超淺埋土層,或遇上滲透系數(shù)數(shù)特別大的礫砂砂,卵石層,施工作業(yè)往往受受阻.掘進(jìn)機(jī)械1.具有浮動(dòng)切削刀刀盤的泥水平衡衡頂管掘進(jìn)機(jī)當(dāng)?shù)侗P前土壓力力過(guò)小時(shí),他就前伸,當(dāng)?shù)侗P前土壓力力過(guò)大時(shí),就往后退,前伸時(shí),應(yīng)加快推進(jìn)速度度,后退時(shí)應(yīng)減慢推推進(jìn)速度,這樣就可以使刀刀盤前的土壓力力控制在設(shè)定范范圍內(nèi).用機(jī)械來(lái)平衡土土壓力2.具有破碎功能的的泥水平衡頂管管進(jìn)機(jī)適用口徑從600到2400,口徑越小,能破碎的礫石的的粒徑也越小,通長(zhǎng)600的能破碎粒徑為為100mm的礫石,2400的能破碎500mm的礫石.有的機(jī)頭破碎粒粒徑可達(dá)頂管口口徑的40%~50%3.氣壓式泥水平衡衡頂管掘進(jìn)機(jī)適用于大直徑頂頂管工程通過(guò)調(diào)節(jié)供給的的壓縮空氣的壓壓力大小,實(shí)施調(diào)節(jié)泥水艙艙內(nèi)壓力的的高低.可精確到0.1KPa.特點(diǎn):平衡比較徹底,施工后地面沉降降極小.4.濃泥水平衡頂管管掘進(jìn)機(jī)比普通泥水式掘掘進(jìn)機(jī)適用的泥泥水相對(duì)密度要要高很多,接近泥漿,為使?jié)饽嗨牧髁鲃?dòng)性更好,需在濃泥水中加加入許多添加劑劑(仍歸屬在泥水式式頂管范疇,濃泥水的相對(duì)密密度接近泥漿,其流動(dòng)性比泥漿漿要好得多).特別適用于卵石石層地質(zhì)(滲透性特別大的的卵石層).不需對(duì)卵石進(jìn)行行破碎,可排出卵石的粒粒徑可達(dá)管徑的的1/3.與其他泥水式頂頂管比較,采用濃泥水式頂頂管的推力要低低很多,尤其在沙礫土中中表現(xiàn)更加明顯顯,非常適用于長(zhǎng)距距離頂管和曲線線頂管.工藝原理:根據(jù)土壓平衡的的基本原理,利用頂管機(jī)的刀刀盤切削和支承承機(jī)內(nèi)土壓艙的的正面土體,抵抗開挖面的水水,土壓力以達(dá)到穩(wěn)穩(wěn)定的目的.以頂管機(jī)的頂速速即切削量為常常量,螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速速即排土量為變變量進(jìn)行控制土土壓艙內(nèi)的水,土壓力與切削面面的水,土壓力保持平衡衡土壓平衡式分類:泥土式,泥漿式,混合式泥漿式:指排出含水量相相當(dāng)大的棄土(可能是地下水豐豐富,也可能是人為的的加入添加劑造造成的)優(yōu)點(diǎn):適用的土質(zhì)范圍圍廣,從軟黏土到砂礫礫土都能適用,是一種全土質(zhì)的的頂管掘進(jìn)機(jī),能保持挖掘面穩(wěn)穩(wěn)定,地面變形極小,施工時(shí)的覆土可可很淺,是其他形式的頂頂管機(jī)無(wú)法做到到的(覆土太淺時(shí),手掘式頂管地面面易塌陷,泥水式和氣壓式式頂管則易冒頂頂和跑氣).棄土運(yùn)輸處理方方便,作業(yè)環(huán)境好.缺點(diǎn):在砂礫層和粘粒粒含量少的砂層層中施工時(shí),必須采用添加劑劑改良土體.掘進(jìn)機(jī)多刀盤土壓平衡衡頂管掘進(jìn)機(jī)DK式土壓平衡頂管管掘進(jìn)機(jī)中心螺旋式頂管管掘進(jìn)機(jī)切削密封土壓式式掘進(jìn)機(jī)與泥水平衡式的的最大區(qū)別在于于:氣壓平衡式頂管管機(jī)通過(guò)一個(gè)隔隔板將破碎室分分隔為兩個(gè)區(qū)域域,后面是壓力室,以壓力墻為界,在其上部可以形形成一個(gè)壓氣區(qū)區(qū),平衡壓力就是通通過(guò)這一壓氣區(qū)區(qū)作用于氣水不不平衡的工作面面上.全氣壓式挖掘面上和管道道內(nèi)所有工作人人員都在氣壓條條件下工作,整個(gè)頂管管道內(nèi)內(nèi)都充滿一定壓壓力的壓縮空氣氣.全氣壓頂管的工工具管大多為手手掘式,挖土的多用人工工,工具管構(gòu)造較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單.施工效率很低,僅為普通手掘式式頂管的30%~50%有鋼制的氣壓艙艙也有混凝土管管制的氣壓艙氣壓平衡式局部氣壓式壓縮空氣僅僅作作用在挖掘面上上,相對(duì)于全氣壓施施工而言.操作人員在常壓壓下工作.氣壓施工的特殊殊要求1.對(duì)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(duì)環(huán)境的要求設(shè)備多,占地較大,空壓機(jī)噪音很大大,不宜在居民密集集區(qū)材采用3.對(duì)作業(yè)人員的要要求必須是是進(jìn)過(guò)過(guò)訓(xùn)練練的專專業(yè)人人員,身強(qiáng)力力壯.優(yōu)點(diǎn):平衡壓壓力的的調(diào)節(jié)節(jié)和排排泥系系統(tǒng)的的排量量是截截然分分開的的,互不干干擾,可更準(zhǔn)準(zhǔn)確的的調(diào)節(jié)節(jié)平衡衡壓力力,特別是是非均均勻地地層中中施工工.缺點(diǎn):造成的的地面面沉降降較大大,因?yàn)闅鈿鈮涸谠谑韪筛傻叵孪滤^(guò)過(guò)程中中,會(huì)造成成土體體的壓壓密沉沉降,另外頂頂進(jìn)過(guò)過(guò)程中中又會(huì)會(huì)對(duì)土土體產(chǎn)產(chǎn)生擾擾動(dòng)沉沉降.全氣壓壓式設(shè)設(shè)備復(fù)復(fù)雜,要求可可靠性性高,勞動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度大大,對(duì)作業(yè)業(yè)人員員身體體健康康有特特殊要要求,除了為為排除除機(jī)械械故障障和為為清除除頂進(jìn)進(jìn)中的的障礙礙外很很少采采用全全氣壓壓式頂管施施工技技術(shù)的的發(fā)展展歷史史頂管施施工工工法工工藝選選擇及及實(shí)施施頂管工工程中中應(yīng)注注意的的問(wèn)題題進(jìn)出洞洞技術(shù)術(shù)措施施穿墻止止水構(gòu)構(gòu)造（（如圖圖）主要由由擋環(huán)環(huán)、盤盤根、、軋?zhí)m蘭組成成。軋?zhí)m將將盤根根壓緊緊后起起止水水擋土土作用用。為為避免免地下下水和和掘土土大量量涌入入工作作井，，應(yīng)在在穿墻墻管內(nèi)內(nèi)事先先填埋埋經(jīng)夯夯實(shí)的的黃粘粘土。。（2）洞口口止水水方法法不同構(gòu)構(gòu)造的的工作作井，，洞口口止水水的方方式不不同。。a.鋼板樁樁圍成成的工工作井井中，，應(yīng)在在管道道頂進(jìn)進(jìn)前方方的井井內(nèi)澆澆筑一一道前前止水水墻。。墻體體可由由較高高強(qiáng)度度等級(jí)級(jí)的素素混凝凝土筑筑成。。b.方形鋼鋼筋混混凝土土井，，不必必設(shè)前前止水水墻C.圓形鋼鋼筋混混凝土土井,需澆筑筑一睹睹弓形形的前前止水水墻.將洞口口止水水圈圈安裝裝在平平面上上,而不安安裝在在圓弧弧面上上.d.覆土很很厚或或穿越越江河河的工工作井井中,洞口止止水圈圈需做做成兩兩道,一道是是充氣氣的,一道是是普通通的止止水圈圈.在長(zhǎng)距距離頂頂管或或覆土土較厚厚的頂頂管中中必須須做.(3)進(jìn)出洞洞口措措施門式加加固法法:對(duì)管道道兩側(cè)側(cè)和頂頂部一一定寬寬度和和長(zhǎng)度度范圍圍內(nèi)的的土體體進(jìn)行行加固固,以提高高這部部分土土體強(qiáng)強(qiáng)度,從而使使工具具管或或掘進(jìn)進(jìn)機(jī)在在出洞洞或進(jìn)進(jìn)洞中中不發(fā)發(fā)生坍坍塌現(xiàn)現(xiàn)象.加