頂管施工法_secret

1、一、頂管施工概論頂管施工法是繼盾構(gòu)法之后而發(fā)展起來(lái)的一種地下管道施工方法，也是使用得最早的一種非開(kāi)挖施工方法，起源于美國(guó)。最初，頂管施工法主要用于跨越孔施工時(shí)頂進(jìn)鋼套管，隨著技術(shù)的改進(jìn)，頂管法也用于無(wú)套管情況下頂進(jìn)永久性的公用管道，主要是重力管道。按工作面的開(kāi)挖方式可將頂管法分為普通頂管(人工開(kāi)挖)、機(jī)械頂管(機(jī)械開(kāi)挖)、水射頂管(水射流沖蝕)、擠壓頂管(擠壓土柱)等。采用何種方法要根據(jù)管徑、土層條件、管線長(zhǎng)度以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定。在頂管施工中，最為流行的三種工作面平衡理論是：氣壓、土水和泥水平衡理論。 頂管施工與開(kāi)挖施工法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 開(kāi)挖部分僅僅只有工作坑和接收坑，而且安全、對(duì)交

2、通影響小； 在管道頂進(jìn)過(guò)程中，只挖去管道斷面部分的土，挖土量少； 作業(yè)人員少，工期短； 建設(shè)公害少、文明施工程度高； 在覆土深度大的情況下，施工成本低。 但是，它與開(kāi)挖施工法相比較，頂管施工也存在以下不足之處： 曲率半徑小而且多種曲線組合在一起時(shí)，施工就非常困難； 在軟土層中容易發(fā)生偏差，而且糾正這種偏差又比較困難，管道容易產(chǎn)生不均勻下沉； 推進(jìn)過(guò)程中如果遇到障礙物時(shí)處理這些障礙物則非常困難； 在覆土淺的條件下顯得不很經(jīng)濟(jì)。 頂管施工法的適用條件為： 管徑一般在2003500mm； 管材一般混凝土管、鋼管、陶土管、玻璃鋼管； 管線長(zhǎng)度一般為50300m，最長(zhǎng)大可達(dá)1500m； 各種地層，包括含

3、水層。二、泥水平衡頂管 在頂管施工分類(lèi)中，通常把用水力切削泥土以及雖然采用機(jī)械切削泥土而采用水力輸送棄土，同時(shí)有的利用泥水壓力來(lái)平衡地下水壓力和土壓力的這一類(lèi)頂管形式都稱(chēng)為泥水平衡頂管施工。 在泥水平衡頂管施工中，要使挖掘面上保持穩(wěn)定，就必須在泥水倉(cāng)中充滿(mǎn)一定壓力的泥水，泥水在挖掘面上可以形成一層不透水的泥膜，以阻止泥水向挖掘面里面滲透。同時(shí)，該泥水本身又有一定的壓力，因此它就可以用來(lái)平衡地下水壓力和土壓力。這就是泥水平衡頂管最基本的原理。 如果從輸土泥漿的濃度來(lái)區(qū)分，又可把泥水平衡頂管分為普通泥水頂管、濃泥水頂管和泥漿式頂管三種。完整的泥水平衡頂管系統(tǒng)分為八大部分，如圖3-3所示。第一部分是

4、泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)。它有各種形式，因而是區(qū)分各種泥水平衡頂管施工的主要依據(jù)。第二部分為進(jìn)排泥系統(tǒng)。普通泥水頂管施工的進(jìn)排泥系統(tǒng)大體相同。第三部分是泥水處理系統(tǒng)。不同成分的泥水有不同的處理方式：含砂成分多的可以用自然沉淀法；含有黏土成分多的泥水處理是件比較困難的事。第四部分是主頂系統(tǒng)，它包括主頂油泵、油缸、頂鐵等。第五部分是測(cè)量系統(tǒng)。第六部分是起吊系統(tǒng)。第七部分是供電系統(tǒng)。第八部分是洞口止水圈、基坑導(dǎo)軌等附屬系統(tǒng)。 泥水平衡頂管施工的主要優(yōu)點(diǎn)是：適用的土質(zhì)范圍較廣，如在地下水壓力很高以及變化范圍較大的條件下，也能適用。可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定，對(duì)所頂管子周?chē)耐馏w擾動(dòng)比較小。因此，采用泥水平衡頂

5、管施工引起的地面沉降也比較小。 所需的總頂進(jìn)力較小，尤其是在黏土層，適宜于長(zhǎng)距離頂管。 作業(yè)環(huán)境比較好，也比較安全。由于它采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運(yùn)土方等容易發(fā)生危險(xiǎn)的作業(yè)。由于是在大氣常壓下作業(yè)，也不存在采用氣壓頂管帶來(lái)的各種問(wèn)題及危及作業(yè)人員健康等問(wèn)題。由于泥水輸送棄土的作業(yè)是連續(xù)不斷地進(jìn)行的，所以它作業(yè)時(shí)的進(jìn)度比較快。1-掘進(jìn)機(jī)；2-進(jìn)排泥管路；3-泥水處理裝置；4-主頂油泵；5-激光經(jīng)緯儀；6-行車(chē)；7-配電間；8-洞口止水圈但是，泥水平衡頂管也有它的缺點(diǎn)，主要是：棄土的運(yùn)輸和存放都比較困難。如果采用泥漿式運(yùn)輸，則運(yùn)輸成本高，且用水量也會(huì)增加。如果采用二次處理方法來(lái)把泥水分

6、離，或讓其自然沉淀、晾曬等，則處理起來(lái)不僅麻煩，而且處理周期也比較長(zhǎng)。所需的作業(yè)場(chǎng)地大，設(shè)備成本高?？趶皆酱?，它的泥水處理量也就越多。因此，在鬧市區(qū)進(jìn)行大口徑的泥水頂管施工是件非常困難的事。而且，泥水一旦流入下水道以后極易造成下水道堵塞。因此，在小口徑頂管中采用泥水式是比較理想的。如果采用泥水處理設(shè)備則往往噪聲很大，對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染。由于設(shè)備比較復(fù)雜，一旦有哪個(gè)部分出現(xiàn)了故障，就得全面停止施工作業(yè)。因而相互聯(lián)系、相互制約的程度比較高。如果遇到覆土層過(guò)薄或者遇上滲透系數(shù)特別大的砂礫、卵石層，作業(yè)就會(huì)因此受阻。因?yàn)樵谶@樣的土層中，泥水要么溢到地面上，要么很快滲透到地下水中去，致使泥水壓力無(wú)法建立起

7、來(lái)。前面已強(qiáng)調(diào)過(guò)，泥水的密度必須大于103，即必須是含有一定黏土成分的泥漿。但是，在泥水平衡頂管施工過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)各種不同的土質(zhì)條件，來(lái)控制不同的泥水。詳細(xì)情況可參見(jiàn)表3-4。不同土質(zhì)條件下的泥水密度 表3-4土質(zhì)名稱(chēng)滲透系數(shù)，cm/s顆粒含量，密度黏土及粉土110-9110-75151.0251.075粉砂及細(xì)砂110-7110-515251.0751.125砂110-5110-325351.1251.175粗砂及砂礫110-3110-135451.1751.225礫石110-1以上45以上1.225以上在黏土層中，由于其滲透系數(shù)極小，無(wú)論采用的是泥水還是清水，在較短的時(shí)間內(nèi)，都不會(huì)產(chǎn)生不良

8、狀況，這時(shí)在頂進(jìn)中應(yīng)以土壓力作為考慮基礎(chǔ)。在較硬的黏土層中，土層相當(dāng)穩(wěn)定，這時(shí)即使采用清水而不用泥水，也不會(huì)造成挖掘面失穩(wěn)現(xiàn)象。然而，在較軟的黏土層中，泥水壓力大于其主動(dòng)土壓力，從理論上講是可以防止挖掘面失穩(wěn)的。但實(shí)際上，即使在靜止土壓力的范圍內(nèi)，頂進(jìn)停止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，也會(huì)使挖掘面失穩(wěn)，從而導(dǎo)致地面下陷。這時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高泥水壓力。在滲透系數(shù)較小，如K110-3cm/s的砂土中，泥漿密度應(yīng)適當(dāng)增加。這樣，在挖掘面上使泥膜在較短的時(shí)間內(nèi)就能形成，從而泥水壓力就能有效地控制住挖掘面的失穩(wěn)狀態(tài)。在滲透系數(shù)適中，如110-3 cm/sK鉆頭鉆進(jìn)速度，鉆頭后退，入口開(kāi)大；(c)頂進(jìn)速度鉆頭鉆進(jìn)遺度，鉆頭前進(jìn)

9、，入口縮小，甚至關(guān)閉地下水的壓力可由排土的泥漿壓力來(lái)平衡。如果有地下水時(shí)，泥漿室內(nèi)的漿液壓力一般高于地下水壓力的1020。2.施工機(jī)具泥水式小口徑頂管為主要的施工機(jī)具，它也是由切削鉆進(jìn)系統(tǒng)、排土系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成，其中切削鉆進(jìn)系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)和操作系統(tǒng)與螺旋式小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)相似，這里不再作介紹。排土系統(tǒng)包括泥漿室、供漿管和排漿管、泥漿泵、沉淀池或泥漿分離裝置。根據(jù)土層條件和地下水情況，可選用清水、膨潤(rùn)土泥漿或聚合物泥漿作為輸送介質(zhì)。雙步施工法施工中專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的臨時(shí)管(圖3-25)內(nèi)裝有排漿管、給漿管以及其他服務(wù)管線，可簡(jiǎn)化施工時(shí)各種管線的連接。泥水式小口徑頂管施工法的設(shè)備配置見(jiàn)圖3-

10、9，圖3-26為典型的泥水式小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖3-25 為雙步施工法專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的臨時(shí)管圖3-26 典型的泥水式小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)l-切削頭；2-切削齒；3-破碎工作室；4-破碎機(jī)構(gòu)；5-主軸承；6-主驅(qū)動(dòng)裝置；7-密封圈；8-導(dǎo)向千斤頂；9-排漿管；lo-給漿管；u-目標(biāo)靶；12-激光束；13-旁通接頭i14-閥柜3應(yīng)用范圍標(biāo)準(zhǔn)的泥水式小口徑頂管施工法可用于直徑為250900mm的各種管道鋪設(shè)，最大頂進(jìn)長(zhǎng)度可達(dá)300m；適用于N550的各種地層，包括含飽和水的地層(最大水壓頭達(dá)25m)；施工精度同樣可控制在上下(垂直方向)偏差25mm以?xún)?nèi)，左右(水平方向)偏差在50mm以?xún)?nèi)。泥水式小口徑頂

11、管施工法的主要缺點(diǎn)是：(1)受排漿管的限制，可處理的最大粒度為3050mm；(2)每種管徑要求使用與其相適應(yīng)的設(shè)備。為了處理粒度大于3050mm的大塊卵礫石，可采用如下的措施：(1)采用特殊的切削具；(2)在小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)內(nèi)增加-個(gè)二次破碎機(jī)構(gòu)。常用的方法是采用具有滾刀型切削具的小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)。這種小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)可以破碎土層中的大塊卵礫石和混凝土結(jié)構(gòu)，但是在黏性土層容易造成堵塞現(xiàn)象，降低施工速度。小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)內(nèi)增加一個(gè)二次破碎機(jī)構(gòu)后，大塊卵礫石經(jīng)二次破碎后再排出，因而可大大減少堵塞現(xiàn)象。在圖327中，一個(gè)回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)構(gòu)固定在泥漿室內(nèi)，并與驅(qū)動(dòng)軸相連，切削刀頭切削下來(lái)的土經(jīng)過(guò)刀盤(pán)上的入口和擋板上的可調(diào)式閘門(mén)進(jìn)入泥漿室，在此經(jīng)回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)構(gòu)二次破碎后可使其最大粒度降到50 mm以下。這種破碎機(jī)構(gòu)可處理的最大粒度可達(dá)頂管掘進(jìn)機(jī)直徑的20%。圖3-27 帶回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)構(gòu)的小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)(a)鉆頭切削鉆進(jìn)；(L)切削下來(lái)的土進(jìn)入帶破碎機(jī)構(gòu)的泥漿室；(c)破碎土中的大塊礫石；(d)土及破碎后的礫石隨泥漿排出另一種處理大塊卵礫石的小口徑頂管掘進(jìn)機(jī)采用偏心的破碎機(jī)構(gòu)。它主要由帶切削輪的內(nèi)錐體和帶內(nèi)倒錐的殼體組成，前者的軸線相