顶管法施工(正文).docx

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浙江大学城市学院工程学院

顶管法在市政工程中的应用

羊涛

2011/5/17

目录

关键词1

前言2

第一章：

顶管法施工的发展3

第二章：

顶管法施工的技术与工艺4

第三章：

顶管法施工对象5

第四章：

顶管法施工的机械6

第五章：

顶管法施工需要注意的事项7

结语8

参考文献9

关键词：

顶管法、市政工程、顶管机械、顶管施工注意事项。

前言

顶管法：

隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。

在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。

当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。

顶管法特别适于修建穿过已成建筑物、交通线下面的涵管或河流、湖泊。

顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。

由于顶管法用到的的管不但是在土中掘进时的空间支护,而且是最后的建筑构件,因此具有双重作用。

而且在施工的时候不用挖槽支撑,所以能使施工的进度加快,造价降低,尤其是在运用加气压等辅助方法后,能够解决穿越各种构筑物和江河等特殊环境下的管道施工,世界上好多国家都在应用。

近期,由于管节和头部分开顶进的盾构式工具管的出现,中继接力技术的形成,使得顶管法施工技术的运用,让顶进距离变得越来越长。

现在我国市政工程施工已经普遍采用了顶管法。

个人认为，如今的施工工艺发展很快，如城市隧道施工，有地铁地下隧道，穿山隧道，这些隧道的施工一般已采用隧道顶管施工。

地铁采用盾构法施工或者明挖法，穿山隧道一般由于其地址条件的限制不采用顶管法施工，而采用掘进法施工。

但是顶管法施工还是在市政工程中占有较大的分量。

不仅仅是钢筋混凝土管道可以采用顶管法施工，塑料管道也已采用顶管法施工，社会效益良好。

第一章顶管法施工的发展

1.发展过程

国外：

顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法；

最早于1896年美国北太平洋铁路铺设工程中应用，已有百年历史；

20世纪60年代在世界各国推广应用；

近20年，日本研究开发土压平衡、水压平衡顶管机等先进顶管机头和工法。

美国1980年，9.5小时顶进49m；

国外首次一次最大顶进距离1200m；

1970年，德国汉堡下水道混凝土顶管，直径为2.6m。

国内：

国内创造钢管顶管世界记录——一次最大顶进距离为1743m，1997年上海黄浦江上游引水工程的长桥支线顶管，钢管直径3.5m；

中国从50年代从北京、上海开始试用。

1986年上海穿越黄浦江输水钢质管道，应用计算机控制，激光导向等先进技术，单向顶进距离1120m，顶进轴线精度：

左右﹤±150mm，上下﹤±50mm。

1981年浙江镇海穿越甬江管道，直径2.6m，单向顶进581m，采用5只中继环，上下左右偏差﹤10mm。

2.发展方向

（1）长大距离顶管

　　普通顶管一般距离≤100m，无中继环，（现在某些专家认为可能提高到300m），长距离顶管﹥100m，长大距离﹥1000m。

（2）大管径顶管

　　过去一般认为顶管最大直径为3m。

　　现在日本、德国等国顶管管径可达4～5m。

（3）微型管顶管

　　过去顶管管径一般≥300mm，目前最小可达75mm。

　　顶管按管径分类：

　　大口径：

≥2000mm

　　中口径：

1200～2000mm

　　小口径：

500～1200mm

　　微口径：

≤500mm

　　（4）曲线顶管

　　S形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。

　　（5）自动控制

自动测量、自动记录、自动纠偏。

第二章顶管法的施工工艺

1.工作坑设置

工作坑的位置是按管线位置、地形、障碍物种类以及管道设计要求设置,排水管道顶进的工作坑通常设在检查井位置,以便顶管工作结束后工作坑砌筑成检查井。

相邻工作坑的间距应按照每次能顶进的长度、土质情况来决定。

首先安置仪器确定出管线的中心线,如果有必要,可在工作坑前后加补两点,这样方便施工中随时校核。

然后按顺序放出工作坑的尺寸。

工作坑应横向垂直于管道的中心线,这样可确保在后续顶进过程中管道中心的走向。

工作坑要有足够的工作面,应该按照每节管长度、管径大小、设备尺寸和顶管的方法来决定。

工作坑的开挖大小用下面的公式计算:

深度h=地面高程-设计底高程+基础及垫层厚度

宽度B=D1+S,其中D1为管外径,S为操作宽度

长度L=L1+L2+L3+L4+L5,其中L1为工作宽度,L2为管节长度,L3为运土工作的长度,L4为千斤顶长度,L5为后背墙厚度。

2．顶管设备安装

（1）导轨:

应用钢质的材料制作,两个导轨应该安装得牢固、顺直、平行、等高。

应采用装配式导轨,根据所测设的轴线高程安装,导轨定位之后必须稳固、正确,保证能在顶进过程中承受各种负载时不位移、不变形、不沉降。

两根轨道一定要相互等高、平行,导轨的中心一定要经过复核,这样能确保顶进轴线的精度,导轨的坡度也要与设计管道坡度对应。

在使用中需经常检查校核导轨,防止出现位移等情况。

（2）千斤顶:

在安装时应固定在支架上,而且要与管道中心垂线对称,这样它的合力的作用点就在管道中心的垂线上了。

（3）油泵:

要和千斤顶相匹配,而且要用备用油泵；在安装完成后进行试运转。

如果顶进过程中油压突然增高时,这时应马上停止顶进,查找原因并且在处理之后才可以继续顶进。

（4）顶铁:

分块拼装式顶铁需要有足够的刚度,而且顶铁的相邻面需要相互垂直。

安装后的顶铁轴线应该和管道轴线对称、平行,导轨和顶铁之间的接触面不能有油污、泥土。

在更换顶铁时,应先用大长度的顶铁,在拼装后需要锁定。

在顶进时工作人员不能在顶铁上方和侧面停留,而且要随时观察顶铁是否出现异常。

在管口和顶铁之间采用缓冲材料衬垫,如果顶力接近管节材料的允许抗压强度,那么管口需要增加环形或U形顶铁。

（5）起重设备:

在正式作业前需要做试吊,查看制动性能与重物捆扎情况,禁止超负荷吊装情况出现。

3.挖土与出土

管前挖土是保障管道上方建筑物安全与顶管质量的关键。

如果用人工挖土,则需慎重把握管子的顶进方向。

挖土的时候工人需要在管内进行操作,防止塌方伤人,并且要注意不能扰动管道地基土层。

挖土一次进尺深相当于顶镐活塞的一个行程,挖完以后应立即顶进,防止坍塌。

管道周围超挖通常限定在:

管道上方小于等于15mm,这样可以减小顶进阻力；管道下方中角135度范围内不能超挖,但是可少挖10mm余留土层,在管子顶进时候切去,这样可确保土基和管道的接触良好；如果在不允许有下沉的地段（如重要建筑物,铁路下等）,管周围不能超挖；如果土层松软,可以把土层余留厚点,这样可防管子下沉。

挖出来的土,要及时清运到管外,当运土车到达工作坑内的出土区后,用垂直运输机械吊到工作平台,运送到工作棚外的堆土区。

4.顶进

顶进程序是:

安装顶铁-开动油泵-项镐活塞伸出一个行程-关油泵-活塞收缩-在空隙处加上顶铁-再开油泵,这样反复下去。

千斤顶在工作坑内的布置方式分并列、单列和环列等。

千斤顶的顶力合力位置必须与顶进抗力的位置在同一个轴线上。

顶进抗力就是土壁与管壁的摩擦阻力或管前端的切土阻力。

按照以往的施工经验,千斤顶在管端面的着力点必须在管子垂直直径的1/4到1/5处。

安装顶铁的时候,应该顺直,绝对不可以出现偏扭现象。

在第一节管节顶到挖土工作面的时候,需要进行一次测量,检查它的高程、坡度和轴线,确定无误时,才可开始挖土。

第一节管顶进质量涉及到整个顶管工程的质量。

第三章：

顶管法施工对象

即顶管法施工，可以对何种材料进行施工。

常见的有：

钢筋砼管：

C50以上，应用最多，用于短距下水道中；

钢管：

列应用第二位，用于自来水、煤气；

HDPE中空缠绕管：

应用在排水，输气。

管径在800mm左右；

第四章：

顶管法施工的机械

1.构成

顶进设备、掘进机（工具管）、中继环、工程管、排土设备等五部分组成。

2.顶进设备

主顶进系统——主油缸：

2～4只，行程1.1m，顶力400-1000-2000t/只;单只千斤顶顶力不能过大：

千斤顶、管段、后座材料。

主油泵：

32-45-50MPa;操纵台、高压油管。

顶铁：

弥补油缸行程不足，厚度﹤油缸行程导轨：

顶管导向中继间——中继油缸、中继油泵或主油泵。

1）掘进机

按挖土方式和平衡土体方式不同分为：

手工挖土掘进机、挤压掘进机、气压平衡掘进机、泥水平衡掘进机、土压平衡掘进机。

工具管——无刀盘的泥水平衡顶管机又称为工具管，是顶管关键设备，安装在管道最前端，外形与管道相似，结构为为三段双铰管。

作用：

破土、定向、纠偏、防止塌方、出泥等功能。

组成：

冲泥仓（前）、操作室（中）、控制室（后）设水平铰链和上下纠偏油缸，调上下方向（即坡度）；设垂直铰链和水平纠偏油缸，调左右方向（水平曲线）。

泥浆环、控制室、左右调节油缸、上下调节油缸、操作室、吸泥管、冲泥仓、栅格、工具管结构

2）中继环

中继环——在中继环成环形布置若干中继油缸，油缸行程200mm。

中继环油缸工作时，后面的管段成了后座，将前面相邻管段推向前方，分段克服侧面摩擦力。

3.排土设备

人工出土——人工挖土时。

螺旋输送机——土压平衡顶管机。

吸泥排泥设备——泥水平衡、泥水加气平衡顶管机。

第五章顶管施工需注意的事项

1.千斤顶的着力点

着力点一般位于管子总高的1/4到1/3的地方。

2.顶进方向控制

管道的方向应用经纬仪校核,管子每顶30cm需用经纬仪校核一次,若管道顶进的方向和设计轴线方向不对应,应该用工作管内的调节千斤顶进行校正。

管道的水平方向用水准仪进行测量纠偏,同样是管子每顶进30cm,用水准仪测量管子两端的高程,若有偏差需进行纠偏直到达到施工要求。

3.纠偏的方法:

（1）挖土校正法:

就是在管子偏向一侧少挖土,但在另一侧多超挖些,使得管节在顶进时向另一侧偏移。

这种适用于偏差在10到20mm时。

（2）木杠支撑法:

若管端下陷或管节发生错口,那么采取木杠支撑法进行校正。

4.地下水位

地下水位距离管底不能小于0.5m,不然需要根据现场情况及实地勘测,应做好打井降水工作,这对保证工程质量和安全起着非常重要的作用,井点必须布置在中轴线的两端,凿井深度应做准确的计算。

5.其他情况

如果遇到挖土工作面塌方或遇到障碍物、后背变形或倾斜、管位偏差超限、顶力突然增大时应停止工作,处理后再施顶。

结语

每一样施工技术的前进，离不开科学技术的发展。

顶管法施工也毫不例外，从上世纪机械设备的发展、监控设备的研制，顶管法施工在施工长度、施工速度、施工精度上都有跨越式的发展。

相信在科学技术日益发展的现代，顶管法施工可以走得更远。

参考文献

[1]林世玉.论顶管法施工在市政工程中的应用[J].科技资讯,2010,（10）

[2]倪员建.关于加强市政工程质量管理的探讨[J].中国科技信息,2005,（09）

[3]王飞.浅谈顶管法的应用与技术措施[J].科技信息（科学教研）,2008,（22）