頂管法施工完整版本

班級土木092班級土木092學(xué)號0917010177姓名郟帥帥目錄第一章頂管法概論第二章頂管法施工分類第三章頂管機及選項第四章工作井及其布置第五章頂力計算與后背受力計算第六章頂管法施工第七章管節(jié)接縫的防水第一章頂管法概論1、1、頂管法基本概念頂管法施工是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來的一種土層地下工程施工方法，主要用于地下供水管、排水管、煤氣管、電訊電纜管等的施工。它不需開挖面層，且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等，是一種非開挖的敷設(shè)地下管道的施工方法。2、頂管法發(fā)展歷史頂管施工技術(shù)始于1896年美國的北太平洋鐵路鋪設(shè)工程的施工中。1948年日本第一次采用頂管施工方法，在尼崎市的鐵路下頂進了一根內(nèi)徑600mm的鑄鐵管，頂距只在6米。我國較早的頂管施工約在上世紀50年代，初期主要是手掘式頂管，設(shè)備也較簡陋。我國頂管技術(shù)真正較大的發(fā)展是從上世紀80年代中期開始。1988年上海研制成功我國第一臺土壓平衡掘進機。3、施工過程一般是先在工作坑內(nèi)設(shè)置支座和安裝液壓千斤頂，借助主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進機從工作坑內(nèi)穿過土層一直推到接收坑內(nèi)吊起，與此同時，緊隨工具管或掘進機后面，將預(yù)制的管段頂入地層。是邊頂進，邊開挖地層，邊將管段接長的管道埋設(shè)方法。4、技術(shù)發(fā)展隨著時間的推移，頂管技術(shù)得到迅速發(fā)展。主要體現(xiàn)在以下方面：（1）、一次連續(xù)頂進的距離，越來越長（2）、頂管直徑，向大小直徑兩個方向發(fā)展（3）、管材，向鋼筋混凝土管、鋼管、玻璃鋼頂管發(fā)展（4）、挖掘技術(shù)，機械化程度越來越高（5）、頂管線路的曲直度，曲線形狀越來越復(fù)雜，曲率半徑越來越小。5、盾構(gòu)法和頂管法的異同點：相同點：（1）二者都屬于暗挖法施工大口徑（>900㎜）地下工程的主要施工方法。（2）二者都要開挖工作基坑（工作井和接收井），工作基坑的施工方法相同。（3）二者工作面的開挖方法，出、進洞施工技術(shù)基本相似。（4）二者都要注意接縫防水處理、地表沉降控制、周邊環(huán)境保護等問題，都要進行注壓漿。不同點：（1）盾構(gòu)法的襯砌為管片，且每環(huán)管片要在盾構(gòu)機的盾尾進行拼裝，拼裝好后一般不會再移動；頂管法的襯砌為管節(jié)，且每環(huán)管節(jié)是一次預(yù)制成功的，由頂進裝置依次頂進，直至第一節(jié)管節(jié)到達接收井位置。（2）盾構(gòu)法施工的盾構(gòu)千斤頂布置在盾構(gòu)機的支撐環(huán)外沿，而頂管法施工的主頂進裝置布置在工作井內(nèi)，如果頂力不足要加設(shè)中繼間。（3）盾構(gòu)千斤頂活塞的前端必須安裝頂塊，頂塊必須采用球面接頭，在頂塊與管片的接觸面上安裝橡膠或柔性材料的墊板。頂管法的主頂千斤頂?shù)男谐涕L短不能一次將管節(jié)頂?shù)轿粫r，必須在千斤頂縮回后在中間加墊塊或幾塊頂鐵。環(huán)型頂鐵是使主頂千斤頂?shù)耐屏梢暂^均勻地加到所頂管道的周邊；U型頂鐵是為了彌補千斤頂行程不足而用。第二章頂管施工的分類1、按管口徑大小分：分大口徑、中口徑、小口徑和微型頂管四種。大口徑多指Ф2m以上的頂管，人可以在其中直立行走。中口徑頂管的管徑多為1.2～1.8m，人在其中需彎腰行走，大多數(shù)頂管為中口徑頂管。小口徑頂管直徑為500～1000mm，人只能在其中爬行，有時甚至爬行都比較困難。微型頂管的直徑通常在400mm以下，最小的只有75mm。2、按一次頂進的長度分：（頂進長度指頂進工作坑和接收工作坑的距離）分為普通距離頂管和長距離頂管。頂進距離長短的劃分目前尚無明確規(guī)定，過去多指100m左右的頂管。目前，千米以上的頂管已屢見不鮮，可把500m以上的頂管稱為長距離頂管。3、按頂管機的類型分：手掘式人工頂管、擠壓頂管、水射流頂管和機械頂管（泥水式、泥漿式、土壓式、巖石式）。手掘式頂管的推進管前只是一個鋼制的帶刃口的管子（稱為工具管），人在工具管內(nèi)挖土。掘進機頂管的破土方式與盾構(gòu)類似，也有機械式和半機械式之分。4、按管材分：分為鋼筋混凝土頂管、鋼管頂管、以及其他管材的頂管。5、按管子軌跡的曲直分：分為直線頂管和曲線頂管。第三章頂管機及其選型1、手掘式頂管機最早發(fā)展起來的一種頂管施工方式。在特定的土質(zhì)條件下和采用一定的輔助施工措施后便具有施工操作簡便、設(shè)備少、施工成本低、施工進度快等優(yōu)點，至今仍被許多施工單位采用。手掘式頂管機也即是非機械的開放式(或敞口式)頂管機，適用于能自穩(wěn)的土體中。在頂管的前端裝有工具管，施工時，采用手工的方法來破碎工作面的土層，破碎輔助工具主要有鎬、鍬以及沖擊錘等。如果在含水量較大的砂土中，需采用降水等輔助措施。手掘式頂管機主要由切土刃角、糾偏裝置、承插口等組成。所用的工具管有一段式和兩段式。一段式工具管與混凝土管之間的結(jié)合不太可靠，常會產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象；發(fā)生偏斜時糾偏效果不好；千斤頂直接頂在其后的混凝土管上，第一節(jié)管容易損壞?，F(xiàn)多用兩段式，前后兩段之間安裝有糾偏油缸，后殼體與后面的正常管節(jié)連接在一起。2、泥水平衡式頂管機泥水平衡頂管機是指采用機械切削泥土、利用壓力來平衡地下水壓力和土壓力、采用水力輸送棄土的泥水式頂管機，是較先進的頂管機。泥水平衡式頂管機按平衡對象分有兩種，一種是泥水僅起平衡地下水的作用，土壓力則由機械方式來平衡；另一種是同時具有平衡地下水壓力和土壓力的作用。2.1泥水平衡式頂管機結(jié)構(gòu)泥水平衡工具管正面設(shè)刀盤，并在其后設(shè)密封艙，在密封艙內(nèi)注入穩(wěn)定正面土體的泥漿，刀盤切下的泥土，沉在密封艙下部的泥水中而被水力運輸管道運至地面泥水處理裝置。泥水平衡式工具管主要由大刀盤裝置、糾偏裝置、泥水裝置、進排泥裝置等組成。在前、后殼體之間有糾偏千斤頂，在掘進機上下部安裝進、排泥管。泥水平衡式頂管機的結(jié)構(gòu)形式有多種，如刀盤可伸縮的頂管機、具有破碎功能的頂管機、氣壓式頂管機等。泥水平衡頂管施工的完整系統(tǒng)由頂管機、進排泥系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)、主頂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等組成。泥水平衡頂管施工與其它形式的頂管相比，增加了進排泥和泥水處理系統(tǒng)。2.2泥水平衡式頂管機施工特點優(yōu)點：適用的土質(zhì)范圍較廣，尤其適用于施工難度極大的粉砂質(zhì)土層中；可保持挖掘面的穩(wěn)定，對周圍土層的影響小，地面變形??；較適宜于長距離頂管施工；工作井內(nèi)作業(yè)環(huán)境好且安全；可連續(xù)出土，施工進度快。缺點：施工場地大，設(shè)備費用高，需在地面設(shè)置泥水處理、輸送裝置；機械設(shè)備復(fù)雜，且各系統(tǒng)間相互連鎖，一旦某一系統(tǒng)故障，必須全面停止施工。3土壓平衡式頂管機由土壓平衡盾構(gòu)機移植而來，其平衡原理與盾構(gòu)相同。與泥水頂管施工相比，排出的土或泥漿一般不需進行二次處理，具有刀盤切削土體、開挖面土壓平衡、對土體擾動小、地面和建筑的沉降較小等特點。按泥土倉中所充的泥土類型分，有泥土式、泥漿式和混合式三種；按刀盤形式分，有帶面板刀盤式和無面板刀盤式；按有無加泥功能分，有普通式和加泥式；從刀盤的機械傳動方式分，有中心傳動式、中間傳動式和周邊傳動式；按刀盤的多少分，有單刀盤式和多刀盤式。由土壓平衡盾構(gòu)機移植而來，其平衡原理與盾構(gòu)相同。與泥水頂管施工相比，排出的土或泥漿一般不需進行二次處理，具有刀盤切削土體、開挖面土壓平衡、對土體擾動小、地面和建筑的沉降較小等特點。3.1土壓平衡式頂管機分類按泥土倉中所充的泥土類型分：有泥土式、泥漿式和混合式三種按刀盤形式分：有帶面板刀盤式和無面板刀盤式按有無加泥功能分：有普通式和加泥式從刀盤的機械傳動方式分：有中心傳動式、中間傳動式和周邊傳動式按刀盤的多少分：有單刀盤式和多刀盤式3.2單刀盤式（DK型）頂管機單刀盤式頂管機是日本在上世紀70年代初期開發(fā)的，它又稱為泥土加壓式頂管機，國內(nèi)稱為輻條式刀盤頂管機或加泥式頂管機。由刀盤及驅(qū)動裝置、前殼體、糾偏油缸組、刀盤驅(qū)動電機、螺旋輸送機、操縱臺、后殼體等組成。沒有刀盤面板，刀盤后面設(shè)有許多根攪拌棒。這種結(jié)構(gòu)的DK型頂管機在國內(nèi)已自成系列，適用于φ1.2~3.0m口徑的混凝土管施工，在軟土、硬土中都可采用，并且可與盾構(gòu)機通用，可在覆土厚度為0.8倍管道外徑的淺埋土層中施工。3.3多刀盤式（DT型）頂管機適用于軟土，四把切削攪拌刀盤對稱地安裝在前殼體的隔倉板上，伸入到泥土倉中。隔倉板把前殼體分為左右兩倉，左倉為泥土倉，右倉為動力倉。螺旋輸送機按—定的傾斜角度安裝在隔倉板上，螺桿是懸臂式，前端伸入到泥土倉中。隔倉板的水平軸線左右和垂直軸線的上部各安裝有一只隔膜式土壓力表。在隔倉板的中心開有一人孔，通常用蓋板把它蓋住。在蓋板的中心安裝有一向右伸展的測量用光靶。由于該光靶是從中心引出的，所以即使掘進機產(chǎn)生一定偏轉(zhuǎn)以后，只需把光靶作上下移動，使光靶的水平線和測量儀器的水平線平行就可以進行準確的測量，而且不會因掘進機偏轉(zhuǎn)而會產(chǎn)生測量誤差。前后殼體之間有呈井字形布置的四組糾偏油缸聯(lián)接。在后殼體插入前殼體的間隙里，有兩道V字形密封圈，它可保證在糾偏過程中不會產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。第四章工作井及其布置工作井（工作坑或基坑），按其作用分為頂進井（始發(fā)井）和接收井兩種。頂進井是安放所有頂進設(shè)備的場所，也是頂管掘進機的始發(fā)場所，是承受主頂油缸推力的反作用力的構(gòu)筑物，供工具管出洞、下管節(jié)、挖掘土砂的運出、材料設(shè)備的吊裝、操縱人員的上下等使用。接收井是接收頂管機或工具管的場所，與工作井相比，接收井布置比較簡單。1、頂進工作井的井內(nèi)布置井內(nèi)布置內(nèi)容主要包括前止水墻、后座、基礎(chǔ)底板及排水井等。后座要有足夠的抗壓強度，能承受得了主頂千斤頂?shù)淖畲箜斄ΑＧ爸顾畨ι习惭b有洞口止水圈，以防止地下水土及頂管用潤滑泥漿的流失。在頂管工作井內(nèi)，還布置有工具管、環(huán)形頂鐵、弧形頂鐵、基坑導(dǎo)軌、主頂千斤頂及千斤頂架、后靠背。其中主頂千斤頂及千斤頂架的布置尤為重要，主頂千斤頂?shù)暮狭Φ淖饔命c對于初始頂進的影響比較大。在頂進井的地面上，布置行車或其他類型的起吊運輸設(shè)備。2、工作井說明：（1）后座墻把主頂油缸推力的反力傳遞到工作坑后部土體中去的墻體，是主推千斤頂?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)。它的構(gòu)造會因工作坑的構(gòu)筑方式不同而不同。在沉井工作坑中，后座墻一般就是工作井的后方井壁。在鋼板樁工作坑中，必須在工作坑內(nèi)的后方與鋼板樁之間撓筑一座與工作坑寬度相等的、厚度為0.5~1.0m的、其下部最好能插入到工作井底板以下0.5～1.0m的鋼筋混凝土墻，目的是使推力的反力能比較均勻地作用到土體中去。后座墻的平面需與頂進軸線垂直。（2）后靠背靠主頂千斤頂尾部的厚鐵板或鋼結(jié)構(gòu)件，稱之為鋼后靠，其厚度在300mm左右。鋼后靠的作用是盡量把主頂千斤頂?shù)姆戳Ψ稚㈤_來，防止將混凝土后座壓壞。（3）洞口止水圈安裝在頂進井的出洞洞口和接收井的進洞洞口，具有制止地下水和泥砂流到工作坑和接收坑的功能。（4）頂進導(dǎo)軌由兩根平行的軌道所組成，其作用是使管節(jié)在工作井內(nèi)有一個較穩(wěn)定的導(dǎo)向，引導(dǎo)管節(jié)按設(shè)計的軸線頂入土中，同時使頂鐵能在導(dǎo)軌面上滑動。在鋼管頂進過程中，導(dǎo)軌也是鋼管焊接的基準裝置。（5）主頂裝置由主頂油缸、主頂油泵和操縱臺及油管等四部分構(gòu)成。主頂千斤頂沿管道中心按左右對稱布置。主頂進裝置除了主頂千斤頂以外，還有千斤頂架，以支承主頂千斤頂；供給主頂千斤頂壓力油的是主頂油泵；控制主頂千斤頂伸縮的是換向閥。油泵、換向閥和千斤頂之間均用高壓軟管連接。主頂油缸的壓力油由主頂油泵通過高壓油管供給。常用的壓力在32～42MPa之間，高的可達50MPa。在管徑比較大的情況下，主頂油缸的合力中心應(yīng)比管節(jié)中心低5％的管內(nèi)徑左右。（6）墊塊或頂鐵若采用的主頂千斤頂?shù)男谐涕L短不能一次將管節(jié)頂?shù)轿粫r，必須在千斤頂縮回后在中間加墊塊或幾塊頂鐵。頂鐵有環(huán)形頂鐵和U形或馬蹄形頂鐵之分。環(huán)形頂鐵的內(nèi)外徑與混凝土管的內(nèi)外徑相同，作用是把主頂油缸的推力均勻地分布在頂管的端面上；U形和馬蹄形頂鐵的作用有兩個，一是用于調(diào)節(jié)油缸行程與管節(jié)長度的不一致，二是把主頂油缸各點的推力較均勻地傳遞到環(huán)形頂鐵上去。U形頂鐵用于手掘式、土壓平衡式等許多方式的頂管中，它的開口是向上的，便于管道內(nèi)出土。馬蹄形頂鐵適用于于泥水平衡式頂管和土壓式中采用土砂泵出土的頂管施工，它的開口方向與U形頂鐵相反，是倒扣在基坑導(dǎo)軌上的。只有這樣，在主頂油缸回縮以后加頂鐵時不需要拆除輸土管道。3工作井的有效長度計算：L≥L1+L4+L5+L6+500mm同時L≥L2+L3+L4+L5+L6+200mmL1—工具管長度，當(dāng)采用工具管時，d1000工具管長度一般為2000mm;L2—單根管子長度，一般為2000L3—管道外露F型鋼套環(huán)長度,一般為125mm;L4—液壓千斤頂長度;L5—環(huán)形頂鐵厚度，一般為200mm;L6—后背厚度，鋼制整體裝配式后背一般為300mm;第五章頂力計算與后背受力計算1、后背結(jié)構(gòu)及抗力計算后背作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)，要有足夠的強度和剛度，且壓縮變形要均勻。一般采用現(xiàn)澆整體式后座墻組合鋼板結(jié)構(gòu)，這種后背安裝方便，安裝時應(yīng)滿足下列要求：使用千斤頂?shù)闹χ行母叨炔恍∮诤蟊掣叨鹊?/3。（1）頂力計算推力的理論計算：F=F1十F2其中，F(xiàn)—總推力；Fl一迎面阻力；F2—頂進阻力F1＝π/4×D2×PD—管外徑；P—控制土壓力,手掘敞開式頂進施工時P=0P＝Ko×γ×HoKo—靜止土壓力系數(shù);γ—土的濕重量;Ho—地面至掘進機中心的厚度F2=fRD[2H+(2H+D)tg2(450-φ/2)+W/RD]Lf—管道與土之間的摩擦系數(shù)；R—土的容重；H—管頂以上覆蓋土層的厚度；Φ—內(nèi)摩擦角;W—管道每米重量;L—最大頂進長度（m）根據(jù)總推力、工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后，取最小值作為油缸的總推力。(2)后靠背受力計算式中：R-總推力之反力（一般大于推力的1.2－1.6）a－系數(shù)（取1.5－2.5之間)B－后座墻的寬度（m）γ－土的容重（KN/m3)H－后座墻的高度(m)Kp-被動土壓系數(shù)c-土的內(nèi)聚力（kPa)h-地面到后座墻頂部土體的高度（m)第六章頂管施工施工時，先制作頂管工作井及接收井，作為一段頂管的起點和終點，工作井中有一面或兩面井壁設(shè)有預(yù)留孔，作為頂管出口，其對面井壁是承壓壁，承壓壁前側(cè)安裝有頂管的千斤頂和承壓墊板（即鋼后靠），千斤頂將工具管頂出工作井預(yù)留孔，而后以工具管為先導(dǎo)，逐節(jié)將預(yù)制管節(jié)按設(shè)計軸線頂入土層中，直至工具管后第一節(jié)管節(jié)進入接收井預(yù)留孔，施工完成一段管道。為進行較長距離的頂管施工，可在管道中間設(shè)置一至幾個中繼間作為接力頂進，并在管道外周壓注潤滑泥漿。頂管施工可用于直線管道，也可用于曲線等管道。頂管施工工藝流程為:安裝導(dǎo)軌→設(shè)置后背→安裝設(shè)備(千斤頂組合)→工作井出洞→掘進挖土→頂進→出土→運土→測量→糾偏→接受井進洞→竣工測量→收尾。1、長距離頂管在市政工程建設(shè)中，長距離管道的敷設(shè)是其重要的工作內(nèi)容。長距離管道的困難是，設(shè)置在頂進坑內(nèi)的主千斤頂?shù)耐祈斄τ邢?，不足以克服管道長距離頂進時遇到的總阻力。希望增加頂管單程頂進的長度時，需要采取相關(guān)的措施，如增加主千斤頂?shù)捻斄Αp少管道周邊與地層的摩擦力、中途設(shè)置輔助千斤頂（中繼環(huán)）、減小頂管承受的正面阻力等。目前在發(fā)展長距離頂管技術(shù)的過程中，減摩和設(shè)置中繼環(huán)兩項措施已得到較多研究，并已成為成熟的技術(shù)。1.1增設(shè)中繼環(huán)（間）為了適應(yīng)長距離頂進管道的需要，研制了中繼環(huán)（又稱中繼間、中間站）。即在管道頂進的中途設(shè)置輔助千斤頂，靠輔助千斤頂提供的動力繼續(xù)頂進管段，延長頂管的頂進長度，滿足敷設(shè)長距離管道的需要。采用中繼環(huán)時，管道沿全長分成若干段，在段與段之間設(shè)置中繼環(huán)。中繼環(huán)是一個由鋼材制成的圓環(huán)，內(nèi)壁上設(shè)置有一定數(shù)量的短行程千斤頂，產(chǎn)生的推頂力可用于推進中繼環(huán)前方的管道。1.2中繼環(huán)推進過程設(shè)置中繼環(huán)以后，頂管頂進時，每次都應(yīng)先啟用最前面的中繼環(huán)，將其前方的管道連同工具管一起向前頂進，后面的中繼環(huán)和主千斤頂保持不動，直至達到該中繼環(huán)的一個頂程為止，接著后面的中繼環(huán)開始推頂作業(yè)，將兩個中繼環(huán)之間的管道向前推進。與此同時，前面的一個中繼環(huán)的千斤頂排放油壓，活塞桿縮進套筒?？梢姡@時被推進的只是該中繼環(huán)和前面一個中繼環(huán)之間的管段。在頂進作業(yè)中，主千斤頂在每個循環(huán)中都最后推進。借助中繼環(huán)的逐級接力過程，可將頂管的頂推距離延長。1.3中繼環(huán)的結(jié)構(gòu)形式由前特殊管、后特殊管和殼體油缸、均壓環(huán)等組成。在前特殊管的尾部有一個與T形套環(huán)相類似的密封圈和接口。中繼環(huán)殼體的前端與T型套環(huán)的一半相似，利用它把中繼環(huán)殼體與混凝土管連接起來。中繼環(huán)的后特殊管外側(cè)則設(shè)有兩環(huán)止水密封圈，使殼體雖在其上來回運動而不會產(chǎn)生滲漏。中繼環(huán)油缸被固定在殼體上，油缸均勻布置在殼體內(nèi)。油缸兩頭裝有均壓鋼環(huán)，鋼環(huán)與混凝土管之間有襯墊環(huán)。襯墊環(huán)多用20mm厚的木板做成。中繼油缸為單作用油缸，只有當(dāng)后一只中繼環(huán)向前推進時，前一只中繼環(huán)的油缸才能縮回。管子頂通后，把中繼環(huán)油缸拆卸下來，管子可直接合攏。1.4中繼環(huán)的布置中繼間的布置要滿足頂力的要求，同時使其操作方便、合理，提高頂進速度。中繼環(huán)在安放時，第一只中繼環(huán)應(yīng)放在比較前面一些。因為掘進機在推進過程中推力的變化會因土質(zhì)條件的變化而有較大的變化。所以，當(dāng)總推力達到中繼環(huán)總推力40～60％時，就應(yīng)安放第一只中繼環(huán)，以后，每當(dāng)達到中繼環(huán)總推力的70％～80％時，安放一只中繼環(huán)。而當(dāng)主頂油缸達到中繼環(huán)總推力的90％時，就必須啟用中繼環(huán)。2、微型頂管一般指口徑在400mm以下，人無法進入管內(nèi)作業(yè)的頂管施工。微型頂管施工設(shè)備主要由切削系統(tǒng)、激光導(dǎo)向系統(tǒng)、出碴系統(tǒng)、頂進系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，根據(jù)激光導(dǎo)向系統(tǒng)測量偏斜數(shù)據(jù)，可操縱液壓糾偏系統(tǒng)，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)鋪管方向的目的。微型頂管的一次頂進長度大多在50～60m，也有的達到百米及以上。微型頂管的類型很多，按其工作原理和取土方式分有壓入式、螺旋鉆式、泥水式、土壓式、空心鉆式等，其中壓入式和螺旋鉆式應(yīng)用較多。2.1壓入式微型頂管壓入式微型頂管是指將前方土體向管道周圍土體徑向擠壓，在不出土或少出土的情況下頂進管道的頂管工藝。一般用于直徑較小的管道施工。壓入方式按動力分有