顶管施工技术讲解

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1、顶管施工技术 谢 国 立 一、简介 顶管施工是非开挖施工方法其中一种，是借助主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管 或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内，将工具管或掘进机吊出井外，并把紧随工 具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间的方法。 顶管施工示意图顶管施工示意图 二、顶管的应用 顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能 开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复，由于顶管施工技术具有综合开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复，由于顶管施工技术具有综合 成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通

2、、施工安全性好等优点，在成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优点，在 市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地下管线中广泛的应用市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地下管线中广泛的应用。 顶管顶管施工是一门涉及知识面广、施工管理要求高、施工作业要求严的综合性施工是一门涉及知识面广、施工管理要求高、施工作业要求严的综合性 施工技术，最突出的特点是适应性。施工技术，最突出的特点是适应性。 顶管顶管施工采用何种施工方法是根据工程的特点、环境、地质、施工条件等因施工采用何种施工方法是根据工程的特点、环境、地质、施工条件等因 素决定，所以各种顶管方法都有其局限性素决定，所

3、以各种顶管方法都有其局限性。 为减少对交通的干扰和避免大开挖，大口径圆形管节在埋深大于3m时，可 采用顶管法埋设。 三、顶管施工的优缺点 3.1 优点 1、土方开挖量少，安全，对交通影响小，开挖部分仅仅是工作坑及接收坑； 2、施工噪音少，影响范围小，文明施工程度高； 3、施工工期短； 4、可以穿越铁路、河流等不允许开挖或没有开挖条件的地方； 5、可以完成埋深大的地下管道敷设。 3.2 缺点 1、曲率半径小，而且多种曲线组合在一起时，施工非常困难； 2、在软弱土层中容易偏差，且纠偏困难，管道容易发生不均匀下沉； 3、顶进过程中遇到障碍物不容易处理； 4、在覆土浅的条件下施工不经济。 顶管施工的优

4、点 四、顶管施工的分类四、顶管施工的分类 1 1、人工手掘式顶管施工常用的施工方法：、人工手掘式顶管施工常用的施工方法： 敞开式、气压法式。敞开式、气压法式。 2 2、机械式顶管施工常用的施工方法：、机械式顶管施工常用的施工方法： 泥水平衡式和土压平衡式。泥水平衡式和土压平衡式。 3 3、其他顶管施工方法：、其他顶管施工方法： 水冲枪式。水冲枪式。 4 4、顶管施工常用的管材：、顶管施工常用的管材： 钢筋混礙土管、钢管、夹砂玻璃钢管。钢筋混礙土管、钢管、夹砂玻璃钢管。 5 5、管材外型：、管材外型： 圆型、矩型。圆型、矩型。 5.1 工作坑 工作坑是安放所有顶进设备的场所，也 是顶管掘进机或工

5、具管的始发地，同时又 是承受主顶油缸反作用力的构筑物。 工作坑按形状可分为矩形、圆形、腰圆 形、多边形几种。 工作坑常用的施工方法有沉井法、逆作 法和钢板桩支护。 工作坑的前后壁在管道顶进时受力巨大 ，均应加固。 五、顶管构筑物与设备 钢 板 桩 工 作 坑 井 壁 加 固 接收井是接收顶管掘进机或工具管的场所, 平面一般也呈矩形，沿管道方向较长，其长度 应满足顶管机头可被取出的条件。在管道转折 处设置的接收井，其平面为圆形，内径也应满 足机头被取出的条件。 接收井的深度也比较深，所以井壁支撑， 一般也采用钢板桩。 若竣工后坑位无需覆土，可 采用钢筋混凝土沉井，箱壁 应预留位置正确、大小合适

6、的管孔，竣工后沉井可改建 成检查井。 5. 2 接收井 5.3 机 头 概念 机头也可以叫导头或工作管，主要作用是挖掘管节前的土壤，顶管 时把管节导入设计位置，起到定向纠偏和埋设管节的作用。 功能校正挖土方向，挖土，防止管节前土壤坍塌 构造与松土运送方法也有关。分为手掘式、泥水平衡式、土压平衡式。 顶管机操作台 后靠背、千斤顶支架、导轨千斤顶 顶铁 5.4 顶管主要配套设备 六、管节顶进 6.1 工作井布置 在工作井内，布置主顶千斤顶、顶铁、基坑导轨、洞口止水圈以及照明装置 和井内排水设备等。在顶进井的地面上，布置行车或其他类型的起吊运输设备。 6.2顶进挖土 1、手掘式（人工开挖） 在顶管的

7、前端装有工具管，施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层 ，破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲击锤等。 2、挤压掘进机 主顶油缸或中继间油缸的推力把工具管挤到土里去，被挤压的土从工具管 的排土口挤出。 3、泥水平衡式（机械） 采用机械切削泥土、利用压力来平衡地下水压力和土压力、采用水力输送 弃土。 4、土压平衡式（机械） 采用机械切削泥土，利用土仓内的压力和螺旋输送机排土来平衡地下水压 力和土压力，排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。 人工挖土： 人工挖，小车运。前端挖掉一段后，方 可顶管。 挖土条件：土质较好，管道的管径不应 小于1000mm。 1 、手掘式（人工）挖土 出土车 2

8、、 挤压式挖土 挤压切土：凭借机头的挤压口，将机头顶入土中，一段土体被挤进 顶管机头，然后用钢丝绳沿挤压口内缘切断土体，落在出土车或运 土机上，运至工作坑。 3、 泥水平衡顶管 机械切土： 机头设有刀盘而进行机械切土，边切土边顶进，切削下来的 土，用泥水循环系统输送至泥浆池。 土压平衡式通过控制螺旋出土器排土压平衡式通过控制螺旋出土器排 土量或顶管机前进速度来平衡地下水和土量或顶管机前进速度来平衡地下水和 土压力，使此土压力与切削面前方的静土压力，使此土压力与切削面前方的静 止土压力和地下水压力保持平衡，保证止土压力和地下水压力保持平衡，保证 开挖面的开挖面的稳定。稳定。 4、 土压平衡 人工

9、出土人工挖土； 螺旋输送机土压平衡顶管机； 吸泥排泥设备（流体输送）泥水平衡、泥水加气平衡顶管机。 6.3 排土方式 螺旋输送机出土 土压平衡顶管掘进机开挖的泥土，通过螺旋输送机输送、压缩、密封，形成密 封的土塞，阻止泥土中的水快速流出，保持泥土压的稳定。 螺旋输送机螺旋输送机 2、吸泥排泥设备（泥浆循环系统）： 机头切土进入泥仓后，与进浆混合成泥浆，泥浆由吸泥设备，直 接压送至地面贮泥池。 顶管泥浆设备 送水、排泥泵 泥浆沉淀池 泥浆浓度：进浆泥浆浓度：进浆1.05-1.101.05-1.10 排浆排浆1.20-1.251.20-1.25 送排泥浆管 6.4 管节顶进方向控制 在顶管过程中，

10、必须经常观测顶进的管节位置是否符合设计。 1、 测量 测量系统的主要设备：由激光经纬仪、测量靶和监示器组成 测量：在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井 的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿 着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过望远镜读出工具头的偏差。 每隔0.5m记录一次。（辅以人工测量校对） 测量靶 激光经纬仪 顶管采用纠偏千斤顶纠偏，设在顶管机前后段之间，共4组千斤顶。 通过组合动作，控制顶管机的顶进方向。 当激光点偏移测量靶中心，表明顶管机偏移轴线推进，就要启动纠偏 动作。（如激光点往上移动，说明机头是往下偏移，

11、必须伸出下面的2组 千斤顶）。 2、纠偏措施 七、管节接口 7.1 钢筋混凝土管 钢筋混凝土管节的接口有平口、企口和承口三种类型。管节类型不同，止水方式也 不同。顶管常用平口和承口 1、平口管接口及止水平口管用“T”形钢套环接口，把两只管子连接在一起， 在混凝土管和钢套环中间安装有2根齿形橡胶圈止水。 2、承口接口及防水 承口管用“F”形套环接口，接口处用1根齿形橡胶圈止水。F形接口管是最为常 用的一种管节。它把“T”形钢套环的前面一半埋入混凝土管中就变成了“F”形接 口。为防止钢套环与混凝土结合面渗漏，在该处设了一个遇水膨胀的橡胶止水圈。 7.2 钢管 钢管顶管常用的接口形式有两种，一种V型

12、坡口，另一种是K型坡口，V型 坡口适用于管径较小，人无法进入管内进行焊接的钢管，单面焊接，双面成 形对焊接要求比较高；K型坡口则用于管径比较大，人可以到管内进行焊接作 业，管壁比较厚的情况。 厚度（ mm） 坡口名称 坡口尺寸 间隙 c(mm) 钝边 p(mm ) 坡口角度（） 39V型坡口02026575 926V型坡口03035565 V型坡口 K型坡口 八、顶管施工其他措施 8.1中继间接力顶进 中继间是经机械加工的内外套组合，通过中间的小千斤顶的伸动作，推动外套 往前伸出，外套向前推动管节一段距离，又通过后部主顶推力顶进，使小千斤顶复 位。在长距离顶进时，可分段减少主顶的压力，它可以与

13、其他中继间和后座通过程 序连动，一环接一环，自动切换。 主 顶 推 力 中继间 8.2 注浆减阻 在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力也随之增大。为了提高顶进 施工的效率，在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，通常情况下往管外侧 喷射触变泥浆，降低顶进的阻力。 触变泥浆管设置一般在顶管机后面34 节管每节管都设置触变泥浆管，在管节外壁 形成完整的浆套。以后的管节间隔23节管 设置一道，用来对浆套进行补浆。 注浆孔的形状及布 置：在每节管的前端 布置一道触变泥浆注 浆孔，数量为34个 ，孔的布置均匀。经 过不段压浆，在管外 壁形成一个泥浆套。 触变泥浆管 采用触变泥浆后，顶管摩阻力显著降

14、低，混凝土顶进的综合摩 阻力可降到3kPa，钢管则可降到1kPa。 九、顶力计算 十、发展趋势 发展趋势 大直径、长距离顶进 平面曲线、空 间曲线顶管 2014年3月31日，郑州市下穿中州大道隧 道工程2标顺利贯通，该工程首次采用外 径10.4m7.5m的矩形顶管机，土压平衡模 式，推进总长112米。是目前世界上最大 外径顶管。 广东汕头管径2米、全长2080米的过 海钢质引水管，准确顶入接收井预留 孔，管道全线实现贯通。由此创造了 国内一次性顶进最长距离的新纪录。 从国内外曲顶技术的发展现状来看，目前曲顶的 管径以中、大口径为主，曲线类型有平面的、有 垂直向的，还有S形的，基本上能按工程的要求 而变换。同时，顶进长度向长距离方向发展，比 如：在上海合流污水一期工程中德国Zueberlin 公司曾将直径直径2500mm的钢筋混凝土管曲线 一次顶进约1500m。 欢迎指正 谢谢