顶管工程顶管施工技术讲座n顶管工程技术的发展历史n顶管施工技术n工作井施工技术n顶管管材设计n顶管工程施工机械设备介绍n顶管工地图片n对本工程的建议n结语主 要 内 容前言 顶管技术的发展历史n顶管施工技术(Pipe jacking)被认为最早应用于 罗马时代，在二战中兴起于美国、二战后在欧 洲的英国、德国和日本迅速发展n在2O世纪的6O和7O年代，顶管施工技术在美国 、欧洲、日本得到了较大的改进，奠定了现代 顶管施工技术的基础 n顶管技术在中国的发展始于1956的上海1984 年前后，我国的北京、上海、南京等地先后开 始引进国外先进的机械式顶管设备，使我国的 顶管技术上了一个新台阶 随后进入快速发展 阶段n顶管施工技术发展的主要原因是市场的推动1 顶管法n顶管法是修建地下管道和涵洞的重要方法 n1 概述:顶管施工技术是一种非开挖地下管道施工方法， 这种施工方法能很方便的穿越公路、铁路、房屋、河流 等铺设地下管道，并且污染小，对交通影响小，开挖土 方少，机械化程度高，被认为是一种现代化的管道铺设 方法，越来越多的地下管道工程采用这一施工方法 n1.1 顶管法简介n采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管 工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根 顶入土层直至达到目的地.顶管法施工示意图目前广泛采用的三种顶进工法n人工开放式顶进工法手掘式 挤压式n泥水平衡封闭式顶进工法网格水冲式 刀盘掘进式 岩盘破碎式 n土压平衡封闭式顶进工法大刀盘式 多刀盘式顶管法施工主要用于 n特殊施工环境条件下的管道工程中 ：n①穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气 、输油管道工程；n②穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、 煤气管道工程；n③穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电 缆管道工程；n④水库坝体涵管重建工程等。
n⑤埋深较深(深度大于4米以上),开槽明埋施工 造价较高的工程等发展趋势n中继环接力顶推装置、触变泥浆减阻顶 进技术，自动测斜纠偏技术、泥水平衡 技术、土压平衡技术、气压保护技术和 曲线顶管技术 1.2 顶管法的关键技术n1）方向控制：与设计轴线一致，对顶力 的影响，保证中继环正常工作 ；n2）顶力大小及方向：管尾顶进方式，顶 进距离必然受到限制 ，长距离顶进一般 采用中继环接力；n3）工具管开挖面正面土体的稳定性；n4）承压壁后靠结构及土体的稳定性；1.3 顶管工程地质勘察n勘察要点：n①土层类别、埋深n②各土层土体的物理、力学性质n③地下水位、压力n④地下水和土的腐蚀性n⑤土层冻结深度n⑥地下管线n⑦地下洞室n⑧临近建筑物基础n⑨地面动载2 顶管工程设计n工作井设置,顶管顶力估算 以及承压壁后靠结构及土 体的稳定问题,工作坑和接 收坑设计,管材设计n2.1 顶管工作井设置n1）供顶管机头安装用的顶 进工作井（称顶进井）；n2）供顶管工具管进坑和拆 卸用的接收工作井（称接 收井）a）双向顶进；（b）单向顶进3)工作井的布设应遵循的条件 n工作坑是顶管施工的顶进工作场所其位置可根据以 下条件确定:n⑴根据管线设计，工作坑可选在检查井处；n⑵单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；n⑶考虑地形和土质情况,有无可利用的原土后背；n⑷工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离；n⑸工作坑与其周围建（构）筑物要有一定安全距离；n⑹距水、电源较近的地方等。
顶进工作井 n实质上是方形或圆形的小基坑，其支护类型 同普通基坑，其平面尺寸较小，支护经常采 用钢筋混凝土沉井、SWM工法井和钢板桩 n管径≥1.8m或顶管埋深≥5.5m时普遍采用钢 筋混凝土沉井作为顶进工作井n沉井作为工作井时，一般采用双向顶进；n采用钢板桩支护工作井时，一般采用单向顶 进 一井多用 n工作井在施工结束后，一部分将改为阀门 井、检查井 n工作井地面影响范围一般按井深的1.5倍计 算，在此范围内的建筑物和管线等均应采 取必要的技术措施加以保护顶管工作井的深度 n（1）顶进工作井nh1——地表至导轨顶的高度（m）；nh2——导轨高度（m）；nh3——基础厚度（包括垫层）（m）2）接收工作井nH2——地表至基底的高度（m）；nh1——地表至支承垫顶的高度（m）；nh3——基础厚度（包括垫层）（m）nh4——支承垫厚度（m）；防水构造n工作井的洞口应进行防水处理，设置挡水 圈和封门板，进出井的一段距离内应进行 井点降水或地基加固处理，以防土体流失 ，保持土体和附近建筑物的稳定n工作井的顶标高应满足防汛要求，坑内应 设置集水井，在暴雨季节施工时应防止地 下水流入工作井，事先在工作井周围设置 挡水围堰。
2.2 顶管顶力估算的经验公式 nRf = K [ f·（2 PV + 2PH + PB）+ PA ]n其中： Rf ——顶力（吨）， K——安全系 数， f——管壁与土间的摩擦系数 PH ——管侧的侧土压力（吨） PV ——管顶上的垂直土压力（吨）， PB——全部顶进的管段重量（吨）， PA ——管端部的贯入阻力（吨） 顶力计算的理论公式 n PV = KP·γ·H·D外·Ln PH =γ（H+ D外/2 ）·D外·L·tan2（45°—φ/2）n PB = G·Ln PA = RA·An其中(根据设计图纸及本工程有关地质资料查得) ：KP——垂直土 压力系数, γ——土的容重(吨/米3), nH ——管顶覆土深度(米), D外—— 管道外径（米）， nL ——管道顶进最大长度（米），φ ——土的内摩擦角，nG ——管道单位长度重量（吨/米2），nRA ——土贯入阻力（吨/米2），A ——管端面积（米2）2.3后背结构及抗力计算①后背结构设计n本工程采用厚钢板后背（如上图），这 种后背设置简单，安装时应满足下列要 求:nA.使千斤顶的着力中心高度不小于后背 高度的1/3；nB.后背垫铁可用70mm 钢板。
nC.后背井壁后松散砂层灌注水泥砂浆增 加土的抗剪强度②后背的抗力计算 n管子在顶进过程中受到的全部阻力，都通过千斤顶传递给后背墙所以 后背墙必须有足够的稳定性 n为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算根据顶 进需要的总顶力，运用朗肯土压力公式核算后背受力及挡桩的长度，使 土体所受的力小于土壤的允许承载力n后背墙稳定性验算：Ｒ＝Ｋr*Ｂ*Ｈ(ｈ+Ｈ/2)ｒ*Ｋｐn式中: Ｒ——后背墙承载能力（ｔ）；nＢ——后背墙的宽度（ｍ）；nＨ——后背墙的高度（ｍ）；nｈ——后背墙至地面高度（ｍ）；nｒ——土的容量（ｔ/ｍ３）；nＫr——被动土压力系数nＫｐ——后背墙的土坑系数n在设计后背墙时R＞T，安全系数应在1.2 倍以上当R≤T 时，需做后 背墙加固措施，如坝河地下土质较差，工作井底均为砂土，可采用现场 浇灌混凝土挡土墙的措施，还可以采用加大后背墙承压面积、设置挖孔 桩等措施2.4 顶管承压壁后靠土体的稳 定验算n1）沉井支护工作井 承压壁后靠土体的稳 定验算各分量计算计算示例n无绝对把握的前提下，F1及F2均不予考虑 n若不考虑F1及F2，一般采用下式进行沉井承压 壁后靠土体的稳定性验算：nS为沉井稳定系数，一般取S＝1.0~1.2。
土质 越差，S的取值越大本讲要点n了解顶管法的工作原理；n理解顶管阻力的计算方法；n掌握后背结构及抗力计算 n掌握沉井支护工作井承压壁后土体的稳 定验算3 常用顶管工具管n顶管工具管有手掘式、挤压式、泥水平 衡式、三段两铰型水力挖土式和多刀盘 土压平衡式等n手掘式顶管工具管为正面全敞开，采用 人工挖土，如图所示手掘式顶管工具管：正面全敞开 挤压式顶管工具管：网格切土装置或刃脚放大 泥水平衡式顶管工具管 设置密封舱 泥水平衡式顶管工具管DN2500泥水平衡掘进机头 多刀盘土压平衡式顶管工具 大刀盘土压平衡顶管机 主顶设备 地表沉降n一般顶管工具引起的地表沉降量可控制 在50~100mm，而采用泥水平衡式顶管 工具管引起的地表沉降量更在30mm以下 n顶管工具管的基本原理及施工工艺与盾 构基本相似 4 中继环 4.1 中继接力原理n顶进阻力超过主千斤顶的容许总顶力、 管节容许的极限压力和工作井承压壁后 靠土体极限反推力三者中之一，采用中 继接力顶进技术n采用中继接力技术时，将管道分成数段 ，在段与段之间设置中继环 中继环示意图 采用中继接力技术以后，管道的顶进长度不再受 承压壁后靠土体极限反推力大小的限制，只要增 加中继环的数量，就可增加管道顶进的长度。
4.2 中继环构造n（1）短冲程千斤顶 组（冲程为 150~300mm，规格、 性能要求一致）；n（2）液压、电器与 操纵系统；n（3）壳体和千斤顶 紧固件、止水密封圈 ；n（4）承压法兰片4.3 中继环自动控制n从工具管向工作井依次按1#、2# …… 编号n工作时，首次启动1#，n中继环顶推行程达到允许行程后停止1# 中继环，启动2#中继环工作，直到最后 启动工作井千斤顶5 管道及其接口n顶管所用管道按其材质分钢筋混凝土管 和钢管两类，钢管接口一般采用承插、 法兰、螺纹或焊接 n排水管道采用的预制钢筋混凝土管道 ；n煤气管道一般采用铸铁管和钢管 ；n上水管道普遍采用的钢筋混凝土管及钢 管 ；工程实例介绍n外包钢板复合式钢筋混凝土管和钢筋混 凝土管道的顶距已达100~290m，钢管 的顶距已达1200m n2002.1嘉兴污水处理排海工程中，利用 直径为2米的钢筋混凝土顶管，实现了一 次顶进2060米，超越上海奉贤创造一次 顶进1856米 （1999）本讲要点n掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体 的稳定验算；n了解顶管工具管的施工工艺；n理解中继接力原理本讲要点n顶管设计的关键技术；n掌握沉井支护工作井承压壁后土体的稳 定验算；n掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体 的稳定验算；介绍完毕介绍完毕! ! 。