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1、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
2、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
3、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。
4、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一一一次最大顶进距离为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
5、W100m，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 45m。（3）微型管顶管过去顶管管径一般3300mm，目前最小可达75mm。顶管按管径分类：大口径：32000mm中口径：1200 2000mm小口径：500 1200mm微口径：W500mm（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
6、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
7、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,
8、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
9、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
10、。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
11、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一一主油缸：24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
12、。顶铁：弥补油缸行程不足，厚度油缸 行程导轨：顶管导向中继间一一中继油缸、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。工具管一一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、
13、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。 螺旋输送机一一土压平衡顶管机。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
14、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)
