城市地下管道顶进施工与修复新技术

1、市政公用工程一级建造师继续教育培训市政公用工程一级建造师继续教育培训 城市地下管道顶进施工城市地下管道顶进施工 与修复新技术与修复新技术第一章第一章. .顶管施工技术顶管施工技术1.11.1顶管施工技术发展和现状顶管施工技术发展和现状顶管顶管借助于顶推装置，将预制管节顶借助于顶推装置，将预制管节顶入土中的地下管道不开槽施工方法。入土中的地下管道不开槽施工方法。 （不开槽施工方法有顶管法、盾构法、浅埋不开槽施工方法有顶管法、盾构法、浅埋暗挖法、地表水平定向钻法等）暗挖法、地表水平定向钻法等）顶管用途顶管用途：排水管道、上水管道、天然：排水管道、上水管道、天然气管道、电力管道、热力管道、输油管气管

2、道、电力管道、热力管道、输油管道等。道等。顶管技术普遍用于交通、水利、电力、顶管技术普遍用于交通、水利、电力、市政建设等行业市政建设等行业顶管管材顶管管材：钢管、钢筋砼管、玻璃钢夹：钢管、钢筋砼管、玻璃钢夹砂管、聚合物砼管、陶瓷管及铸铁管等砂管、聚合物砼管、陶瓷管及铸铁管等1.11.1顶管施工技术发展和现状顶管施工技术发展和现状顶管施工历史顶管施工历史18961896年美国最早的穿越北太平洋铁路铺设管道年美国最早的穿越北太平洋铁路铺设管道的施工；的施工；19481948年日本穿越尼崎市铁路，年日本穿越尼崎市铁路，600600铸铁管，顶铸铁管，顶距距6 6米；米；19531953年我国北京首次顶

3、管穿越铁路（钢筋砼管年我国北京首次顶管穿越铁路（钢筋砼管）；）；19561956年上海开始顶管，穿越黄浦江江堤（钢管年上海开始顶管，穿越黄浦江江堤（钢管）；）；19641964年前后，上海进行了大口径机械式顶管各年前后，上海进行了大口径机械式顶管各种试验，口径在种试验，口径在2m2m的钢筋砼管的一次推进距离的钢筋砼管的一次推进距离可达可达120120米，开创了使用中继间先河；米，开创了使用中继间先河；1.11.1顶管施工技术发展和现状顶管施工技术发展和现状19781978年上海开发挤压法顶管，特别适用于软粘土和淤年上海开发挤压法顶管，特别适用于软粘土和淤泥质粘土，效率比手掘式顶管提高一倍；泥质

4、粘土，效率比手掘式顶管提高一倍； 19841984年上海市政公司、南京市政公司年上海市政公司、南京市政公司分别从日本引进分别从日本引进了了DN800DN800、DN600DN600偏压破碎型泥水平衡顶管设备；偏压破碎型泥水平衡顶管设备；19891989年上海成功研制第一台年上海成功研制第一台DN1200DN1200泥水平衡顶管机泥水平衡顶管机；19921992年上海成功研制我国第一台年上海成功研制我国第一台DN1440DN1440土压平衡掘土压平衡掘进机；进机；19921992年上海成功研制最大口径年上海成功研制最大口径DN3540DN3540加泥式土压平加泥式土压平衡掘进机；衡掘进机；200

5、42004年上海研发出年上海研发出矩形大截面矩形大截面顶管机（顶管机（3.83.8米米3.83.8米）米）；20062006年扬州生产处矩形截面顶管机（年扬州生产处矩形截面顶管机（4.34.3米米6 6米）。米）。1.11.1顶管施工技术发展和现状顶管施工技术发展和现状19921992年上海奉贤开发区向杭州湾深水区单向一年上海奉贤开发区向杭州湾深水区单向一次顶进次顶进DN1600DN1600 15111511米，成为米，成为我国第一根单向我国第一根单向一次顶进超千米的钢筋砼管一次顶进超千米的钢筋砼管；19971997年上海黄浦江引水工程单向一次顶进年上海黄浦江引水工程单向一次顶进DN3500D

6、N3500钢管钢管17431743米，创米，创钢管钢管顶管世界纪录；顶管世界纪录；20082008年汕头第二条过海顶管工程，一次顶进年汕头第二条过海顶管工程，一次顶进DN2000DN2000钢管钢管20802080米，再创米，再创钢管钢管顶进世界纪录顶进世界纪录；20102010年浙江嘉兴污水排海顶管工程，单向顶年浙江嘉兴污水排海顶管工程，单向顶进进 DN2000 DN2000钢筋砼管钢筋砼管20592059米，超长距离砼顶管米，超长距离砼顶管进入世界先进行业；进入世界先进行业；1.11.1顶管施工技术发展和现状顶管施工技术发展和现状世界上砼顶管首次超千米的是德国汉堡下水世界上砼顶管首次超千米

7、的是德国汉堡下水道顶管，道顶管，DN2600DN2600钢筋砼管单向顶进钢筋砼管单向顶进12001200米米（19701970年），采用全气压法顶管技术。年），采用全气压法顶管技术。世界上最长的砼顶管在荷兰世界上最长的砼顶管在荷兰，DN3000DN3000钢筋钢筋砼管，单向顶进长度砼管，单向顶进长度25352535米（米（19941994年）；年）；世界上顶管管道最大口径世界上顶管管道最大口径是是DN4400DN4400（德国（德国）德国、日本是公认的顶管技术最先进的国家德国、日本是公认的顶管技术最先进的国家1.11.1顶管施工技术发展和现状顶管施工技术发展和现状顶管顶管优点优点：施工面由线缩

8、成点，占地面积小；施工面由线缩成点，占地面积小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道；可以在很深的地下或水下敷设管道；可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物， 减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。 1.2 1.2 顶管施工工艺顶管施工工艺顶管施工工艺顶管施工工艺：施工准备、：施工准备、顶进设备安装、顶管机井内

9、顶进设备安装、顶管机井内就位、顶管机出洞、管节顶就位、顶管机出洞、管节顶进、管节拼接进、管节拼接1.2 1.2 顶管施工工艺顶管施工工艺 机械顶管施工流程：机械顶管施工流程：施工准备施工准备：建工作井、接收井；测量放样；建工作井、接收井；测量放样；顶进设备安装顶进设备安装：轨道安装、后靠背安装、主轨道安装、后靠背安装、主 千斤顶安装、洞口止水装置安装；千斤顶安装、洞口止水装置安装；顶管机井内就位顶管机井内就位：顶管机试运行；：顶管机试运行；顶管机出洞顶管机出洞：拆除封洞、主千斤顶顶进、出：拆除封洞、主千斤顶顶进、出泥准备；泥准备；管节顶进管节顶进：偏差测量、出泥、顶进纠偏；：偏差测量、出泥、顶

10、进纠偏；管节拼接管节拼接：接口检验、管节进场验收。：接口检验、管节进场验收。1.3 1.3 顶管分类顶管分类3.13.1按顶管直径按顶管直径：大直径顶管：直径大直径顶管：直径DN2000DN2000；中直径顶管：直径为中直径顶管：直径为DN800DN800DN1800DN1800；小直径顶管：直径小直径顶管：直径DN600DN600；3.23.2按顶进距离（一次）：按顶进距离（一次）：短距离：顶进不需要采用中继间的顶管；短距离：顶进不需要采用中继间的顶管；长距离：顶进距离超过长距离：顶进距离超过400400米的顶管，考虑米的顶管，考虑 设置通风、中继间等；设置通风、中继间等；超长距离：顶进长度

11、超过超长距离：顶进长度超过10001000米的顶管；米的顶管；3.33.3按顶管管材：按顶管管材：钢管、钢筋砼管、玻璃夹砂管等其他管材；钢管、钢筋砼管、玻璃夹砂管等其他管材；1.3 1.3 顶管分类顶管分类3.43.4按顶管作业方式：按顶管作业方式：人工顶管人工顶管：管前人工挖土、出土、纠偏等，管前人工挖土、出土、纠偏等，对土质条件要求高，管径对土质条件要求高，管径800800以上；以上；机械顶管机械顶管：土压平衡顶管法土压平衡顶管法：掘进机土仓内泥土的：掘进机土仓内泥土的压力来平衡掘进机所处土层的土压力和压力来平衡掘进机所处土层的土压力和地下水顶管方法；地下水顶管方法；泥水平衡顶管法泥水平衡

12、顶管法：以含有一定浓度、粘：以含有一定浓度、粘度、密度的泥浆水充满掘进机的泥水仓度、密度的泥浆水充满掘进机的泥水仓，并对它施加一定压力以平衡地下水压，并对它施加一定压力以平衡地下水压力和土压力的顶管方法；力和土压力的顶管方法；气压平衡顶管法气压平衡顶管法：在所顶进管道的挖掘：在所顶进管道的挖掘面充满一定压力的空气，以平衡机头前面充满一定压力的空气，以平衡机头前地下水压力并疏干挖掘面土体内地下水地下水压力并疏干挖掘面土体内地下水的顶管方法。的顶管方法。1.3 1.3 顶管分类顶管分类1.3 1.3 顶管分类顶管分类3.53.5按管轴线：按管轴线：直线顶管直线顶管曲线顶管曲线顶管3.63.6按地下

13、水位分：按地下水位分：干法顶管干法顶管水下顶管水下顶管1.4 1.4 顶管施工顶管施工4.14.1顶管工程施工顶管工程施工主要包括工作井、推进主要包括工作井、推进系统、注浆系统、定位纠偏系统及辅助系统、注浆系统、定位纠偏系统及辅助系统。系统。工作井工作井：工作平台、洞口止水圈、扶梯：工作平台、洞口止水圈、扶梯、 集水井、后靠背、基础与导轨；集水井、后靠背、基础与导轨；推进系统推进系统：注浆系统注浆系统：拌浆设备、注浆泵、管道；：拌浆设备、注浆泵、管道；定位纠偏系统定位纠偏系统：测量设备、纠偏装置；：测量设备、纠偏装置；辅助系统辅助系统：输土设备、起吊设备、：输土设备、起吊设备、 辅助施工、供电

14、照明、通风换气辅助施工、供电照明、通风换气1.4 1.4 顶管施工顶管施工4.24.2顶管专项施工方案编制要求（顶管专项施工方案编制要求（GB50268-2008GB50268-2008）：）：1 1、顶进方法比选顶进方法比选和顶管段单元长度确定；和顶管段单元长度确定；2 2、顶管机选型及各类设备的规格、型号及数量；、顶管机选型及各类设备的规格、型号及数量；3 3、工作井位置选择、结构类型及洞口封门设计；、工作井位置选择、结构类型及洞口封门设计；4 4、管节、接口选型及检验，内外防腐处理；、管节、接口选型及检验，内外防腐处理；5 5、顶管进、出洞技术措施，地基改良措施；顶管进、出洞技术措施，地

15、基改良措施；6 6、顶力计算、后背设计和中继间设置；顶力计算、后背设计和中继间设置；7 7、减阻剂选择及相应技术措施；、减阻剂选择及相应技术措施；8 8、施工测量、纠偏的方法；、施工测量、纠偏的方法；9 9、曲线顶管及垂直顶升的技术控制及措施；、曲线顶管及垂直顶升的技术控制及措施；1010、地表及构筑物变形与形变监测和控制措施；、地表及构筑物变形与形变监测和控制措施；1111、安全技术措施、应急预案。、安全技术措施、应急预案。1.4 1.4 顶管施工顶管施工危险性较大的分部分项工程安全管理办法危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质建质200987200987号号第三条第三条危险性较大的分部分

16、项工程是指建筑工程在施工过程中危险性较大的分部分项工程是指建筑工程在施工过程中存在存在的、可能导致作业人员群死群伤或造成重大不良社会影响的、可能导致作业人员群死群伤或造成重大不良社会影响的分部分项的分部分项工程。工程。第五条第五条施工单位应当在危险性较大的分部分项工程施工前编制专项施工单位应当在危险性较大的分部分项工程施工前编制专项方案；对于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，施工单位应方案；对于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，施工单位应当组织专家对专项方案进行论证。当组织专家对专项方案进行论证。超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围一

17、、深基坑工程一、深基坑工程二、模板工程及支撑体系二、模板工程及支撑体系三、起重吊装及安装拆卸工程三、起重吊装及安装拆卸工程四、脚手架工程四、脚手架工程五、拆除、爆破工程五、拆除、爆破工程六、地下暗挖工程、六、地下暗挖工程、顶管工程顶管工程、水下作业工程。、水下作业工程。1.4 1.4 顶管施工顶管施工4.24.2顶管顶进方法的选择顶管顶进方法的选择 应根据工程设计要求、工程水文地质应根据工程设计要求、工程水文地质条件、周围环境和现场条件，经技术经济比较条件、周围环境和现场条件，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：后确定，并应符合下列规定：1) 1) 采用敞口式（人工挖土）顶管机采用敞口式（

18、人工挖土）顶管机时，应将地时，应将地下水位降至管底以下不小于下水位降至管底以下不小于0.5m0.5m处；处；2) 2) 周围环境要求控制地层变形、或无降水条件周围环境要求控制地层变形、或无降水条件时，时，宜采用封闭式的土压平衡或泥水平衡顶管宜采用封闭式的土压平衡或泥水平衡顶管机施工；机施工；3) 3) 穿越建（构）筑物、铁路、公路、重要管线穿越建（构）筑物、铁路、公路、重要管线时，应制订相应的保护措施；时，应制订相应的保护措施；4) 4) 对于小口径的金属管道，无地层变形控制要对于小口径的金属管道，无地层变形控制要求且顶力满足施工要求时，可采用一次顶进的求且顶力满足施工要求时，可采用一次顶进的

19、挤密土层顶管法；挤密土层顶管法；1.4 1.4 顶管施工顶管施工1层杂填土层杂填土层粉砂层粉土夹薄层粉砂层粉质粘土1）根据当今的顶管技术水平，从淤泥到）根据当今的顶管技术水平，从淤泥到岩石各类土层都可以顶进。只是哪类土层岩石各类土层都可以顶进。只是哪类土层更适于顶进，在哪类土层中需要采用一定更适于顶进，在哪类土层中需要采用一定技术措施。技术措施。2）淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质）淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粘土以及渗透系数小于粘土以及渗透系数小于10-3cm/s的砂土的砂土比较适于顶管。比较适于顶管。3）淤泥质、松填土和沼泽地基强度特别）淤泥质、松填土和沼泽地基强度特别低，不均匀性特别

20、大，顶管轴线不易控制，低，不均匀性特别大，顶管轴线不易控制，纠偏困难，易造成工作面坍塌和顶管轴线纠偏困难，易造成工作面坍塌和顶管轴线失稳，属于不宜顶管的土层。失稳，属于不宜顶管的土层。4）受压强度大于）受压强度大于15MPa的弱风化以及中的弱风化以及中等风化的岩石，不宜选用顶管穿越层。等风化的岩石，不宜选用顶管穿越层。1.4 1.4 顶管施工顶管施工顶进进顶进进1.4 1.4 顶管施工顶管施工4.44.4顶管机选型顶管机选型顶管诞生施工至今一百余年，发展经顶管诞生施工至今一百余年，发展经过四个阶段：挖掘面敞开的顶管、气过四个阶段：挖掘面敞开的顶管、气压顶管、泥水平衡顶管和土压平衡顶压顶管、泥水

21、平衡顶管和土压平衡顶管阶段。管阶段。顶管机选用的基本原则：顶管机选用的基本原则：1 1、适应性原则、适应性原则（1 1）与土质相适应）与土质相适应（2 2）与设计条件相适应）与设计条件相适应（3 3）与地面条件相适应）与地面条件相适应（4 4）与地下条件相适应）与地下条件相适应2 2、可靠性原则、可靠性原则（1 1）易使用性和操作性）易使用性和操作性（2 2）顶管机耐用性）顶管机耐用性（3 3）设备的可维修性）设备的可维修性1.4 1.4 顶管施工顶管施工3 3、安全性原则、安全性原则（1 1）机械的安全性）机械的安全性（2 2）应对外部条件的安全性）应对外部条件的安全性4 4、经济性原则、经

22、济性原则（1 1）顶管机的性价比高）顶管机的性价比高（2 2）顶管机的适用范围广）顶管机的适用范围广（3 3）顶管机的施工速度快）顶管机的施工速度快（4 4）弃土处理容易且成本低）弃土处理容易且成本低1.4 1.4 顶管施工顶管施工4.54.5顶管施工顶力的选择顶管施工顶力的选择1 1、顶进阻力计算、顶进阻力计算应按当地的经验公式，或按公式应按当地的经验公式，或按公式6.3.46.3.4计算：计算： （6.3.46.3.4）式中式中: : FpFp顶力（顶力（kNkN）；）；DoDo管道的外径（管道的外径（mm）；）；L L管道设计顶进长度（管道设计顶进长度（mm）；）；f f管道外壁与土的单

23、位面积平均摩阻力（管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（kN/m2kN/m2），通过试验确），通过试验确定；对于采用触变泥浆减阻技术的宜按表定；对于采用触变泥浆减阻技术的宜按表6.3.4-26.3.4-2选用；选用；NFNF顶管机的迎面阻力（顶管机的迎面阻力（kNkN）；不同类型顶管机的迎面阻力宜按）；不同类型顶管机的迎面阻力宜按表表6.3.4-16.3.4-1选择计算式。选择计算式。2 2、工作井允许顶力计算、工作井允许顶力计算3 3、后靠背允许顶力计算、后靠背允许顶力计算4 4、顶管管材允许顶力计算、顶管管材允许顶力计算施工最大顶力应大于顶进阻力，施工最大顶力应大于顶进阻力，但不得超过管材或工

24、作井后背墙的允许顶力但不得超过管材或工作井后背墙的允许顶力FpNDoLfF1.4 1.4 顶管施工顶管施工1.4 1.4 顶管施工顶管施工1.4 1.4 顶管施工顶管施工计算施工最大顶力时，应综合考虑管节材质计算施工最大顶力时，应综合考虑管节材质、顶进工作井后背墙结构的允许最大荷载、顶进工作井后背墙结构的允许最大荷载、顶进设备能力、施工技术措施等因素。顶进设备能力、施工技术措施等因素。顶进应连续作业，遇下列情况之一时，应暂顶进应连续作业，遇下列情况之一时，应暂停顶进，及时处理：停顶进，及时处理：1 1）顶管机前方遇到障碍；）顶管机前方遇到障碍；2 2）后背墙变形严重；）后背墙变形严重； 3 3

25、）顶铁发生扭曲现象；）顶铁发生扭曲现象；4 4）管位偏差过大且纠偏无效；）管位偏差过大且纠偏无效；5 5）顶力超过管材的允许顶力；）顶力超过管材的允许顶力；6 6）油泵、油路发生异常现象；）油泵、油路发生异常现象；7 7）管节接缝、中继间渗漏泥水、泥浆；）管节接缝、中继间渗漏泥水、泥浆； 8 8）地层、临近建（构）筑物、管线等周围环）地层、临近建（构）筑物、管线等周围环境的变形量超出控制允许值。境的变形量超出控制允许值。1.5 1.5 顶管新概念顶管新概念摩阻力摩阻力顶管受力分析概念顶管受力分析概念管道顶进要承受土压力和顶力的联合作用。管道顶进要承受土压力和顶力的联合作用。顶管管壁摩阻力计算两

26、种方法：顶管管壁摩阻力计算两种方法：1 1、管壁摩阻力与土压力有关，由土压力乘以摩擦系数；、管壁摩阻力与土压力有关，由土压力乘以摩擦系数；2 2、根据不同土质的单位面积摩阻力计算管壁摩阻力（摩阻力与土压、根据不同土质的单位面积摩阻力计算管壁摩阻力（摩阻力与土压力无直接关系）力无直接关系）1.5 1.5 顶管新概念顶管新概念摩阻力摩阻力案例案例1 1：用：用9000KN9000KN顶力推动顶力推动2KM2KM长度顶管长度顶管浙江省嘉兴某污水排海顶管工程，将一根浙江省嘉兴某污水排海顶管工程，将一根DN2000DN2000钢筋砼管单向顶进钢筋砼管单向顶进20502050米。米。顶进土层有砂质粉土夹粉

27、砂、粉质粘土、淤泥质粉质黏土淤泥质黏顶进土层有砂质粉土夹粉砂、粉质粘土、淤泥质粉质黏土淤泥质黏土，覆盖层较厚，最大厚度达土，覆盖层较厚，最大厚度达2020米左右。米左右。该工程实际顶力较小，中继间仅在管道启动时使用。管道启动后仅靠该工程实际顶力较小，中继间仅在管道启动时使用。管道启动后仅靠工作井的工作井的9000KN9000KN顶力就完成全程管道顶进。顶力就完成全程管道顶进。该工程该工程顶进特点顶进特点是：顶进轴线偏差小，补浆点多而且补浆充分。是：顶进轴线偏差小，补浆点多而且补浆充分。经核算，经核算，顶进动态摩阻力为顶进动态摩阻力为0.43KN/m20.43KN/m2，约为规范经验值的，约为规

28、范经验值的1/101/10；原因分析原因分析：良好的注浆条件和效果，造成管道浮在泥浆中向前移动，：良好的注浆条件和效果，造成管道浮在泥浆中向前移动，而不受管周土压力作用。而不受管周土压力作用。1.5 1.5 顶管新概念顶管新概念摩阻力摩阻力案例案例2 2：顶管停工一个月，顶力可以逆转：顶管停工一个月，顶力可以逆转厦门大学城某顶管工程，管径厦门大学城某顶管工程，管径DN2200DN2200钢钢管，全长管，全长484484米。在同一工作井内共有两米。在同一工作井内共有两根管道，因顶力过大，其中一根管道当顶根管道，因顶力过大，其中一根管道当顶力达到力达到12000KN12000KN时将工作井后背墙损

29、坏时将工作井后背墙损坏，停工一个月。，停工一个月。修复后为避免管道在启动时破坏，决定不修复后为避免管道在启动时破坏，决定不提高顶力，在管道内每隔六米增设补浆孔提高顶力，在管道内每隔六米增设补浆孔，全线补浆后第四天启动顶管，顶力很快，全线补浆后第四天启动顶管，顶力很快下降到下降到8000KN8000KN。正常顶进后，顶力又持。正常顶进后，顶力又持续下降，最后顺利顶完全程。续下降，最后顺利顶完全程。分析分析：管道弯曲下，并且在充分补浆后浆管道弯曲下，并且在充分补浆后浆液将管道与土隔开，使摩阻力逐步降低，液将管道与土隔开，使摩阻力逐步降低，证明了证明了“管壁摩阻力可以逆转管壁摩阻力可以逆转”。1.5

30、 1.5 顶管新概念顶管新概念摩阻力摩阻力管道摩阻力与覆盖层厚度的关系管道摩阻力与覆盖层厚度的关系另一个案例是超长距离顶管中的中继间另一个案例是超长距离顶管中的中继间顶力变化规律，中继间测试反映在管道弯曲段顶力增加，而直线段顶力顶力变化规律，中继间测试反映在管道弯曲段顶力增加，而直线段顶力几乎无变化，表明覆盖层的厚薄对中继间的顶力没有影响。再次证实土几乎无变化，表明覆盖层的厚薄对中继间的顶力没有影响。再次证实土压力不直接作用在管道上。压力不直接作用在管道上。另外，另外，在无地下水土层顶管，土层比较稳定，土的力学指标较高，管道在无地下水土层顶管，土层比较稳定，土的力学指标较高，管道的减阻措施是扩

31、孔，由于存在土拱作用，管道承受土压力作用很小。的减阻措施是扩孔，由于存在土拱作用，管道承受土压力作用很小。顶管新概念顶管新概念1 1）注浆顶进管道不直接承受土压力作用。加减阻泥浆时，管道浮在泥浆注浆顶进管道不直接承受土压力作用。加减阻泥浆时，管道浮在泥浆中向前移动，干挖施工，管道壁除管底外均与土体脱开；中向前移动，干挖施工，管道壁除管底外均与土体脱开；2 2）直线顶进的管道摩阻力很小，停止顶进后管壁的摩阻力升高后再注浆直线顶进的管道摩阻力很小，停止顶进后管壁的摩阻力升高后再注浆可以使摩阻力逆转；可以使摩阻力逆转；3 3）管道弯曲是管壁阻力的主要原因，而且是不可逆转的。管道弯曲是管壁阻力的主要原

32、因，而且是不可逆转的。第二章第二章. .大直径钢管顶进大直径钢管顶进 施工技术施工技术2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术实例工程简介实例工程简介（1 1）输配管线工程是城郊水源地原水工程陆域输配管线工程是城郊水源地原水工程陆域输水系统重要组成部分，工程供水规模为输水系统重要组成部分，工程供水规模为440440万万m3/dm3/d，采用，采用两根两根DN3600DN3600钢管钢管，单管全长约单管全长约27.10km27.10km。（2 2）J8J6J8J6为工程的最长顶管段，双排为工程的最长顶管段，双排DN3600DN3600钢顶管，钢顶管，长度为均为长度为均为920m920

33、m，管道埋深，管道埋深约约12m12m；顶管沿线地面情况复杂，多次穿越五；顶管沿线地面情况复杂，多次穿越五洲大道高架及洲大道高架及A20A20外环线主干道；外环线主干道；（3 3）顶管主要穿越土层为顶管主要穿越土层为2 2层砂质粉土夹淤层砂质粉土夹淤泥质粉质黏土和层淤泥质黏土。参考同类型泥质粉质黏土和层淤泥质黏土。参考同类型工程施工经验，选用工程施工经验，选用DN3600DN3600大刀盘泥水平衡大刀盘泥水平衡顶管掘进机顶管掘进机。该掘进机具有大扭矩、顶进效率。该掘进机具有大扭矩、顶进效率高、沉降控制精度高和操作简便的特点高、沉降控制精度高和操作简便的特点。2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径

34、钢管顶进施工技术（4 4）每段顶管设置每段顶管设置2 2个中继间个中继间；第一套中继间；第一套中继间设置在机头后设置在机头后30m30m，第二套中继间设置在机头，第二套中继间设置在机头后后250m250m。1 1）每套中继环安装）每套中继环安装2424只只800kN800kN双作用油缸，双作用油缸，总推力总推力19200kN19200kN（实际控制顶力为（实际控制顶力为12000kN12000kN），油缸行程为），油缸行程为500mm500mm。2 2）中继间的密封结构中继间的密封结构采用双道径向可调的橡采用双道径向可调的橡胶密封，另增加两道鹰嘴形橡胶止水圈。双道胶密封，另增加两道鹰嘴形橡胶止

35、水圈。双道径向可调的橡胶密封用于中继间伸缩时密封装径向可调的橡胶密封用于中继间伸缩时密封装置。置。3 3）中断间处理步骤中断间处理步骤：利用中继间处的预留注：利用中继间处的预留注浆孔，向中继间内外壳环形空隙中压注双液水浆孔，向中继间内外壳环形空隙中压注双液水泥浆，以替换膨润土泥浆并加固土体，每只中泥浆，以替换膨润土泥浆并加固土体，每只中继间共同继间共同6 6只注浆孔，注浆约只注浆孔，注浆约2t2t。2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术（5 5）下穿建（构）筑物的保护措施下穿建（构）筑物的保护措施1 1）顶管段多次下穿五洲大道高架及顶管段多次下穿五洲大道高架及A20A20外外环线

36、主干道，顶管施工影响的建（构）筑环线主干道，顶管施工影响的建（构）筑物见下表。物见下表。顶管沿线穿越周边建（构）筑物情况表顶管沿线穿越周边建（构）筑物情况表2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术2 2）减小地面沉降的措施：）减小地面沉降的措施：顶管施工过程中，由于钢管的现场焊接时间比较长，频繁发生的较长顶管施工过程中，由于钢管的现场焊接时间比较长，频繁发生的较长时间停止和重新启动顶进过程对沉降的控制可能会造成不利的影响。时间停止和重新启动顶进过程对沉降的控制可能会造成不利的影响。上表的建（构）筑物基础距离顶管的轴线都比较近，且顶管管道穿越上表的建（构）筑物基础距离顶管的轴线都比较

37、近，且顶管管道穿越层多为砂质粉土夹淤泥质粉质黏土，土层比较不稳定，为此制定以下层多为砂质粉土夹淤泥质粉质黏土，土层比较不稳定，为此制定以下控制地面沉降的具体措施：控制地面沉降的具体措施： a a）选择大刀盘泥水平衡顶管掘进机）选择大刀盘泥水平衡顶管掘进机工程实践表明：大刀盘泥水平衡顶管掘进机对地表的沉降控制精度最工程实践表明：大刀盘泥水平衡顶管掘进机对地表的沉降控制精度最高、效果最好。严格控制泥水舱泥水压力，将这一压力控制在比所处高、效果最好。严格控制泥水舱泥水压力，将这一压力控制在比所处的地下水压力高的地下水压力高0.01MPa0.01MPa的范围，可以较好地确保开挖面稳定控制。的范围，可以

38、较好地确保开挖面稳定控制。b b）合理应用）合理应用“触变泥浆套触变泥浆套”原理原理管外壁完整的触变泥浆润滑套的建立，可以及时填充各种原因引起的管外壁完整的触变泥浆润滑套的建立，可以及时填充各种原因引起的建筑空隙，并防止管外壁背土对土体的扰动。施工中应特别注意要从建筑空隙，并防止管外壁背土对土体的扰动。施工中应特别注意要从出工作井口开始压浆，机尾的同步压浆和管道沿线定时补浆也同样重出工作井口开始压浆，机尾的同步压浆和管道沿线定时补浆也同样重要。要。2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术c c）做好置换泥浆工作）做好置换泥浆工作当顶进结束后，在拆除触变泥浆压注当顶进结束后，在拆除触

39、变泥浆压注孔接头之前，必须对每个孔的球阀内孔接头之前，必须对每个孔的球阀内用水泥浆置换触变泥浆，以避免和管用水泥浆置换触变泥浆，以避免和管道的后期沉降。置换浆的工作应依次道的后期沉降。置换浆的工作应依次按顺序进行，边放浆边压注水泥浆，按顺序进行，边放浆边压注水泥浆，直到整个管道全部完成。直到整个管道全部完成。d d）后期沉降的观测与控制）后期沉降的观测与控制顶管施工结束后，应对地表及周边建顶管施工结束后，应对地表及周边建筑物、管线持续进行监测，并作好后筑物、管线持续进行监测，并作好后期注浆、加固，直到沉降基本稳定为期注浆、加固，直到沉降基本稳定为止。止。2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管

40、顶进施工技术（6 6） 钢管接口与外防腐钢管接口与外防腐1 1）现场焊接采用技术比较成熟的二氧化碳气体保）现场焊接采用技术比较成熟的二氧化碳气体保护焊护焊钢管材质均为钢管材质均为Q235BQ235B钢材，钢材，DN3600DN3600钢管壁厚为钢管壁厚为34mm34mm，DN2200DN2200钢管壁厚钢管壁厚22mm22mm；管节长度根据；管节长度根据卷管钢板的宽度卷管钢板的宽度2.2m2.2m定为定为6.6m6.6m或或8.8m8.8m一节（根一节（根据顶管工作井尺寸决定）。据顶管工作井尺寸决定）。2 2）采用单边）采用单边“V”V”字形鸳鸯坡口形式字形鸳鸯坡口形式即管道上半圆为外壁坡口，

41、下半圆为内壁坡口，即管道上半圆为外壁坡口，下半圆为内壁坡口，坡口角度为坡口角度为4040，焊缝背面采用陶质衬垫，管道，焊缝背面采用陶质衬垫，管道组对时单边组对时单边“V”V”字形鸳鸯坡口形式，解决了管道字形鸳鸯坡口形式，解决了管道下部的仰焊难题，同时又可以将焊接作为分为管下部的仰焊难题，同时又可以将焊接作为分为管道外部（上半圆）和管道内部（下半圆）两个作道外部（上半圆）和管道内部（下半圆）两个作业面，加快了施工进度。业面，加快了施工进度。3 3）焊接作业采用摆动焊接方式）焊接作业采用摆动焊接方式在管内施焊时沿逆时针方向进行全位置角焊（多在管内施焊时沿逆时针方向进行全位置角焊（多层多道焊），时刻

42、确保焊接工作质量的高效稳定层多道焊），时刻确保焊接工作质量的高效稳定。2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术4 4）管道对接在顶管使用的导轨上进行）管道对接在顶管使用的导轨上进行钢管组对前将焊口表面用磨光机打磨干钢管组对前将焊口表面用磨光机打磨干净，不得有锈蚀、油渍及其他污迹，坡净，不得有锈蚀、油渍及其他污迹，坡口及焊口内外清理范围不小于口及焊口内外清理范围不小于10mm10mm。钢管焊接前先修口、清根，检查管端端钢管焊接前先修口、清根，检查管端端面的坡口角度、钝边、间隙。面的坡口角度、钝边、间隙。5 5）钢管接口外防腐）钢管接口外防腐钢管接口处的外防腐迅速进行。钢管接钢管接口处

43、的外防腐迅速进行。钢管接口外防腐（补口）应在顶进前和焊缝无口外防腐（补口）应在顶进前和焊缝无损检测后进行，顶管接头的外防腐层采损检测后进行，顶管接头的外防腐层采用与顶管管道防腐层相同的标准。用与顶管管道防腐层相同的标准。2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术（7 7） 内防腐施工及养护内防腐施工及养护内防腐采用水泥砂浆衬里，管道内表面处内防腐采用水泥砂浆衬里，管道内表面处理和内衬厚度、工艺和质量等应府合理和内衬厚度、工艺和质量等应府合埋埋地给水钢管道水泥砂浆衬里技术规范地给水钢管道水泥砂浆衬里技术规范（CECS10CECS10：8989）的规定。除弯头、三通等）的规定。除弯头、三

44、通等不宜机喷法施工而采用人工抹压法施工外不宜机喷法施工而采用人工抹压法施工外，其余全部采用机喷法施工。，其余全部采用机喷法施工。（8 8）管道功能性试验）管道功能性试验1 1试验参数的确定试验参数的确定（1 1）根据）根据给水排水管道工程施工及验收给水排水管道工程施工及验收规范规范（GB50268GB50268）的要求：当管道工作）的要求：当管道工作压力大于或等于压力大于或等于0.1MPa0.1MPa时，应进行压力管时，应进行压力管道的水压试验。道的水压试验。DN3600DN3600钢管道设计工作压钢管道设计工作压力为力为0.8MPa0.8MPa，试验压力为，试验压力为0.8+0.5=1.3

45、0.8+0.5=1.3 MPaMPa。2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术2.2.大直径钢管顶进施工技术大直径钢管顶进施工技术（9 9）工程结果）工程结果（a a）严桥支线工程作为青草沙水源泉地原严桥支线工程作为青草沙水源泉地原水工程陆域输水系统于水工程陆域输水系统于20102010年年1212月月1 1日顺利日顺利投入运行。从青草沙原水工程基本建成，全投入运行。从青草沙原水工程基本建成，全面投入运行，受益总人口则超过面投入运行，受益总人口则超过11001100万人。万人。（b b）长距离、大口径钢管顶进施工，技术长距离、大口径钢管顶进施工，技术难度更高、质量成本风险大、轴线精

46、度测量难度更高、质量成本风险大、轴线精度测量等技术质量等难题。等技术质量等难题。（c c）管道外防腐和大口径管道刚度是钢管管道外防腐和大口径管道刚度是钢管顶进亟待解决的技术难题。顶进亟待解决的技术难题。 （d d）数项施工关键技术研究成果代表了我数项施工关键技术研究成果代表了我国大口径钢管顶管施工技术水平，奠定了我国大口径钢管顶管施工技术水平，奠定了我国在国内外行业内技术领先的地位。（录像国在国内外行业内技术领先的地位。（录像）第三章第三章. .玻璃夹砂管长距离玻璃夹砂管长距离 顶进施工技术顶进施工技术3.3.玻璃夹砂管长距离顶进施工技术玻璃夹砂管长距离顶进施工技术 玻璃钢管顶管施工技术（玻璃

47、钢管顶管施工技术（FRPMFRPM）玻璃纤维增强塑料夹砂管（玻璃纤维增强塑料夹砂管（Fiber Glass Reinforced Plastic Matrix Fiber Glass Reinforced Plastic Matrix PipesPipes）简称玻璃钢管，是一种新型柔性非金属（）简称玻璃钢管，是一种新型柔性非金属（树脂、纤维、砂树脂、纤维、砂等）复等）复合材料管道，一般采用离心浇铸工艺生产，是目前国内外逐渐推广使用合材料管道，一般采用离心浇铸工艺生产，是目前国内外逐渐推广使用的一种柔性复合材料管道。的一种柔性复合材料管道。3.3.玻璃夹砂管长距离顶进施工技术玻璃夹砂管长距离顶进

48、施工技术定义：定义：中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准GBGBT 21238T 2123820072007玻璃纤维增强塑玻璃纤维增强塑料夹砂管料夹砂管3.13.1玻璃纤维增强塑料夹管玻璃纤维增强塑料夹管glass fiber reinforced plastics mortar glass fiber reinforced plastics mortar pipespipes：以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为：以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料，采基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料

49、，采用定长缠绕工艺、离心浇铸工艺、连续缠桡工艺方法制成的管道用定长缠绕工艺、离心浇铸工艺、连续缠桡工艺方法制成的管道。3.2 3.2 环刚度环刚度ring stiffness ring stiffness ：指单位长度的管环在外压作用下，在：指单位长度的管环在外压作用下，在一定径向变形下所承受的荷载大小。它表征管环抵抗外荷载能力一定径向变形下所承受的荷载大小。它表征管环抵抗外荷载能力。以下式计算：。以下式计算：SEI/D3SEI/D3，通常以，通常以N/N/作单位。其中作单位。其中EIEI为沿管轴为沿管轴方向单位长度内管壁环向弯曲刚度，方向单位长度内管壁环向弯曲刚度，D D为管道计算直径。为管

50、道计算直径。3.3.玻璃夹砂管长距离顶进施工技术玻璃夹砂管长距离顶进施工技术玻璃钢夹砂管特点玻璃钢夹砂管特点：1 1、重量轻（仅为混凝土管的、重量轻（仅为混凝土管的1/91/51/91/5）2 2、承压能力好（承内压范围、承压能力好（承内压范围0.42.5MPa0.42.5MPa）3 3、输送体阻力小（粗糙度系数、输送体阻力小（粗糙度系数n=0.009n=0.009）4 4、能保证供水水质、能保证供水水质5 5、抗化学和电腐蚀等特点。、抗化学和电腐蚀等特点。6 6、具有安装方便、具有安装方便7 7、使用寿命长、使用寿命长8 8、综合费用适中（顶管管材价格、综合费用适中（顶管管材价格200200

51、元元/ /米）米）9 9、操作简单、操作简单1010、维护成本低等、维护成本低等 适用于适用于城市给水、污水排放、工业水处城市给水、污水排放、工业水处理管道理管道。 3.3.玻璃夹砂管顶进施工技术玻璃夹砂管顶进施工技术实例工程简介实例工程简介（1 1）某污水处理厂外收集污水系统的主干管）某污水处理厂外收集污水系统的主干管管管道工程，全长约道工程，全长约5Km5Km，沿线为城市道路、农田，沿线为城市道路、农田区、河塘，管道采用区、河塘，管道采用DN2200DN2200玻璃夹砂管（水玻璃夹砂管（水力力条件相当于条件相当于DN2600DN2600钢筋混凝土管）、钢筋混凝土管）、DN2500DN250

52、0玻璃夹砂管（水力条件相当于玻璃夹砂管（水力条件相当于DN3000DN3000钢筋混钢筋混凝凝土管）顶管施工。土管）顶管施工。 地质条件地质条件1 1、工程区域地质情况从上到下分别为：、工程区域地质情况从上到下分别为： 人工填土、淤泥、淤泥质粉细砂、粉质黏人工填土、淤泥、淤泥质粉细砂、粉质黏土、细砂、黏土、基岩。淤泥、淤泥质粉细砂土、细砂、黏土、基岩。淤泥、淤泥质粉细砂层含水量高、孔隙比大、承载力低、厚度大、层含水量高、孔隙比大、承载力低、厚度大、属典型的软弱土层，其中淤泥质粉细砂属轻微属典型的软弱土层，其中淤泥质粉细砂属轻微 中等液化。中等液化。3.3.玻璃夹砂管顶进施工技术玻璃夹砂管顶进施

53、工技术 设计管道主要从淤泥质粉细砂、粉质黏土层中设计管道主要从淤泥质粉细砂、粉质黏土层中穿越。穿越。2 2、施工场区低平、开阔、属珠江三角洲冲积平、施工场区低平、开阔、属珠江三角洲冲积平原，是地下水和地表水的排泄区，地下水丰富原，是地下水和地表水的排泄区，地下水丰富。此外，人工填土层还含有限的上层滞水。此外，人工填土层还含有限的上层滞水。 施工关键技术施工关键技术1 1、试验段施工。、试验段施工。工程安排了试验段，并对其实施了工程安排了试验段，并对其实施了2020天的连续天的连续检测；检测内容包括：顶力、轴向应变、纠偏检测；检测内容包括：顶力、轴向应变、纠偏、回弹、土压力、水压力等。为工程实施

54、提供、回弹、土压力、水压力等。为工程实施提供了技术参数和经验，保证了工程顺利进行。了技术参数和经验，保证了工程顺利进行。3.3.玻璃夹砂管顶进施工技术玻璃夹砂管顶进施工技术2 2、管道刚度选择、管道刚度选择为保证顶管顺利进行，管材轴向、环向应力安全系数应适当加强，管材为保证顶管顺利进行，管材轴向、环向应力安全系数应适当加强，管材壁厚根据试验结果需加厚。壁厚根据试验结果需加厚。确定选择的玻璃夹砂管管道钢度等级不得小确定选择的玻璃夹砂管管道钢度等级不得小于于15000N/m215000N/m2。3 3、进出洞措施、进出洞措施（1 1）为防止顶管机进、出井时因基础承载力变化较大而出现）为防止顶管机进

55、、出井时因基础承载力变化较大而出现“磕头磕头”现现象，对井口象，对井口510m510m范围局部软弱土体用水泥搅拌桩进行加固。范围局部软弱土体用水泥搅拌桩进行加固。（2 2）在顶管过程中工作井口与管道间设置有橡胶止水带，以防止流）在顶管过程中工作井口与管道间设置有橡胶止水带，以防止流动性土和地下水进入井内。动性土和地下水进入井内。4 4、顶进单元段确定、顶进单元段确定根据设计，管道平面位置根据设计，管道平面位置200250m200250m设设1 1座顶进工作井或接收工作井。顶座顶进工作井或接收工作井。顶管顶在工作井内向两侧接收井顶管，贯通后将顶管机从接收井内吊出运管顶在工作井内向两侧接收井顶管，

56、贯通后将顶管机从接收井内吊出运往下一工作进继续施工。为满足工期进度的要求，可用多台顶管机械同往下一工作进继续施工。为满足工期进度的要求，可用多台顶管机械同时进行作业，加快了工程进度。时进行作业，加快了工程进度。3.3.玻璃夹砂管顶进施工技术玻璃夹砂管顶进施工技术5、顶进工艺选择、顶进工艺选择经比对，采用了机械顶管机有利于快速穿越淤泥经比对，采用了机械顶管机有利于快速穿越淤泥质、淤泥质粉细砂层，同时可满足长距离顶管要质、淤泥质粉细砂层，同时可满足长距离顶管要求。求。6、最大顶力的确定、最大顶力的确定受材质强度和设备限制，顶管机最大顶力应不大受材质强度和设备限制，顶管机最大顶力应不大于于12000

57、kn/N。考虑种种不利因素和安全系数，。考虑种种不利因素和安全系数，取最大允许顶力的取最大允许顶力的75%（即（即9000KN）为设计顶）为设计顶力。力。施工结果：施工结果：大管径玻璃夹砂管顶管施工创造一次顶进最长大管径玻璃夹砂管顶管施工创造一次顶进最长（236m）、顶进速度最快（）、顶进速度最快（69m/d）、顶管工）、顶管工程最长（约程最长（约5km）的当时的国内记录。）的当时的国内记录。3.3.玻璃夹砂管顶进施工技术玻璃夹砂管顶进施工技术自从自从2020世纪世纪8080年代早期开始年代早期开始，在欧洲、日本和北美等，在欧洲、日本和北美等地，地，FRPMFRPM管道就已经广泛地应用于顶管和

58、微型隧道管道就已经广泛地应用于顶管和微型隧道施工的污水管道。施工的污水管道。由于美国缺乏合适的混凝土管道，由于美国缺乏合适的混凝土管道，FRPMFRPM管道就自然管道就自然成为微型隧道最常用的管材。例如：成为微型隧道最常用的管材。例如：1 1、美国、美国2020世纪世纪8080年代玻璃钢管道占年代玻璃钢管道占3.5%3.5%的市场份额的市场份额，9090年代末期每年生产的管道超过年代末期每年生产的管道超过1 1万万kmkm，已经安装，已经安装的玻璃钢管线达到的玻璃钢管线达到1616万万kmkm，年递增速度，年递增速度510%510%。2 2、2020世纪世纪9090年代欧洲各国新建输水管线中平

59、均有年代欧洲各国新建输水管线中平均有50%50%采用玻璃钢管；日本为采用玻璃钢管；日本为25%25%；在中东几乎为；在中东几乎为100%100%；3 3、最大直径为、最大直径为3700mm3700mm；最大的玻璃钢管道生产厂美；最大的玻璃钢管道生产厂美国国Owens-Coming Co.Owens-Coming Co.已生产的管道总长超过已生产的管道总长超过3000km3000km。 3.3.玻璃夹砂管顶进施工技术玻璃夹砂管顶进施工技术国内玻璃钢夹砂管道起源于国内玻璃钢夹砂管道起源于2020世纪世纪8080年代，年代，到到9090年代中叶完成了引进设备技术，从消化年代中叶完成了引进设备技术，从

60、消化吸收到大规模应用走过了一个艰难的里程。吸收到大规模应用走过了一个艰难的里程。19991999年建设部、国家石油化工局、国家轻工年建设部、国家石油化工局、国家轻工局、国家建材局和中国石油化工集团也联合局、国家建材局和中国石油化工集团也联合发出通知发出通知( (建科建科1999 2711999 271号号) )，其中第，其中第1010条明条明确提出了要推广应用玻璃钢夹砂管。确提出了要推广应用玻璃钢夹砂管。到目前为止，全国总用量已经接近到目前为止，全国总用量已经接近2000km2000km，最大的管道直径达到，最大的管道直径达到2800mm2800mm，典型的管，典型的管线如库尔勒的线如库尔勒的