大型顶管施工技术

大型顶管施工技术报告人：刘添俊主要内容顶管的分类及常用施工方法1顶管作业的技术要点2顶管技术方案的主要内容356主要内容一、顶管的分类及常用施工方法顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，把工具管或掘进机从工作井内穿过沿线土层进入接收井；与此同时，将紧随其后的管道依次连接并埋设到这两个井之间的土层中。主要内容一、顶管的分类及常用施工方法

按顶管管径大小划分，可分为大口径顶管、中口径顶管、小口径顶管和微型顶管。

大口径顶管：一般指管径在2000mm以上的顶管，属于大型顶管施工。个别最大管径可达5000mm，比小型盾构还大。

这种顶管，需要大型顶管设备，管道自重大，配套的起运设备也大；面对的地层环境不同，顶进时涉及的土层比较复杂，可能在施工中遇到的干扰也大。

中口径顶管：一般指管径在1200-1800mm之间的顶管。这类管径适合多种用途管道，在顶管中占大多数。

主要内容一、顶管的分类及常用施工方法

按顶管管径大小划分，可分为大口径顶管、中口径顶管、小口径顶管和微型顶管。小口径顶管：一般指管径在500-1000mm之间的顶管，这类管径适用性也较广。微型顶管：一般指管径在400以下的顶管，甚至最小管径只有75mm。在燃气、煤气管道中用得较多，其顶进连接的密封性往往更加重要。

主要内容一、顶管的分类及常用施工方法几种常用的顶管施工工法：1、手掘式推进法2、土压平衡法3、泥水平衡法4、气压平衡法5、其他顶管工法

管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定。一、顶管的分类及常用施工方法（1）在黏性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施。（2）在软土层且无障碍物的条件下，当管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管工法。（3）在黏土层中必须控制地面隆起和沉陷时，宜采用土压平衡顶管工法。（4）在粉砂土层中且需要控制地面隆起和沉陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管工法二、顶管作业的技术要点（1）顶管的长度

用顶管法施工，随着顶进距离的增大而增大。管径越大，所受的阻力也越大。顶进长度一般为50m-80m。（2）顶管工具的选用所用的千斤顶、高压油泵系统、顶管机的规格、台数应满足最大工作压力。

二、顶管作业的技术要点（3）为减少顶管时的阻力，常采用触变泥浆

使用触变泥浆一般可以减少顶力30%-50%。触变泥浆由膨润土、碱、水按一定比例配制而成，具有良好的稳定性、触变性及润滑作用。二、顶管作业的技术要点（4）中继间的设置

所谓“中继间”，就是当顶管段太长或者顶力过大时，为减少顶力可将管道分成数段，使每一段成为一个独立的顶进单元，在每单元间有可伸缩的工具管，工具管内设置千斤顶及高压油泵等设备，前段以后段为后背，分段接力顶进。采用中继接力技术以后，管道顶进长度不在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。

二、顶顶管作作业的的技术术要点点（5）支承承后背背的要要求后背分分为原原土层层后背背和人人工后后背两两种，，一般般土质质的原原土后后背能能够承承受的的顶力力为150kPa。后背应应平整整，使使顶管管的反反作用用力能能够均均匀地地传给给后背背。其其必须须具备备足够够的强强度和和稳定定性，，必须须垂直直于管管道的的顶进进方向向。对于于顶顶管管工工程程的的施施工工技技术术方方案案，，通通常常应应包包括括以以下下主主要要内内容容：：（1）施施工工现现场场平平面面布布置置图图（2）顶顶进进方方法法的的选选用用和和顶顶管管段段单单元元长长度度的的确确定定（3）工工作作井井位位置置和和结结构构类类型型选选择择（4）顶顶管管机机头头选选型型（5）顶顶力力计计算算和和后后背背设设计计（6）工工作作井井顶顶管管洞洞口口的的封封门门设设计计（7）定定位位定定向向测测量量及及纠纠偏偏的的方方法法确确定定（8）垂垂直直运运输输和和水水平平运运输输布布置置（9）减减阻阻措措施施（10）控控制制地地面面隆隆起起及及沉沉降降的的技技术术措措施施（11）工工作作井井及及管管线线所所在在软软弱弱土土层层的的注注浆浆加加固固（12）质质量量安安全全技技术术保保证证措措施施三、、顶管管技技术术方方案案的的主主要要内内容容三、、顶管管技技术术方方案案的的主主要要内内容容石井井污污水水处处理理系系统统管管网网工工程程———石井井河河上上游游（（均均禾禾涌涌、、夏夏茅茅涌涌））截截污污渠渠箱箱工工程程本本工工程程线线路路全全长长18.2Km。据钻钻孔孔揭揭露露，，该该区区段段地地层层按按成成因因类类型型划划分分为为：：1人工工填填土土层层、、2冲洪洪积积层层、、3残积积层层、、4岩石石全全风风化化带带、、5岩石石强强风风化化带带、、6岩石石中中风风化化带带、、7岩石石微微风风化化带带。。采用用泥泥水水平平衡衡机机械械顶顶管管施施工工，，顶顶管管管管道道采采用用专专用用顶顶管管钢钢管管，，钢钢管管壁壁厚厚28mm。井井深深度度在在7-27m之间间，，工工作作井井规规格格Ø10m，数数量量有有35座，，接接收收井井规规格格Ø8m，数数量量31座，，工工作作井井和和接接收收井井采采用用沉沉井井法法或或逆逆作作法法进进行行施施工工。。1、顶管管机机头头选选型型根据据场场地地的的地地质质情情况况，，结结合合本本地地区区的的顶顶管管施施工工经经验验，，合合理理选选择择顶顶管管机机头头是是保保证证顶顶管管工工程程顺顺利利施施工工的的关关键键。。同同时时，，应应详详细细分分析析顶顶管管机机头头所所穿穿越越土土层层的的土土性性参参数数，，通通过过对对层层参参数数分分析析，，进进一一步步掌掌握握该该顶顶进进土土层层的的工工程程特特性性。。（1）按按土土的的颗颗粒粒组组成成以以及及塑塑性性指指数数所所分分成成的的不不同同类类别别的的土土，，可可对对拟拟顶顶进进土土层层进进行行适适当当选选择择，，以以确确定定顶顶管管机机头头穿穿越越最最容容易易顶顶进进的的代代表表土土层层作作为为参参照照。。（2）按按照照土土的的有有效效粒粒径径和和土土的的渗渗透透系系数数等等参参数数，，确确定定是是否否采采用用不不同同降降水水方方法法疏疏干干土土层层。。对对必必须须降降水水处处理理的的，，机机头头选选型型时时更更要要注注意意其其适适用用性性。。对对于于土土层层渗渗透透系系数数大大并并有有流流沙沙时时，，宜宜采采用用泥泥水水平平衡衡顶顶管管掘掘进进施施工工。。三、、顶管管技技术术方方案案的的主主要要内内容容三、、顶管管技技术术方方案案的的主主要要内内容容泥水水平平衡衡机机头头背背部部泥水水平平衡衡机机头头正正面面机头头位位置置进进泥泥孔孔比比较较小小，，本本机机头头砂砂层层中中适适应应性性较较好好，，若若粘粘土土中中，，容容易易堵堵住住进进泥泥孔孔，，出出土土效效率率较较低低，，顶顶进进速速度度慢慢三、、顶管管技技术术方方案案的的主主要要内内容容破岩岩顶顶管管机机头头排浆浆管管进浆浆管管机头头位位置置进进泥泥孔孔比比较较小小，，主主要要是是控控制制石石块块的的粒粒径径，，避避免免卡卡住住机机头头或或堵堵管管；；三、、顶管管技技术术方方案案的的主主要要内内容容2、顶力力计计算算马·谢尔尔勒勒提提出出的的公公式式D1管道道的的外外径径，，m；D2为掘掘进进机机外外径径，，m；r为综综合合摩摩擦擦阻阻力力，，不不采采用用注注浆浆减减摩摩时时取取8-12kPa，采采用用注注浆浆减减摩摩时时取取2-5kPa。R——控制制土土压压力力。。R=KoγγH，Ko——静止止土土压压力力系系数数，，一一般般取取0.55，H——地面面至至掘掘进进机机中中心心的的厚厚度度，，取取最最大大值值33.7m，γ——土的的湿湿重重量量，，取取1.9t/m3。钢管管顶顶管管传传力力面面允允许许的的最最大大顶顶力力按按下下式式计计算算：：式中中—钢管管管管道道允允许许顶顶力力设设计计值值（（KN）—钢材材受受压压强强度度折折减减系系数数，，可可取取1.00—钢材材脆脆性性系系数数，，可可取取1.00—钢管管顶顶管管稳稳定定系系数数，，可可取取0.36:当顶顶进进长长度度＜＜300m时，，穿穿越越土土层层又又均均匀匀时时，，可可取取0.45，本本式式取取0.36—顶力分项项系数，，可取1.3—管道的最最小有效效传力面面积（mm2）计算得得三、顶管技术术方案的的主要内内容经计算得得知总推推力P=2606.25t，钢管管道允允许顶力为1767.85t，但工作井允允许的最大顶顶力为12000KN≈1224.49t，顶管时只能能用其的80%，1224.49*80%=979.59t，顶进施工时时只要保证最最大顶力不大大于979.59t，顶进钢管就就不会受破坏坏，因总推力力P大于工作井最最大顶力，故故该段顶管需需设置中继间间。主顶使用4个350T级油缸，在推推进时，每台台油缸的最大大顶力不得超超过979.59t/4=244.90t，剩余顶力需需要中继间来来解决。顶进进时，当顶力力达到中继间间设计推力的的60%时，即需设置置中继间，当当顶力达到中中继间设计推推力的80%时，即需启动动中继间，中中继间设计推推力f0=900t。（18只50t小千斤顶组成成）三、顶管技术方案案的主要内容容三、顶管技术方案案的主要内容容3、后背墙结构构根据要求在工工作井的后墙墙需设一钢筋筋砼后背墙以以把主千斤顶顶的推力的反反力传递到后后部土体。后后背作为千斤斤顶的支撑结结构。因此，，后背要有足足够的强度和和刚度，且压压缩变形要均均匀。本工程程采用钢筋砼砼后背，后座座墙尺寸5m×5m××0.76m，配筋为双层层纵横双向钢钢筋φ18@150，后背采用C30砼。工作井设设计允许最大大顶力为12000KN。顶管后背墙受受力计算：根根据《顶管施工技术术及验收规范范》中后背墙计算算公式：按上式计算，，工作井能承承受5281.28t顶力＞最大顶顶力2365.75t。完全能满足足要求。三、顶管技术方案案的主要内容容4、工作井施工方方法的选择。。目前常用的工工作井的施工工方法主要为为：沉井、逆逆作法、钢板板桩支护；三、顶管技术方案案的主要内容容沉井与粉细砂砂层逆作法与粘土土层逆作法与岩层层三、顶管技术方案案的主要内容容洞口的封门也也是土体加固固的辅助措施施。有内外之之分，它可以以根据土质条条件和掘进方方式来选定。。手掘式工具具管掘进施工工中，一般在在洞口用低标标号的混凝土土砌筑一堵砖砖墙体，工具具管可以直接接挤到墙体顺顺利出洞。特特制的钢封门门应属外封门门，在顶进遇遇到钢板时将将其拔起，工工具管顺利出出洞。三、顶管技术方案案的主要内容容5、顶管进出洞洞口的处理及及止水措施沉井与顶管进进出洞处理顶管进出洞与与止水环洞口加固：在在顶管机顶出出洞口时，如如洞口土体强强度