市政管道顶管施工技术的发展历史45

1.早期的顶管施工技术根据中东地区出土的文物证实，古罗马时代已开始了最早应用顶管施工技术的萌芽。当时的古罗马利用杠杆原理，将一根木制管道从土层侧面顶进从而开辟出一条供水渠道，以汲取水资源，这就是在不开挖地面条件下进行的地下顶管施工雏形。顶管施工技术的发展历史

据可查文字记录，美国北太平洋铁路公司在1896～1900年间完成了早期的顶管施工作业。早期为顶管技术的推广应用作出杰出贡献的是美国的AugustusGrinffin工程师，他于1906～1918年期间在从事灌溉研究工作时，发明了在铁路下面采用铸铁管的顶管施工技术。随后，许多铁路公司都将这项技术确定为铁路下顶进铸铁管道的标准方法。2.走向成熟的顶管施工技术成熟的顶管施工技术是在盾构法问世以后的盾构机械应用时开始的。盾构机械及配套施工技术的迅速发展，促进顶管施工技术不断成熟和迅速发展。

20世纪20年代初期，波纹钢管取代铸铁管投入顶管施工。

20世纪20年代后期，混凝土管道开始用于顶管施工工程。

20世纪30年代，美国被太平洋铁路公司对顶管使用的混凝土管道进行规范化。但直到20世纪60年代之前，美国的顶管施工方法发展速度一直相对较慢。然而与此同时，欧洲（主要是英国、德国）和日本，顶管技术得到了较快的发展。进入20世纪60～70年代，顶管施工技术从主顶设备到配套技术都进行了较大改进，奠定了现代顶管施工技术的基础。其中，最主要的技术进步表现在以下三个方面：（1）研制成功带有一组各自独立的千斤顶并能控制顶进方向的掘进机，可方便不同地层条件下的顶进施工。（2）研制成功专门用于顶管施工的代橡胶密封环的系列混凝土管，可供不同直接的顶管工程使用。（3）研制成功中继间构造以供长距离顶管使用，并完善其中继接力技术。3.顶管技术在中国的发展进程最早的顶管始于1953年的北京，当时在京包铁路的路基下进行的钢筋混凝土管道的顶管穿越私活工。1956年，上海首次在黄浦江堤下进行钢管顶管施工，也很成功。最初都是采用手掘式顶管。1964年前后，在建设部和上海市的支持下，上海一些单位开展了大口径机械式顶管的各种试验。1967年前后，上海市政工程研究所和上海市政工程公司共同研制成功了小口径遥控土压式顶管掘进机。1978年，上海基础工程公司开发研制了三段双铰型工具管，即顶管机头，解决了百米顶管施工技术难题。

1984年前后，北京、上海和南京等地先后引进了国外的机械式顶管设备。同时也引进了一些顶管技术理论及施工管理经验，使我国的顶管技术开始跃上一个新台阶。诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、顶管接口型式及制管新技术等资料的引入近20年来，我国的顶管技术水平有了长足的发展，并在大直径、长距离顶管技术方面处于领先地位。上海黄浦江上游引水工程(1987)DN3500,单向顶进1743m上海青草沙水源地严桥支线(2007)

两根DN3600,平行同时顶进顶管施工技术的发展历史顶管施工工法工艺选择及实施顶管工程中应注意的问题顶管管施施工工工工法法工工艺艺选选择择及及实实施施开放放式式顶顶管管开放放式式顶顶管管：：当当工工作作面面土土层层的的物物理理力力学学性性质质良良好好且且土土层层处处于于稳稳定定状状态态时时，，操操作作时时不不会会出出现现塌塌方方现现象象，，能能直直接接挖挖土土，，且且工工作作面面开开敞敞。。1.机械械式式顶顶管管机机适用用于于岩岩层层，，硬硬土土层层和和整整体体稳稳定定性性较较好好的的土土层层，，工工作作效效率率比比较较高高2.挤压压式式顶顶管管机机适用用于于淤淤泥泥质质土土，，流流塑塑性性土土质质，，而而且且要要求求覆覆土土深深度度比比较较深深3.人工工挖挖掘掘顶顶管管机机适用用于于地地基基强强度度较较高高的的土土层层，，也也有有在在软软土土中中应应用用的的，，前前提提采采用用注注浆浆改改善善土土质质，，或或在在工工具具管管前前加加网网格格，，以以稳稳定定挖挖掘掘面面，，最最大大特特点点是是适适应应地地下下障障碍碍物物较较多多且且较较大大的的条条件件，，可可排排除除障障碍碍的的可可能能性性最最大大最最好好泥水水平平衡衡式式基本本原原理理:优点点:适用用于于各各种种不不同同的的土土质质情情况况,扰动动较较小小,地层层损损失失小小,产生生的的地地表表面面变变形形小小,同时时顶顶进进时时总总顶顶力力较较小小.缺点点:弃土土的的运运输输和和存存放放均均较较困困难难,如采采用用泥泥浆浆运运输输,用水水量量较较大大,成本本较较高高.作业业所所需需场场地地大大,设备备复复杂杂成成本本较较高高,如遇遇上上顶顶管管的的超超浅浅埋埋土土层层,或遇遇上上渗渗透透系系数数特特别别大大的的砾砾砂砂,卵石石层层,施工工作作业业往往往往受受阻阻.掘进进机机械械1.具有有浮浮动动切切削削刀刀盘盘的的泥泥水水平平衡衡顶顶管管掘掘进进机机当刀刀盘盘前前土土压压力力过过小小时时,他就就前前伸伸,当刀刀盘盘前前土土压压力力过过大大时时,就往往后后退退,前伸伸时时,应加加快快推推进进速速度度,后退退时时应应减减慢慢推推进进速速度度,这样样就就可可以以使使刀刀盘盘前前的的土土压压力力控控制制在在设设定定范范围围内内.用机机械械来来平平衡衡土土压压力力2.具有有破破碎碎功功能能的的泥泥水水平平衡衡顶顶管管进进机机适用口径径从600到2400,口径越小小,能破碎的的砾石的的粒径也也越小,通长600的能破碎碎粒径为为100mm的砾石,2400的能破碎碎500mm的砾石.有的机头头破碎粒粒径可达达顶管口口径的40%~50%3.气压式泥泥水平衡衡顶管掘掘进机适用于大大直径顶顶管工程程通过调节节供给的的压缩空空气的压压力大小小,实施调节节泥水舱舱内内压力的的高低.可精确到到0.1KPa.特点:平衡比较较彻底,施工后地地面沉降降极小.4.浓泥水平平衡顶管管掘进机机比普通泥泥水式掘掘进机适适用的泥泥水相对对密度要要高很多多,接近泥浆浆,为使浓泥泥水的流流动性更更好,需在浓泥泥水中加加入许多多添加剂剂(仍归属在在泥水式式顶管范范畴,浓泥水的的相对密密度接近近泥浆,其流动性性比泥浆浆要好得得多).特别适用用于卵石石层地质质(渗透性特特别大的的卵石层层).不需对卵卵石进行行破碎,可排出卵卵石的粒粒径可达达管径的的1/3.与其他泥泥水式顶顶管比较较,采用浓泥泥水式顶顶管的推推力要低低很多,尤其在沙沙砾土中中表现更更加明显显,非常适用用于长距距离顶管管和曲线线顶管.工艺原理理:根据土压压平衡的的基本原原理,利用顶管管机的刀刀盘切削削和支承承机内土土压舱的的正面土土体,抵抗开挖挖面的水水,土压力以以达到稳稳定的目目的.以顶管机机的顶速速即切削削量为常常量,螺旋输送送机转速速即排土土量为变变量进行行控制土土压舱内内的水,土压力与与切削面面的水,土压力保保持平衡衡土压平衡衡式分类:泥土式,泥浆式,混合式泥浆式:指排出含含水量相相当大的的弃土(可能是地地下水丰丰富,也可能是是人为的的加入添添加剂造造成的)优点:适用的土土质范围围广,从软黏土土到砂砾砾土都能能适用,是一种全全土质的的顶管掘掘进机,能保持挖挖掘面稳稳定,地面变形形极小,施工时的的覆土可可很浅,是其他形形式的顶顶管机无无法做到到的(覆土太浅浅时,手掘式顶顶管地面面易塌陷陷,泥水式和和气压式式顶管则则易冒顶顶和跑气气).弃土运输输处理方方便,作业环境境好.缺点:在砂砾层层和粘粒粒含量少少的砂层层中施工工时,必须采用用添加剂剂改良土土体.掘进机多刀盘土土压平衡衡顶管掘掘进机DK式土压平平衡顶管管掘进机机中心螺旋旋式顶管管掘进机机切削密封封土压式式掘进机机与泥水平平衡式的的最大区区别在于于:气压平衡衡式顶管管机通过过一个隔隔板将破破碎室分分隔为两两个区域域,后面是压压力室,以压力墙墙为界,在其上部部可以形形成一个个压气区区,平衡压力力就是通通过这一一压气区区作用于于气水不不平衡的的工作面面上.全气压式式挖掘面上上和管道道内所有有工作人人员都在在气压条条件下工工作,整个顶管管管道内内都充满满一定压压力的压压缩空气气.全气压顶顶管的工工具管大大多为手手掘式,挖土的多多用人工工,工具管构构造较简简单.施工效率率很低,仅为普通通手掘式式顶管的的30%~50%有钢制的的气压舱舱也有混混凝土管管制的气气压舱气压平衡衡式局部气压压式压缩空气气仅仅作作用在挖挖掘面上上,相对于全全气压施施工而言言.操作人员员在常压压下工作作.气压施工工的特殊殊要求1.对土质的的要求渗透系数数大于1X10-2cm/s的砂砾层层中,因透气性性大,且地下水水多,漏气很厉厉害,不宜采用用2.对环境的的要求设备多,占地较大大,空压机噪噪音很大大,不宜在居居民密集集区材采采用3.对作业人人员的要要求必须是进进过训练练的专业业人员,身强力壮壮.优点:平衡压力力的调节节和排泥泥系统的的排量是是截然分分开的,互不干扰扰,可更准确确的调节节平衡压压力,特别是非非均匀地地层中施施工.缺点:造成的地地面沉降降较大,因为气压压在疏干干地下水水过程中中,会造成土土体的压压密沉降降,另外顶进进过程中中又会对对土体产产生扰动动沉降.全气压式式设备复复杂,要求可靠靠性高,劳动强度度大,对作业人人员身体体健康有有特殊要要求,除了为排排除机械械故障和和为清除除顶进中中的障碍碍外很少少采用全全气压式式顶管施工工技术的的发展历历史顶管施工工工法工工艺选择择及实施施顶管工程程中应注注意的问问题进出洞技技术措施施穿墙止水水构造（（如图））主要由挡挡环、盘盘根、轧轧兰组成成。轧兰将盘盘根压紧紧后起止止水挡土土作用。。为避免免地下水水和掘土土大量涌涌入工作作井，应应在穿墙墙管内事事先填埋埋经夯实实的黄粘粘土。（2）洞口止止水方法法不同构造造的工作作井，洞洞口止水水的方式式不同。。a.钢板桩围围成的工工作井中中，应在在管道顶顶进前方方的井内内浇筑一一道前止止水墙。。墙体可可