市政给排水管道顶管施工技术T44

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施工工法法工艺选择及及实施开放式顶管开放式顶管：：当工作面土土层的物理力力学性质良好好且土层处于于稳定状态时时，操作时不不会出现塌方方现象，能直直接挖土，且且工作面开敞敞。1.机械式顶管机机适用于岩层，，硬土层和整整体稳定性较较好的土层，，工作效率比比较高2.挤压式顶管机机适用于淤泥质质土，流塑性性土质，而且且要求覆土深深度比较深3.人工挖掘顶管管机适用于地基强强度较高的土土层，也有在在软土中应用用的，前提采采用注浆改善善土质，或在在工具管前加加网格，以稳稳定挖掘面，，最大特点是是适应地下障障碍物较多且且较大的条件件，可排除障障碍的可能性性最大最好泥水平衡式基本原理:优点:适用于各种不不同的土质情情况,扰动较小,地层损失小,产生的地表面面变形小,同时顶进时总总顶力较小.缺点:弃土的运输和和存放均较困困难,如采用泥浆运运输,用水量较大,成本较高.作业所需场地地大,设备复杂成本本较高,如遇上顶管的的超浅埋土层层,或遇上渗透系系数特别大的的砾砂,卵石层,施工作业往往往受阻.掘进机械1.具有浮动切削削刀盘的泥水水平衡顶管掘掘进机当刀盘前土压压力过小时,他就前伸,当刀盘前土压压力过大时,就往后退,前伸时,应加快推进速速度,后退时应减慢慢推进速度,这样就可以使使刀盘前的土土压力控制在在设定范围内内.用机械来平衡衡土压力2.具有破碎功能能的泥水平衡衡顶管进机适用口径从600到2400,口径越小,能破碎的砾石石的粒径也越越小,通长600的能破碎粒径径为100mm的砾石,2400的能破碎500mm的砾石.有的机头破碎碎粒径可达顶顶管口径的40%~50%3.气压式泥水平平衡顶管掘进进机适用于大直径径顶管工程通过调节供给给的压缩空气气的压力大小小,实施调节泥水水舱内压压力的高低.可精确到0.1KPa.特点:平衡比较彻底底,施工后地面沉沉降极小.4.浓泥水平衡顶顶管掘进机比普通泥水式式掘进机适用用的泥水相对对密度要高很很多,接近泥浆,为使浓泥水的的流动性更好好,需在浓泥水中中加入许多添添加剂(仍归属在泥水水式顶管范畴畴,浓泥水的相对对密度接近泥泥浆,其流动性比泥泥浆要好得多多).特别适用于卵卵石层地质(渗透性特别大大的卵石层).不需对卵石进进行破碎,可排出卵石的的粒径可达管管径的1/3.与其他泥水式式顶管比较,采用浓泥水式式顶管的推力力要低很多,尤其在沙砾土土中表现更加加明显,非常适用于长长距离顶管和和曲线顶管.工艺原理:根据土压平衡衡的基本原理理,利用顶管机的的刀盘切削和和支承机内土土压舱的正面面土体,抵抗开挖面的的水,土压力以达到到稳定的目的的.以顶管机的顶顶速即切削量量为常量,螺旋输送机转转速即排土量量为变量进行行控制土压舱舱内的水,土压力与切削削面的水,土压力保持平平衡土压平衡式分类:泥土式,泥浆式,混合式泥浆式:指排出含水量量相当大的弃弃土(可能是地下水水丰富,也可能是人为为的加入添加加剂造成的)优点:适用的土质范范围广,从软黏土到砂砂砾土都能适适用,是一种全土质质的顶管掘进进机,能保持挖掘面面稳定,地面变形极小小,施工时的覆土土可很浅,是其他形式的的顶管机无法法做到的(覆土太浅时,手掘式顶管地地面易塌陷,泥水式和气压压式顶管则易易冒顶和跑气气).弃土运输处理理方便,作业环境好.缺点:在砂砾层和粘粘粒含量少的的砂层中施工工时,必须采用添加加剂改良土体体.掘进机多刀盘土压平平衡顶管掘进进机DK式土压平衡顶顶管掘进机中心螺旋式顶顶管掘进机切削密封土压压式掘进机与泥水平衡式式的最大区别别在于:气压平衡式顶顶管机通过一一个隔板将破破碎室分隔为为两个区域,后面是压力室室,以压力墙为界界,在其上部可以以形成一个压压气区,平衡压力就是是通过这一压压气区作用于于气水不平衡衡的工作面上上.全气压式挖掘面上和管管道内所有工工作人员都在在气压条件下下工作,整个顶管管道道内都充满一一定压力的压压缩空气.全气压顶管的的工具管大多多为手掘式,挖土的多用人人工,工具管构造较较简单.施工效率很低低,仅为普通手掘掘式顶管的30%~50%有钢制的气压压舱也有混凝凝土管制的气气压舱气压平衡式局部气压式压缩空气仅仅仅作用在挖掘掘面上,相对于全气压压施工而言.操作人员在常常压下工作.气压施工的特特殊要求1.对土质的要求求渗透系数大于于1X10-2cm/s的砂砾层中,因透气性大,且地下水多,漏气很厉害,不宜采用2.对环境的要求求设备多,占地较大,空压机噪音很很大,不宜在居民密密集区材采用用3.对作业人员的的要求必须是进过训训练的专业人人员,身强力壮.优点:平衡压力的调调节和排泥系系统的排量是是截然分开的的,互不干扰,可更准确的调调节平衡压力力,特别是非均匀匀地层中施工工.缺点:造成的地面沉沉降较大,因为气压在疏疏干地下水过过程中,会造成土体的的压密沉降,另外顶进过程程中又会对土土体产生扰动动沉降.全气压式设备备复杂,要求可靠性高高,劳动强度大,对作业人员身身体健康有特特殊要求,除了为排除机机械故障和为为清除顶进中中的障碍外很很少采用全气气压式顶管施工技术术的发展历史史顶管施工工法法工艺选择及及实施顶管工程中应应注意的问题题进出洞技术措措施穿墙止水构造造（如图）主要由挡环、、盘根、轧兰兰组成。轧兰将盘根压压紧后起止水水挡土作用。。为避免地下下水和掘土大大量涌入工作作井，应在穿穿墙管内事先先填埋经夯实实的黄粘土。。（2）洞口止水方方法不同构造的工工作井，洞口口止水的方式式不同。a.钢板桩围成的的工作井中，，应在管道顶顶进前方的井井内浇筑一道道前止水墙。。墙体可由较较高强度等级级的素混凝土土筑成。b.方形钢筋混凝凝土井，不必必设前止水墙墙C.圆形钢筋混凝凝土井,需浇筑一睹弓弓形的前止水水墙.将洞口止水水圈圈安装在平面面上,而不安装在圆圆弧面上.d.覆土很厚或穿穿越江河的工工作井中,洞口止水圈需需做成两道,一道是充气的的,一道是普通的的止水圈.在长距离顶管管或覆土较厚厚的顶管中必必须做.(3)进出洞口措施施门式加固法:对管道两侧和和顶部一定宽宽度和长度范范围内