顶管技术基础要点与工程原理

顶管技术基础要点与工程原理顶管技术已成为城市地下管道非明挖施工的重要手段，在给排水、污水整治、通信、电力管道等领域得到了广泛的运用；随着城市综合管廊建设，很多架空线改地下电缆；常常显现高压电缆穿越道路的情况；另外限于城市密集的建筑物，很多地方不具备开挖施工条件，因此顶管施工技术应用越来越多。顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与四周土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子连续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推动到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。顶管机的工作原理图顶管工作原理顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出.推动一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上另一节管道，连续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完毕后，工具管从接收井吊至地面。工作井和接受井维护结构形式应依据水文地质条件、靠近建（构）筑物地上与地下管线情况，结构受力及施工安全等要求合理选型。当工作井埋置较浅、地下水位较高时，宜选用钢板桩或SMW工法；在顶管埋深较深区域，工作井宜采纳沉井或地下连续墙。图某顶管施工现场顶管施工介绍（1）顶管按管子直径大小分：大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。大口径多指直径2m以上的顶管；中口径顶管多为1.2～1.8m；小口径顶管直径为500～1000mm；微型顶管的直径通常在400mm以下，最小的只有75mm。目前顶管施工的最大管径3.6m。（2）按一次顶进的长度（指顶进工作井和接收井之间的距离）分：一般距离顶管和长距离顶管。顶进距离长短的划分目前尚无明确规定，过去多指100m左右的顶管。目前，1km以上的顶管已屡见不鲜，可把500m以上的顶管称为长距离顶管。顶管包括直线顶管和曲线顶管。（3）按平衡原理理论分：顶管机可分为泥水平衡式项管机、土压平衡式顶管机、多功能顶管机等；（4）顶管材质有：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、其他管材的顶管。（5）顶管机型式的选择是依据工程地质、水文地质条件、管道断面尺寸等因素确定，因此，一般不能任意将在其他管道施工用的顶管机重复使用。顶管关键技术1沉降掌控由于顶管施工穿越路径通常为道路铁路、房屋、地下管线等下方，对地面沉降的掌控显得尤为紧要。在推动过程中，顶管引起地层移动的因素重要有：顶管掘进机开挖面引起的土体变化；掘进机纠偏引起的土体变化；掘进机后面管道外周因注浆填充引起的土体变化；管道在顶进中与地层摩擦而引起的地层变化；管道接缝及中继间接缝中泥水流失而引起的地层变化。上述的各种因素所引起的地层变化导致土体向开挖面及管道外周移动，从而引起地面沉降。重要掌控措施：对管道顶进轴线两侧及四周建筑物沉降进行实时监测，依据监测数据适时调整进浆压力、顶进速度等。图某顶管工程管道顶进轴线的沉降图某顶管工程周边建筑物沉降2洞口土体加固及封门2.1洞口土体加固在顶管机顶出洞口时，假如洞口土体强度不够，大量土体和地下水将涌入工作坑，将导致洞口四周地表大面积沉降，塌陷。影响大时将无法连续施工，管道覆土降低造成管头上翘或偏移。不论是松散的砂土还是饱和含水软粘土，自身均缺少独立性和防水性，一旦显现临空面时，土体将产生大量的滑坡坍塌，显现涌水、涌泥等。要使顶管出洞进洞安全牢靠，需要对洞口土体进行加固处理。加固方法包括：高压旋喷桩技术、搅拌桩技术、注浆技术和冻结技术等。2.2封门洞口封门是土体加固的辅佑襄助措施。封门起着防止水渗漏和挡土的作用，顶管工具管在进洞或出洞时需首先穿越工作井或接收井井壁上的封门，这就要求封门能够便利地拆除或打开。依据工程地质和水文地质情况及选用工具管的类型，封门在工作井施工时，均应能支撑侧向的水土压力。采纳沉井施工时，工作井和接收井的临时封门可采纳外钢封门、内钢封门、砖砌封门、钢筋混凝土封门、型钢封门或以上几种的组合形式。钢板桩外封门是应用比较广泛的一种封门形式。在沉井制作完成准备下沉前，在井壁洞口外侧设置密排钢板桩，并固定在其上部，使钢板桩与沉井一起下沉，钢板桩防范侧向土压力，侧向水压力可以在洞口内做砌块加外粉刷来防范。通常，在埋深比较浅时，钢板桩通常采纳一般槽钢；当深度超过10m以上时，要考虑采纳拉森钢板桩。图外钢封门3洞口止水洞口止水装置的设计对顶管能否顺当地进出洞、保证顶进过程中洞口的密封的牢靠性至关紧要，这通常是顶管施工的薄弱环节，应引起重视。工作井、接收井的穿墙孔应设置止水装置。止水装置可采纳盘根止水和橡胶板止水，也可采纳组合式止水。砂土、粉土土层宜采纳盘根止水，黏性土土层宜采纳橡胶止水，长距离或承压水土层中宜采纳组合止水。图盘根止水图橡胶板止水4注浆减阻泥浆减阻技术是顶管施工关键技术之一，泥浆重要起到润滑减缓顶管阻力作用，另一方面又可以起到稳定周边土层的作用。泥浆减阻效果不好，会导致顶力加添，严重会导致工作井承受不了较大顶力井壁破坏，顶力加添会使中继站数量加添，施工速度减慢，成本加添。出洞口注浆可以防止顶管机被土裹握情况显现。注入的泥浆又称触变泥浆，由彭润土、高分子聚凝剂、氧化镁/片碱、水按肯定比例配制。不同的土质采纳不同配方，触变泥浆性能指标要求见下表。顶进施工前应做触变泥浆搭配比试验。泥浆应充分搅拌使其水化，泥浆搅拌完成宜放置24h后再行使用。注浆间距，通常混凝土管取3～5管节，每组注浆孔在同一截面上设2～4个，管底不宜设置注浆孔。在掘进机尾部应设置一组主注浆孔；在每个中继站处应设注浆孔。顶进施工中，减阻泥浆的用量重要取决于管道四周空隙的大小及四周土层特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量要比理论用量大得多。通常，对于黏性土和粉土不应大于理论注浆量的1.5～3倍，对于中粗砂层应大于理论注浆量的3倍以上。由于顶进距离长，一次压浆无法到位，需要设置泥浆接力站，接力输送。图注浆施工示意图非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物浩繁、地下管线多而杂的城市是特别紧要的，它将为城市制造一个干净、舒适和美好的环境。非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，它涉及的是利用少开挖，即工作井与接收井要开挖，以及不开挖，即管道不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换，它的技术要点在于矫正管子在地下延长的偏差。特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综合功能。这种技术的优点是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不破坏环境；不影响管道的段差变