07地下结构工程第七章-顶管法

地下结构工程第07章第7章顶管法顶管法与盾构法都是修建地下管道和隧道的重要方法。7.1概述7.1.1顶管法简介采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地.顶管法施工示意图主要用于特殊地质条件下的管道工程中：①穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输油管道工程；②穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、煤气管道工程；③穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电缆管道工程；④水库坝体涵管重建工程等。发展趋势中继环接力顶推装置、触变泥浆减阻顶进技术，自动测斜纠偏技术、泥水平衡技术、土压平衡技术、气压保护技术和曲线顶管技术。7.1.2顶管法的关键技术1）方向控制：与设计轴线一致，对顶力的影响，保证中继环正常工作；2）顶力大小及方向：管尾顶进方式，顶进距离必然受到限制，一般采用中继环接力；3）工具管开挖面正面土体的稳定性；4）承压壁后靠结构及土体的稳定性7.1.3顶管法的工程地质勘察勘察要点：①土层类别、埋深②各土层土体的物理、力学性质③地下水位、压力④地下水和土的腐蚀性⑤土层冻结深度⑥地下管线⑦地下洞室⑧临近建筑物基础⑨地面动载7.2顶管工程设计工作井设置，顶管顶力估算以及承压壁后靠结构及土体的稳定问题。7.2.1顶管工作井设置1）供顶管机头安装用的顶进工作井（称顶进井）；2）供顶管工具管进坑和拆卸用的接收工作井（称接收井）。（a）双向顶进；（b）单向顶进工作井实质上是方形或圆形的小基坑，其支护类型同普通基坑，其平面尺寸较小，支护经常采用钢筋混凝土沉井和钢板桩。管径≥1.8m或顶管埋深≥5.5m时普遍采用钢筋混凝土沉井作为顶进工作井。沉井作为工作井时，一般采用双向顶进；采用钢板桩支护工作井时，一般采用单向顶进。一井多用工作井在施工结束后，一部分将改为阀门井、检查井。工作井地面影响范围一般按井深的1.5倍计算，在此范围内的建筑物和管线等均应采取必要的技术措施加以保护。顶管工作井的深度（1）顶进工作井3211hhhHh1——地表至导轨顶的高度（m）；h2——导轨高度（m）；h3——基础厚度（包括垫层）（m）。（2）接收工作井4312hhhHH2——地表至基底的高度（m）；h1——地表至支承垫顶的高度（m）；h3——基础厚度（包括垫层）（m）h4——支承垫厚度（m）；防水构造工作井的洞口应进行防水处理，设置挡水圈和封门板，进出井的一段距离内应进行井点降水或地基加固处理，以防土体流失，保持土体和附近建筑物的稳定。工作井的顶标高应满足防汛要求，坑内应设置集水井，在暴雨季节施工时应防止地下水流入工作井，事先在工作井周围设置挡水围堰。7.2.2顶管顶力估算克服顶管管壁与土的摩阻力及前刃脚切土时的阻力：N1——管顶以上的荷载；N2——全部管道自重；E——顶管两侧的土压力；R——土对钢刃脚正面的单位面积阻力k——系数，一般采用1.2。]2)([322111RAEffNNfNkP7.2.3顶管承压壁后靠土体的稳定验算1）沉井支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算apFFFFP212各分量计算2221tg(45)2tg(45)tg(45)2222pFBHcHhH2221tg(45)2tg(45)tg(45)2222aFBHcHhH1112aFpHBWF2计算示例2pcK()(45)2popHhKKtg22211()()221tg(45)tg(45)222ppHhKHhhKhHhH无绝对把握的前提下，F1及F2均不予考虑。若不考虑F1及F2，一般采用下式进行沉井承压壁后靠土体的稳定性验算：S为沉井稳定系数，一般取S＝1.0~1.2。土质越差，S的取值越大。SFFPap本讲要点了解顶管法的工作原理；理解顶管阻力的计算方法；掌握沉井支护工作井承压壁后土体的稳定验算。2）钢板桩支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算首先可以假定不存在板桩。板桩的参与作用，便出现了一条类似于板桩弹性曲线的荷载曲线FPp/23120)2121(phhhhp2bhPp2bhF两段支护情况只有最下面的一段参与承受和传递来自承压壁的反作用力；要用混凝土将下段板桩与上段板桩之间的空隙填充起来，以构成封闭的传力系统。否则，需将h3缩短到上段板桩的下沿。单段支护下的顶管工作井当A点在后靠土体被动土压力线上或在其左侧时，则后靠土体是稳定的，)2(23213hhhbPShp双段支护下的顶管工作井)2(2)(32143hhhbPShhp留有孔口时则平均压力应修改为：2241DbhPp)4122(2223213DbhhhhhPShp)4122()(22232143DbhhhhhPShhp单段支护双段支护当S1时，用缩小h3的办法来增大h2，或者增大b，直至S达到1为止，直至降低P的数值。即增加承压面积。7.3常用顶管工具管顶管工具管有手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式和多刀盘土压平衡式等。手掘式顶管工具管为正面全敞开，采用人工挖土，如图所示。手掘式顶管工具管：正面全敞开挤压式顶管工具管：网格切土装置或刃脚放大泥水平衡式顶管工具管设置密封舱泥水平衡式顶管工具管三段两铰型水力挖土式顶管工具管多刀盘土压平衡式顶管工具大刀盘土压平衡顶管机主顶设备地表沉降一般顶管工具引起的地表沉降量可控制在50~100mm，而采用泥水平衡式顶管工具管引起的地表沉降量更在30mm以下。顶管工具管的基本原理及施工工艺与盾构基本相似。7.4中继环7.4.1中继接力原理顶进阻力超过主千斤顶的容许总顶力、管节容许的极限压力和工作井承压壁后靠土体极限反推力三者中之一，采用中继接力顶进技术。采用中继接力技术时，将管道分成数段，在段与段之间设置中继环。中继环示意图采用中继接力技术以后，管道的顶进长度不再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。7.4.2中继环构造（1）短冲程千斤顶组（冲程为150~300mm，规格、性能要求一致）；（2）液压、电器与操纵系统；（3）壳体和千斤顶紧固件、止水密封圈；（4）承压法兰片。7.4.3中继环自动控制从工具管向工作井依次按1#、2#……编号。工作时，首次启动1#，中继环顶推行程达到允许行程后停止1#中继环，启动2#中继环工作，直到最后启动工作井千斤顶。7.5管道及其接口顶管所用管道按其材质分钢筋混凝土管和钢管两类，钢管接口一般采用承插、法兰、螺纹或焊接。排水管道采用的预制钢筋混凝土管道；煤气管道一般采用铸铁管和钢管；上水管道普遍采用的钢筋混凝土管及钢管；外包钢板复合式钢筋混凝土管和钢筋混凝土管道的顶距已达100~290m，钢管的顶距已达1200m。2002.1嘉兴污水处理排海工程中，利用直径为2米的钢筋混凝土顶管，实现了一次顶进2060米，超越上海奉贤创造一次顶进1856米（1999）。本讲要点掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算；了解顶管工具管的施工工艺；理解中继接力原理。本章要点顶管设计的关键技术；掌握沉井支护工作井承压壁后土体的稳定验算；掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算；