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顶管法施工1、技术简介顶管施工就是非开挖施工办法，是一种不开挖或者少开挖管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生顶力，克服管道与周边土壤摩擦力，将管道按设计坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完毕顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。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始终推动到接受坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对都市建筑物破坏和道路交通堵塞等难题，在稳定土层和环保方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂都市是非常重要，它将为都市创造一种干净、舒服和美好环境。非开挖技术是近几年才开始频繁使用一种术语，它涉及是运用少开挖，即工作井与接受井要开挖，以及不开挖，即管道不开挖技术来进行地下管线铺设或更换，顶管直径DN800—4500。通过工作井把要埋设管子顶入土内，一种工作井内管子可在地下穿行1500米以上，并且还能曲线穿行，以绕开某些地下管线或障碍物。它技术要点在于纠正管子在地下延伸偏差。特别合用于大中型管径非开挖铺设。具备经济、高效，保护环境综合功能。这种技术长处是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不影响交通；不破坏环境；施工不受气候和环境影响；不影响管道段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。该技术在国内沿海经济发达地区广泛用于都市地下给排水管道、天燃气石油管道、通讯电缆等各种管道非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路堵塞，具备明显经济效益和社会效益。2、技术原理顶管施工是继盾构施工之后而发展起来一种地下管道施工办法，它不需要开挖面层，并且可以穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工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井内穿过土层始终推到接受井内吊起。与此同步，也就把紧随工具管或掘进机后管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道施工办法。3、现状分析通过近年发展，顶管技术在国内已得到大量地实际工程应用，且保持着高速增长势头，无论在技术上、顶管设备还是施工工艺上获得了很大进步，在某些方面甚至达到了世界领先水平。上海隧道股份有限公司在江苏省常州完毕了长2050m、直径2m钢筋水泥管顶管工程，是当前已完毕国内最长顶管工程。8月～12月嘉兴市污水解决排海工程一次顶进2050m超长距离钢筋混凝土顶管，由于选取了合理顶管机具型式、成功地解决了减阻泥浆运用和轴线控制等技术难题，用约5个月完毕所有顶进施工，创造了新顶管施工记录。全长3600m、管径为1.8米钢管从23至25米深地下于9月成功横穿黄河，无论从顶进长度、埋深、地质条件，还是钢管直径在国内尚属初次。其中最长一段位于黄河主河床上，长达1259米，还要穿越较厚砾砂层与黄河主河槽，既是国内西气东输项目核心工程，也是当前世界上复杂地质条件下大直径钢管一次性顶进距离最长顶管工程。上虞市污水解决工程中，玻璃纤维夹砂管初次成功地应用于顶管。在无锡长江引水工程中中铁十局十公司采用国产设备直径2200mm钢管双管同步顶进2500米。以上工程均标志着我国顶管施工水平达到一种新高度，与世界先进水平日益接近。然而与国外发达国家，如日本、德国等先进机械设备及施工技术水平相比，国内依然有着明显差距。4、发展方向随着国内经济持续稳定地增长，都市化进程进一步加快，国内地下管线需求量也在逐年增长。加之人们对环保意识增强顶管技术将在国内地下管线施工中起到越来越重要地位和作用。非开挖技术发展必将向规模化、规范化、国际化方向发展。在国内经济高速增长支持下，顶管技术发展将面临前所未有机遇，在加快引进国外先进技术基本上，努力消化创新，加强研发和人才培养，其前景是非常乐观。纵观国内外顶管技术发展，发展方向将是多元化和多样化。在顶管直径方面，除了向大口径管顶进发展以外，也向小口径管顶进发展。当前顶管技术最小顶进管口径只有75mm，最大已达到5m(德国)，大口径顶管有取代小型盾构趋势。在适应性方面，发展宽范畴、全土质型顶管机是必然趋势，适应范畴将大为延伸，从N值为极小土到N值为五十多砾石，直至轴压强度达两百MPa岩石。将微电子技术、工业传感技术、实时控制技术和当代化控制理论与机械、液压技术综合运用于顶管机械上是顶管技术发展趋势。数字化、信息化、智能型顶管机研制将得到更多关注，纠偏精度、自动化限度也将得到大力提高。在不久将来，某些全自动、高精度掘进机会成为施工机械主流。顶管用途随着有关技术发展也将继续扩，从当前重要用于管道铺设将发展为管道铺设、涵顶进、地下人行通道管棚式施工等多用途型。当前顶管截面形状基本上都是圆形，此后发展趋势是圆形、矩形、圆拱形、多边形等，以适应箱涵顶进等各种工程需要，故截面形状多元化是必然趋势。当前顶管施工形式重要为土压式、泥水加压式，后来发展将在进一步吸取国外技术基本上，应用管套式、气泡式等等各种形式顶管施工技术。随着高精度长距离测量技术进一步发展应运，通风系统完善，中继间技术、注浆减摩技术进步，排渣系统发展、刀盘切削系统、推动系统、出土输送系统、供电液压系统、监控系统、测量导向系统，等一系列技术突破，既有一次性顶进距离将不断刷新，各种复杂曲线顶管也将陆续浮现。当前国内已成立北京、上海、广州和武汉四个非开挖技术研究中心，国内国际非开挖技术协会单位会员已突破100个，数量居世界第4、亚洲第1。形成了行业协会、科研单位、研究中心和设备生产和施工公司构成强大阵营，并且每年不断有诸多人不断加入到从事顶管等非开挖工作行列，国内顶管技术必将迎来一种崭新阶段。5、顶管法施工工艺顶管法敷管施工工艺类型诸多，按照开挖工作面施工办法，可以分为敞开式和封闭式两种。5.1敞开式施工工艺敞开式施工工艺普通合用于土质条件稳定，无地下水干扰，工人可以进入工作面直接挖掘而不会浮现大塌方或涌水等现象。因其工作面常处在开放状态，故也称为开放式施工工艺。依照工具管不同可分为手掘式、挤压式、机械开挖式、挤压土层式掘进顶管。(1)手掘式顶管工人可以直接进入工作面挖掘，施工人员可随时观测土层与工作面稳定状态，造价低、便于掌握，但效率低，必要将水位减少至管基如下0.5m后，方可施工。当土质比较稳定状况下，首节管可以不带前面管帽，直接由首节管作为工具管进行顶管施工，也是惯用一种顶管施工办法，也称为人工掘进顶管。(2)挤压式顶管挤压式掘进顶管普通合用于大中口径管道，对潮湿、可压缩黏性土、砂性土较为适当。该办法设备简朴、安全，又避免了挖装土工序，比人工挖掘提高效率1～2倍。它是将工作面用胸板隔开后，在胸板上留有一喇叭口形锥筒，当顶进时将土体挤入喇叭口内，土体被压缩成从锥筒口吐出条形土柱。待条形土柱达到一定长度后，再用钢丝将其割断，由运土工具吊运至地面。其构造形式如图8-2所示。(3)机械开挖式顶管机械开挖式顶管是在工具管前方装有由电动机驱动刀盘钻进挖土，被挖下来土体由皮带运送机运出，从而代替了人工操作。普通合用于无地下水干扰、土质稳定黏性土或砂性土层。其构造形式如图8-3所示。(4)挤压土层式顶管挤密土层式顶管前端工具管可分为锥形和管帽形，仅合用于潮湿黏土、砂土、粉质黏土，顶距较短小口径钢管、铸铁管，且对地面变形规定不甚严格地段。这种工具管安装在被顶管道前方，顶进时，工具管借助千斤顶顶力将管子直接挤入土层里，管子周边土层被挤密实，常引起地面较大变形。其构造形式如图8-4所示。5.2封闭式施工工艺封闭式施工工艺普通合用于土质不稳定、地下水位高，工人不能直接进行开挖施工条件。为防止工作面塌方、涌水对人身导致危害，常将机头前端挖掘面与工人操作室之间用密封舱隔开，并在密封舱内充入空气、泥浆、泥水混合物等，借助气压、土压、泥水混合物压力支撑开挖面，以达到稳定土层、防止塌方、涌水以及控制地面沉降目。(1)水力掘进顶管法水力掘进顶管挖土是运用高压水枪射流将顶进前方土冲成泥浆，再通过泥浆管道输送至地面储泥场。整个工作是由装在混凝土管前端工具管来完毕，其构造形式如图8-5所示。工具管前端为冲泥舱。掘进时先开动千斤顶，由刃脚将土切入冲泥舱，然后用人工操纵水枪操作把，将土冲成泥浆。泥浆通过格栅进入真空室由泥浆管吸入工作坑，再由泥浆泵排至储泥场。冲泥舱是完全密封，其上设有观测孔和小密封门，用于操作和维修。管道掘进方向由中间部位校正管控制。工具管后端是气闸室。气闸室是作为维修人员进出高压区时升压和降压之用。当前端工具管浮现故障时，维修人员可通过小密封门进入冲泥舱，为防止小密封门打开后涌入大量泥水，可先封闭气闸室，经升压后再进行操作，保证气压和泥水压力平衡。维修完毕后，再逐渐降压，恢复正常掘进。水力切削式机头生产效率高，其冲土、排泥持续进行，可改进劳动条件，减轻劳动强度，但需耗用大量水，且需要有较大存泥浆场地，故在某些缺水地区受到限制。(2)土压平衡式顶管法土压平衡就是将刀盘切削下来土、砂中注入流动性和不透水性“作泥材料”，然后在刀盘强制转动、搅拌下，使切削下来土变成流动性、不透水特殊土体使之布满密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面土压力。此法密封舱设立在工具管前方，工作人员可在密封舱外，通过操作电控开关来控制刀盘切削和顶进速度。螺旋输送器出土量和顶进速度，应与刀盘切削速度相配合，以保持密封舱内土压力与开挖面土压力始终处在平衡状态。土压平衡式顶管法惯用于含水量较高黏性、砂性土以及地面隆陷值规定控制较严格地区。其构造形式如图8-6所示。(3)泥水平衡式顶管法泥水平衡顶管惯用于控制地面变形不大于3cm，工作面位于地下水位如下，渗透系数不不大于10-1cm/s黏性土、砂性土、粉砂质土作业条件。其特点是挖掘面稳定，地面沉降小，可以持续出土，但因泥水量大，弃土运送和堆放都比较困难。此法和土压平衡式顶管法同样，都是在前方设有密封舱、刀盘、螺旋输送器等设备。施工时，随着工具管推动，刀盘不断地转动，进泥管不断地进泥水，而抛泥管则不断地将混有弃土泥水抛出密封舱。在密封舱内，常采用护壁泥浆来平衡开挖面土压力，即保持一定泥水压力，以此来平衡土压力和地下水压力。管道顶进办法选取，应依照管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素拟定。本章将重点简介手掘式顶管法施工工艺。6、顶管工作坑布置顶管工作坑又称竖井，是顶管施工起始点、终结点、转向点暂时设施，工作坑内安装有导轨、后背及后背墙、千斤顶等设备。6.1工作坑种类及设立原则依照工作坑顶进方向，可分为单向坑、双向坑、多向坑、转向坑和交汇坑等形式，如图8-7所示。工作坑位置依照地形、管线位置、管径大小、地面障碍物种类等因素来决定。排水管道顶进工作坑普通设在检查井位置；单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；依照地形和土质状况，尽量运用原土后背；工作坑与穿越建筑物应有一定安全距离，并应考虑6.2工作坑尺寸工作坑应具备足够空间和工作面，方能保证顶管工作顺利进行。其尺寸和管径大小、管节长度、埋置深度、操作工具及后背形式关于。工作坑尺寸可按图8-8所示由公式进行计算。1-管子；2-掘进工作面；3-后背；4-千斤顶；5-顶铁；6-导轨；7-内涨圈；8-基本(1)工作坑宽度：W=D1+2B+2b(1)式中W——工作坑底部宽度，m；D1——管道外径，m；2B+2b——管道两侧操作空间及支撑厚度，普通可取2.4～3.2m。(2)工作坑长度：L=L1+L2+L3+L4+L5(2)式中L——矩形工作坑底部长度，m；L1——工具管长度，m。当采用管道第一节管作为工具管时，钢筋混凝土管不适当不大于0.3m，钢管不适当不大于0.6m；L2——管节长度，m；L3——出土工作间长度，m；L4——千斤顶长度，m；L5——顶管后背厚度，m。(3)工作坑深度：当工作坑为顶进坑时，其深度按式(8-3)计算。H1=h1+h2+h3(3)当工作坑为接受坑时，其深度按式(8-4)计算。H2=h1+h3(4)式中H1——顶进坑地面至坑底深度，m；H2——接受坑