地下工程培训(PPT课件)

顶管施工主要用于：
地下给排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。
顶管施工的发展：
在引进国外先进技术的同时，先后开发了水力机械顶 管机、反铲顶管机、土压平衡顶管机和泥水平衡顶管机。 长距离顶管技术也得到了开发和应用。混凝土管节制作技 术和管节防水技术也得到了发展和提高。
一、局部气压反铲式顶管机
德国较早开发反铲式顶管机技术，开挖面施加气压可 用于含水地层，尤其适用砂性土和混有砾石、卵石的地层。 1990年，上海污水治理一期3.2标工程采用德国崔柏林公司 的Φ4000反铲顶管机一次顶进800m。1993年，上海隧道公 司研制的Φ2200反铲顶管机，用于深圳华侨城排水管道工 程，一次顶进1053m。
（6）可以大大提高隧道的成环质量和管片防水性能，这是 因为销钉技术提高了管片拼装精度，接缝间隙大大减小。
管片的拼装方式有通缝拼装和错缝拼装两种。 图1-14 圆形隧道
通用管片的工作机理:是管片成环后将成为非等宽衬砌 环，通过对相邻管片环的旋转排列可以达到拼装成三维曲 线（含曲率半径为无穷大的直线隧道）隧道的目的。
（2）可以实现连续施工，这是因为在管片拼装时，盾构可 以不停顿地继续推进，大大提高了工作效率；
（3）可以减少隧道上方的土体沉降，这是因为盾构能够保 持连续推进气并能及时进行壁后注浆，有效地充填建筑孔 隙；
（4）可以减少管片的厚度，这是因为在管片的设计中可以 省略因穿放螺栓的手孔；
（5）可以大大提高管片内壁光洁度，减少水流的摩擦因数， 这对用于水工隧道是非常有利的；
11. 1995年STEC使用以日本为主制造的Φ11.22m泥水盾构建造了上海黄浦江下
的延安路南线隧道。 12. 1998年至今，STEC在承接新加坡东北线地铁工程的施工过程中，掌握了当 今流行的通用管片的使用方法等国际最新盾构施工技术 。
第 2 节 顶管施工技术
顶管施工技术：
其机头的掘进方式同盾构，但其推进的动力由放在始 发井内的后顶装置提供，故其推力要大于同直径的盾构隧 道。顶管管道是由整体浇筑预制的管节拼装成的，一节管 节长2～4m，对同直径的管道工程，采用顶管法施工的成 本比盾构法施工的要低。
一条外径为 2.18m的行人隧道。 1886年，伦敦地铁时首次使用了压缩空气盾构。
2.第一台机械化盾构的专利： 1876年，由英国的John Dickinson Brunton和Gerge
Brunton合作申请。如图1-1所示，第一台机械化盾构的设 想是用由几块板构成的半球状刀盘旋转切削土体，然后靠 径向转动的土斗将切削下来的土体运到皮带输送机上。
（4）微型液压顶管机:管径Φ600～1000mm，遥控操作， 顶进长度60～80m，由上海隧道工程股份有限公司研制。
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钻孔轨迹的监测和调控是水平定向钻进最重要的技术环节。
目前一般采用随钻测量的方法来测定钻孔的顶角、方 位角和工具面向角，采用弯接头来控制钻进方向，
图1-17 定向钻进施工法
五、我国非开挖施工技术及设备的发展现状
我国自行研制的主要非开挖施工设备分类如下:
（1）水平钻机:管径Φ40～1050mm，钻进距离50～100m， 一般为50m，分别由地矿部勘探所、北京市政工程研究所、 天津市政三公司、江汉石油机械厂研制。
图1-3 泥水盾构 特点：泥水处理系统比较复杂，可用于粘土地层，大 多数情况是在含水砂层中使用。
1974年，日本土压平衡盾构。在此之前，虽然压缩空 气盾构和泥水盾构己能克服含水层中的施工问题，但压缩 空气对人体的危害和泥水对环境的不利影响促使日本的隧 道专家寻找一个更好的解决问题的办法，土压平衡盾构便 应运而生了。
二、中国盾构技术发展概述
1.第一个五年计划期间,东北阜新煤矿用直径2.6m盾构及小型混凝土预制块建造
了疏水巷道。
2. 1957年在北京下水道工程中也用过直径为2.0m及2.6m的盾构。 3.1963年上海隧道公司在浦东塘桥第四纪软弱含水地层进行的Φ4.2m盾构隧道
试验。
4. 1964年隧道公司开发了网格式盾构。 5. 1966年用可封闭式网格盾构建造了直径为10m的上海第一条黄浦江越江隧道 （打浦路隧道）。
地下连续墙施工方法解决：不允许采用放坡开挖 ；不能采 用沉井方法施工 ；降水会引起地面沉降 ；难以保证工程自 身和周围环境的安全。
2.隧道公司从事地下连续墙施工的历史
1960年，上海市为了解决黄浦江越江交通和城市交通 问题，筹建黄浦江越江隧道和地下铁道 。
1963年，隧道公司筑成了国内第一幅用“槽壁法”施 工的地下墙。
图1-7 三圆形盾构
图1-8 竖井隧道一体化盾构
图1-10
混合盾构
Hale Waihona Puke -（a）泥水平衡 图 1
11
合
（b）上压平衡
成
盾
构
（c）机械平衡
5.管片及其联接方式的新发展 管片的联接方式主要是螺栓联接和销钉联接两种方式。
图1-12 塑料销钉
图1-13 钢销钉
Wagner的销钉技术具有以下特点:
（1）施工速度大大提高，这是因为减少了穿螺栓和拧螺栓 的时间；
丹麦 3
德国 7
阿根廷 1
加拿大 2.5
俄罗斯 1
法国 5
英国 2
国家（地区） 澳大利亚
希腊
古巴
西班牙
中国
爱尔兰
数量（条）
1
1
1
1
8
1
2.沉管法在我国的发展
在国外有些国家用沉管法修建水下隧道是一种成熟的 方法，而在我国尚属起步阶段。
目前，我国用沉管法 修建的水下隧道有:
1.宁波常洪隧道; 2.上海外环线下游越江 隧道；
第 3 节 沉管、沉井施工技术的发展
一、沉管隧道施工技术
1.沉管法的历史 目前全世界用沉管法己修建了107条水下隧道，按国别
（或地区）的分布见表1-1。 表1-1 各国（或地区）修建的沉管水下隧道条数
国家（地区） 数量（条）
国家（地区） 数量（条）
美国 25.5 瑞典
2
荷兰 22
比利时 3
日本 20
准备修建的隧道有： 1.武汉长江隧道。
二、沉井施工技术 沉井是一种古老的施工技术，深沉井施工易发生周围
土体塌陷和沉井偏斜，于是开发了不排水下沉施工法和气 压沉井（又称“沉箱”）施工法。
德国首创的中心岛法沉井工法采用沿井壁内周挖槽施 工、泥浆护壁、中间留岛，待下沉至设计标高时再挖去中 间土体，这是一种对周围地表沉降影响非常小的新工艺。
三、泥水平衡顶管机
泥水平衡顶管机可分为： 泥水机械平衡和泥水加压两种顶管机。
工作原理： 泥水加压顶管机采用泥水加压盾构的原理，以膨润土
泥浆充满开挖面密闭舱，在开挖面土体接触面形成泥膜， 起到止水作用，以泥水压力平衡开挖面水土压力。 特点:
适用砂性高水压条件下的顶管施工，其安全性好，施 工机械化、自动化程度高，但制造和施工成本也较高。
6. 1978年在地铁试验段使用了自己生产的高精度管片。 7. 1984年上海隧道工程公司（英文缩写名:STEC）用日本进口的Φ4.33m小刀盘 土压平衡盾构，建造了内径为 3.6m的下水道总管。
8. 1988年STEC设计和使用了加泥式土压平衡盾构。 9. 1990年STEC设计了刀盘削土土压平衡盾构。 10. 1991年STEC使用以法国FCB公司为主制造的土压平衡盾构施工了上海地铁 一号线的大部分区间隧道。
优点： 具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合施
工成本低、社会效益显著等。
适用范围： 穿越高速公路、铁路、建筑物、河流； 在闹市区、古迹保护区、农作物和植被保护区进行市
政、供水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等管线的铺 设、更新或修复。
一、小口径顶管或微型隧道施工法 根据施工方法和出碴系统的不同，可将微型隧道施工法
为确保基坑稳定和环境安全，深基坑施工顺序应考虑 时空效应，必须进行信息化施工和采取局部注浆加固等综 合技术措施。
第 5 节 微型顶管机及非开挖技术的发展
非开挖施工技术： 是指利用各种岩土钻掘的技术手段，在地表不开沟
（槽）的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的施工新 技术，即改传统的“挖槽铺管和修复”施工方式为“钻孔 铺管 和修复”。
1973年，中断多年的“槽壁法”试验在黄浦江边隧道 公司的一个工地上重新开始。
1976年，“槽壁法”试验移师漕河泾三角地，结合上 海地铁试验工程。
在此后至今的20多年中，隧道公司先后承建了上海地 铁一号线中 大部分车站等及其他地下连续墙工程。
二、深基坑围护支撑和开挖施工技术
深基坑开挖施工中一般都要对围护结构进行内支撑或 打锚杆以控制挡土墙的变形。在软土地层不宜施工锚杆的 情况下，一般需要进行内支撑体系。
二、土压平衡顶管机
日本是最早开发土压平衡盾构，并把该项技术用于顶 管工程。
德国在土压平衡顶管机技术方面也处于领先地位。 隧道公司在1989年研制出国内第1台Φ2200土压平衡顶 管机，并开发了土压平衡顶管工法 。
土压平衡顶管机特点： 具有刀盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动小、
地面和建筑的沉降较小等特点，适用于软粘土地层的城市 建筑密集区内进行顶管施工。在砂性土或砾石土层中采用 土压平衡顶管机时，应适当加注泥浆使土体塑流。
（ 2 ） 导 向 钻 机 : 管 径 Φ40～400mm， 钻 进 距 离 2 0 0 ～ 300m,DZ-200全液压动力头导向钻机由河北省地矿局开发， GBS系列由地矿部勘探所研制。
（ 3 ） 气 动 矛 和 夯 管 锤 : 管 径 Φ42～2000mm， 顶 进 长 度 30～100m，分别由地矿部勘探所、长春地质学院、长春 路下工程公司，同济大学研制。