顶管施工法简介

什么是顶管法?

非开挖技术简介

随着国家现代化的进程，城市建设脚步越来越快，各种市政管线在地下纵横交错、层叠密布，地面上的市政建筑越来越多，开挖施工使道路质量变差、破坏环境，同时给人们的生活、工作带来诸多不便，施工成本越来越高。为了解决现有市政设施与施工的矛盾，诞生了一项新的施工技术——非开挖技术。

非开挖技术是指在不开挖或只开挖少量作业坑的条件下，利用岩土钻掘技术进行铺设、修复、和更换管道的，它高效、优质、成本适中、对环境友善，具有不影响交通、不污染环境等优点，在许多情况下，比开挖法施工周期短、综合成本低、安全性好。现已经成为城市市政施工的主要手段，广泛应用于穿越公路、铁路、建筑物、河流以及在闹市区、古迹保护区、农作物和植被保护区等不允许或不能开挖的条件下进行煤气、电力、电讯、有线电视线路、石油、天然气、热力、排水等管道的铺设。

非开挖技术的种类

1. 暗挖技术

2. 定向钻进技术

3. 夯管技术

4. 水平钻技术

5. 冲击茅技术

6. 顶管技术

7. 盾构技术

顶管技术

利用主顶千斤顶及管道中继间千斤顶的推力，将管道从工作坑内穿过土层一直推到接收坑，同时，将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。

分为人工顶管、机械顶管、水射流顶管、挤压顶管四大类，工作中根据管径、土层状况、管线长度、技术经济性来选定。

顶管施工的历史

最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。 1948年日本第一次采用顶管施工方法，在尼崎市的铁路下顶进了一根内径

600mm的铸铁管，顶距只在6米。

国内1953年北京第一次进行顶管施工，1956年上海也开始进行了顶管试验。1978年上海开发了适用于软粘土和淤泥质粘土的挤压法顶管。1984年国内开始引进国外的机械顶管设备，随之也引进了顶管理论、顶管施工方法，诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、气压平衡理论等。

1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机。

顶管施工的理论

顶管施工中最为流行的有三种工作面平衡理论：

1. 气压平衡：在所顶进的管道中及挖掘面上充满一定压力的空气，以空气的压力来平衡在下水及土层的压力。有全气压平衡和局部气压平衡之分。

2. 土压平衡：以顶管掘进机土舱内泥土的压力来平衡顶管掘进机所处土层的土压力和地下水压力。

3. 泥水平衡：以含有一定量粘土，且具有一定相对密度的泥水充满顶管掘进机的泥水舱，并对它放加一定的压力，以平衡地下水压力和

土压力的一种顶管施工方法。

顶管技术的分类

1. 按顶管作业的形式

人工顶管

挤压顶管

水射流顶管

机械顶管：泥水式、泥浆式、土压式、岩石式

2. 按管径分

大口径大于2000毫米

中口径 900毫米∼2000毫米

小口径小于900毫米

3. 按顶进轨迹

直线顶管

曲线顶管

4. 按顶进距离

短距离顶管小于100米

中距离顶管 100米--300米

长距离顶管大于300米

人工顶管

在推进管前安装一个带刃口的钢制管子（称为工具管），其具有挖土保护和纠偏功能，人在工具管内挖土、运土，随后利用安装在工作井内的千斤顶逐渐分段顶入。

特点：工作坑尺寸较小，结构工求不高，造价较低，劳动强度大，施工安全性差，易造成地面下沉，效率较低，需全面降水。

机械顶管技术

在推进管前端装上掘进机械，利用掘进机进行掘土、破碎、输送的顶管施工方法称为机械顶管。相应的顶管机械有泥水平衡顶管机、加泥式顶管机、土压平衡顶管机、岩石掘进式顶管机。

机械顶管工艺

顶管技术(Pipe jacking)表述的不但是一种具体的非开挖管道铺设方法，同时还是以顶管施工原理为基础的一些非开挖铺管技术的总称，因此必须把施工原理和具体的施工方法区分开来，不能相互混淆。

这种采用液压油缸将管段顶入由切削刀盘或掘进机形成的钻孔中构成衬砌的施工方法，除了适用于顶管工法外，也同样适用于螺旋钻进

和微型隧道工法；无论是施工一个直径只有100mm的螺旋钻套管，还是顶进大的车辆交通箱涵，所采用的顶管施工原理都是一样的。

在文献中，顶管技术(Pipe Jacking) 也被称为液压顶管技术。该施工方法的实质就是，所要顶进的管道在主顶工作站的作用下(有时需要中间站或中继站辅助)，由始发井始发，顶进至目标井。在施工中，通过位于第一节管道的可控顶管机(或盾构机)，可以实现直线或曲线顶进，一般情况下，顶管机的操作和控制可以直接在地下的工作现场由操作人员来完成，特殊情况下(如微型隧道施工技术)，也可以通过位于地表的控制台进行遥控。岩石的破碎方法可以在工作面上通过手工、机械或者水力的方法进行分步破碎来实现，也可以通过机械全断面破碎来实现。破碎下来的岩粉或泥土可以通过压力墙上的进土口进入顶管机，并通过已铺设好的管线运至地表。

具体的顶管技术是指首先采用顶管掘进机(Cutting Shield)成孔，然后将人可进入的尺寸大小的管道从顶进工作坑(Drive Shaft)顶入以形成连续衬砌的管道非开挖铺设技术。顶管施工对管段的截面形状没有特殊要求，但通常以圆形截面居多，也可以是方形的(如箱涵)。

顶管技术最初主要用于路基穿越铺设保护套管，目前在该领域仍被广泛采用。随着技术的不断进步，该技术也可直接应用于管道铺设(如重力下水管道)，而不再需要保护套管，顶管技术也因此进入了传统

的小直径隧道施工市场，与管片拼装形成衬砌的隧道施工方法构成了竞争。实质上，顶管法所用的顶管机(掘进机或盾构机，shield)和管片隧道施工法采用的隧道掘进机(Tunnel Boring Machine-TBM)是没用区别的，这两种施工方法的区别仅在于隧道衬砌构筑方法不同。

顶进管道具有两个作用，一是支撑开挖空间，二是作为管线建筑物。根据其直径大小(按标准规定管道的直径>DN/ID 1400)，管道可以事先在工厂预制，也可以在施工现场的野外工厂生产，这主要决定于对管道运输的长度和重量的相关规定以及管道加工的经济性。通常可运输的最大管道直径应限制在DN/ID 3000或DN/OD 3800。较大直径的管道必须在施工现场进行制造，由于建一个现场的管道生产车间，需要很大的先期投入，考虑到施工的经济性，通常要根据施工管线的长度来决定；同时，考虑到管道吊装的方便、吊装设备的能力以及对管道重量的限制，单根管道的重量不应>100 t。到目前为止，采用该施工方法顶进的在施工现场制造的最大的钢筋混凝土管道直径为

DN/ID 4100 或DN/OD 5000。