隧道工程(第7章-4顶管)分析

7.4 隧道顶管法施工
2. 顶管法的基本原理
7.4 隧道顶管法施工
3. 顶管法的基本构成
顶进设备 工具管 中继环 工程管 吸泥设备
7.4 隧道顶管法施工
（1）顶进设备
1、后座主油缸 2、顶铁 3、导轨 行程1.1m，顶力400t。 弥补千斤顶行程不足；扩散顶力。 导向作用；高约1m；橡皮导轨。
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（2）工具管（顶管机头）
位置：位于管道最前端，外形与管道相似。 作用：控制方向；出泥；防塌方。 类型：
敞Fra Baidu bibliotek式： 闭口式：
手掘式、机械式 泥水平衡式、土压平衡式
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手掘式
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机械挖掘的敞开式顶管，土质好的话用这种方法不错，投 入不多，效率很高。
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中继环结构 1）短冲程千斤顶组（行程为150~300mm）； 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。 1）从工具管向工作井依次按1#、2# …编号。 2）首先启动1#，达到允许行程后停止，启动 2#中继环工作，最后启动工作井千斤顶。
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又一种矩形掘进机，尺寸2850x6245。
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超高压水力辅助切割破碎式顶管机
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大斜度深坑泥水式顶管机
——向下的顶管机
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（3）中继环
顶进阻力超过以下三者之一时，采用中继接力顶进技术： （1）主千斤顶容许总顶力； （2）管节容许的极限压力； （3）工作井承压壁后靠土体极限反推力。 中继接力时，将管道分成数段，在段与段之间设置中继环。
双向顶进
单向顶进
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1）形状和制作方法 方形或圆形的小基坑，支护类型同普通基坑，常 用钢筋混凝土沉井和钢板桩。 管径≥1.8m或顶管埋深≥5.5m时，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。
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（2）顶力计算
顶进阻力： R=0.25D2+fDL 式中 D—管道外径； L—顶进长度； —正面阻力系数； f—管壁平均摩擦系数。 阻力增大原因： 1、管道弯曲； 2、触变泥浆失水。
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（3）后背结构设计
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5. 施工技术
（1）基本工法
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（2）工艺流程
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（2）工艺流程
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建筑工程学院
7.4 隧道顶管法施工
（3）关键技术
1）穿墙管及穿墙技术 2）顶进与纠偏技术 3）触变泥浆减阻技术 压浆顺序：先压后顶，随顶随压； 泥浆压力：大于地下水压； 压浆量：为理论压浆量的1.2-1.5倍。
日本伊势机公司的TCT系列曲线顶管掘进机，泥水平衡机型， 能适应含砂砾石的地层，可破碎小于1/3直径的卵石。
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矩形顶管机，偏心多轴式刀盘掘进机，图中掘进机断面尺寸 3.98x4.38m（高x宽）
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多轴刀盘式矩形顶管机 这是3轴矩形顶管机正面和3轴刀盘运转轨迹图，中间的 圆孔是排土口，可排出直径小于400mm的石块。
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2）工作井深度设计 顶进工作井
H1 h1 h2 h3
式中， h1——地表至导轨顶的高度；
h2——导轨高度； h3——基础厚度（包括垫层）。
接受工作井
H 2 h1 h3 h4
式中，H2——地表至基底的高度；
h1——地表至支承垫顶的高度； h3——基础厚度（包括垫层）； h4——支承垫厚度；
中继环使用
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（4）工程管
管材：钢管、混凝土管。 直径：通常1.5-3.0m。
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（5）吸泥设备
水力吸泥机
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4. 顶管工程设计
工作井设置、顶管顶力估算、承压壁后靠结构及土体的稳定。
（1）工作井设置
1）顶进井：供顶管机头安装用的工作井； 2）接收井：供顶管工具管进坑和拆卸用的工作井。
《隧道工程》
第7章 隧道工程其他施工方法
邵 鹏 spsyc@126.com
中国矿业大学力学与建筑工程学院
2017年11月4日星期六
7.4 隧道顶管法施工
1. 概述
（1）顶管法概念
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。
机械式
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挡板式机械挖掘式顶管机
机械式
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带纵横切削头的敞口式机械挖掘顶管机
机械式
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泥水平衡式
7.4 隧道顶管法施工
泥水平衡式
三段双铰型
前段：冲泥舱 中段：操作室 后段：控制室
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多刀盘土压平衡式
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7.4 隧道顶管法施工
（2）应用概况
1896年，美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。 1948年，日本用于铁路下管道施工，用手摇液压千斤顶。 1957年前后，日本采用液压油泵驱动油缸作为主顶动力。 我国顶管施工始于1953年的北京和1956年的上海。 1967年，上海研制成功小口径遥控土压式机械顶管机。 1978年前后，上海开发成功挤压法顶管，特别适用于软粘土和淤泥质粘土， 但要求覆土深度须大于两倍的管外径。 1984年前后，北京、上海、南京等地先后引进国外先进的机械式顶管设备， 随之也引进了一些顶管理论、施工技术和管理经验。诸如土压平衡理论、泥水平 衡理论、管接口形式和制管新技术。 1988年上海研制成功我国第一台2720mm多刀盘土压平衡掘进机，先后在虹漕 路、浦建路等许多工地使用。 1992年上海研制成功国内第一台加泥式土压平衡掘进机。
7.4 隧道顶管法施工
手掘式顶管法
7.4 隧道顶管法施工
泥水平衡式顶管法
7.4 隧道顶管法施工
土压平衡式顶管法
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（2）工艺流程
7.4 隧道顶管法施工
（2）工艺流程
7.4 隧道顶管法施工
（2）工艺流程
7.4 隧道顶管法施工
（2）工艺流程
7.4 隧道顶管法施工
（2）工艺流程