顶管法施工课件

图7-21 坡口型式
盾构法和顶管法的主要异同点：
相同点：
（1）二者都属于暗挖法施工大口径（>900 ㎜）地下工程的主要施工方法。
（2）二者都要开挖工作基坑（工作井和接 收井）。 （3）二者工作面的开挖方法，出、进洞施 工技术基本相似。
（4）二者都要注意接缝防水处理、地表沉 降控制、周边环境保护等问题，都要进行 注压浆。
顶管法施工
概述
顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种土层地下工 程施工方法，主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电 讯电缆管的施工。它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、 铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线 等，是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。 地下管线的非开挖施工法主要内容包括：地下管线的铺 设、更换和修复。
工作井及其布置
• 工作井（工作坑或基坑），按其作用分为顶进井（始 发井）和接收井两种。顶进井是安放所有顶进设备的 场所，也是顶管掘进机的始发场所，是承受主顶油缸 推力的反作用力的构筑物，供工具管出洞、下管节、 挖掘土砂的运出、材料设备的吊装、操纵人员的上下 等使用。在顶进井内，布置主顶千斤顶、顶铁、基坑 导轨、洞口止水圈以及照明装置和井内排水设备等。 在顶进井的地面上，布置行车或其他类型的起吊运输 设备。接收井是接收顶管机或工具管的场所，与工作 井相比，接收井布置比较简单。
（a）企口形管及其接口
（b）“q”形橡胶止水圈
（3）承口接口及防水 承口管用“F”形套环接口，接口处用1根齿 形橡胶圈止水。F形接口管是最为常用的 一种管节。它把“T”形钢套环的前面一 半埋入混凝土管中就变成了“F”形接口。 为防止钢套环与混凝土结合面渗漏，在该 处设了一个遇水膨胀的橡胶止水圈。
钢管顶管的接口形式
• 钢管是用一定厚度的钢板先卷成圆筒，再焊成 竹节，钢管两管节之间采用焊接连接，其整体 性好，不易产生渗漏水。为保证焊接牢靠，将 管节端口按一定角度坡口后再焊接。常用的接 口形式有两种：单边V型坡口；K边坡口和单面焊接；K型坡口双面成型的 焊接工艺，即管内外均需焊接，适用于口径较 大的管道中。
• 按顶管机的类型分：手掘式人工顶管、 挤压顶管、水射流顶管和机械顶管 （泥水式、泥浆式、土压式、岩石式 ）。 手掘式顶管的推进管前只是一个钢制 的带刃口的管子（称为工具管），人 在工具管内挖土。掘进机顶管的破土 方式与盾构类似，也有机械式和半机 械式之分。 • 按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶 管、以及其他管材的顶管。 • 按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管
1
顶管施工的基本原理
先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶， 借助主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具 管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑 内吊起，与此同时，紧随工具管或掘进机后面， 将预制的管段顶入地层。 边顶进， 边开挖地层， 边将管段接长的管道埋设方法。
•
施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为 一段顶管的起点和终点，工作井中有一面或两面井 壁设有预留孔，作为顶管出口，其对面井壁是承压 壁，承压壁前侧安装有顶管的千斤顶和承压垫板 （即钢后靠），千斤顶将工具管顶出工作井预留孔， 而后以工具管为先导，逐节将预制管节按设计轴线 顶入土层中，直至工具管后第一节管节进入接收井 预留孔，施工完成一段管道。为进行较长距离的顶 管施工，可在管道中间设置一至几个中继间作为接 力顶进，并在管道外周压注润滑泥浆。顶管施工可 用于直线管道，也可用于曲线等管道。
中继环示意图
管节接缝的防水
钢筋混凝土管节的接口有平口、企口和承口三种类 型。管节类型不同，止水方式也不同。 （1）平口管接口及止水 平口管用“T”形钢套环接口，把两只管子连接在一 起，在混凝土管和钢套环中间安装有2根齿形橡胶 圈止水。
（2）企口接口及防水 企口管用企口式接口，用1根“q”形 橡胶圈止水。止水圈右边腔内有硅 油，在两管节对接连接过程中，充 有硅油的一腔会翻转到橡胶体的上 方及左边，增强了止水效果。
增设中继环（间）
• 为了适应长距离顶进管道的需要，研 制了中继环（又称中继间、中间站）。 即在管道顶进的中途设置辅助千斤顶， 靠辅助千斤顶提供的动力继续顶进管 段，延长顶管的顶进长度，满足敷设 长距离管道的需要。 • 采用中继环时，管道沿全长分成若干 段，在段与段之间设置中继环。中继 环是一个由钢材制成的圆环，内壁上 设置有一定数量的短行程千斤顶，产 生的推顶力可用于推进中继环前方的 管道。
不同点：
（1）盾构法的衬砌为管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装， 拼装好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为管节，且每环管节是 一次预制成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接 收井位置。 （2）盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿，而顶管 法施工的主顶进装置布置在工作井内，如果顶力不足要加设中继 间。 （3）盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块，顶块必须采用球面接头， 在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。顶管法的 主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶 缩回后在中间加垫块或几块顶铁。O型顶铁是使主顶千斤顶的推 力可以较均匀地加到所顶管道的周边；U型顶铁是为了弥补千斤 顶行程不足而用。 （4）盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。 （5）盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的 施工；顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。
• • • • •
随着时间的推移，顶管技术也与时俱进地得到迅速发展。主要体现在 以下方面： 一次连续顶进的距离：越来越长 顶管直径：向大小直径两个方向发展 管材：钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管 挖掘技术：机械化程度越来越高 顶管线路的曲直度：曲线形状越来越复杂，曲率半径越来越小。
顶管施工的分类 • 按所顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小 口径和微型顶管四种。大口径多指Ф2m以上的顶管， 人可以在其中直立行走。中口径顶管的管径多为 1.2～1.8m，人在其中需弯腰行走，大多数顶管为 中口径顶管。小口径顶管直径为500～1000mm，人 只能在其中爬行，有时甚至爬行都比较困难。微型 顶管的直径通常在400mm以下，最小的只有75mm。 • 按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之 间的距离）分：普通距离顶管和长距离顶管。顶进 距离长短的划分目前尚无明确规定，过去多指100m 左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜， 可把500m以上的顶管称为长距离顶管。
1-预制的混凝土管；2-运输车；3-扶梯；4-主顶油泵；5-行车；6-安全护栏；7-润 滑注浆系统； 8-操纵房；9-配电系统；10-操纵系统；11-后座；12-测量系统； 13-主顶油缸；14-导轨；15-弧形顶铁；16-环形顶铁；17-已顶入的混凝土管； 18-运土车；19-机头
顶管施工技术的应用及发展 • 顶管施工技术最早始于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。 欧洲发 达国家最早开发应用顶管法，1950年前后，英、 德、日等国家相继采用。 • 我国较早的顶管施工约在上世纪50年代，初期 主要是手掘式顶管，设备也较简陋。我国顶管 技术真正较大的发展是从上世纪80年代中期开 始。1988年上海研制成功我国第一台土压平衡 掘进机。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
顶进工作井内布置图 1-管节；2-洞口止水系统；3-环形顶铁；4-弧形顶铁；5-顶进导轨；6-主顶油缸； 7-主顶油缸架；8-测量系统；9-后靠背；10-后座墙；11-井壁
长距离顶管 • 在市政工程建设中，长距离管道的敷设是其重要的 工作内容。随着顶管技术应用的推广，研究敷设长 距离管道工艺技术已成为引人注目的课题。 • 长距离管道的主要困难是，设置在顶进坑内的主千 斤顶的推顶力有限，不足以克服管道长距离顶进时 遇到的总阻力。希望增加顶管单程顶进的长度时， 需要采取相关的措施，如增加主千斤顶的顶力、减 少管道周边与地层的摩擦力、中途设置辅助千斤顶 （中继环）、减小顶管承受的正面阻力等。目前在 发展长距离顶管技术的过程中，减摩和设置中继环 两项措施已得到较多研究，并已成为成熟的技术。