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1、頂管工程,頂管施工技術(shù)講座,頂管工程技術(shù)的發(fā)展歷史 頂管施工技術(shù) 工作井施工技術(shù) 頂管管材設(shè)計(jì) 頂管工程施工機(jī)械設(shè)備介紹 頂管工地圖片 對本工程的建議 結(jié)語,主 要 內(nèi) 容,前言 頂管技術(shù)的發(fā)展歷史,頂管施工技術(shù)(Pipe jacking)被認(rèn)為最早應(yīng)用于羅馬時(shí)代，在二戰(zhàn)中興起于美國、二戰(zhàn)后在歐洲的英國、德國和日本迅速發(fā)展。 在2O世紀(jì)的6O和7O年代，頂管施工技術(shù)在美國、歐洲、日本得到了較大的改進(jìn)，奠定了現(xiàn)代頂管施工技術(shù)的基礎(chǔ)。 頂管技術(shù)在中國的發(fā)展始于1956的上海。1984年前后，我國的北京、上海、南京等地先后開始引進(jìn)國外先進(jìn)的機(jī)械式頂管設(shè)備，使我國的頂管技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。 隨后進(jìn)入快

2、速發(fā)展階段。 頂管施工技術(shù)發(fā)展的主要原因是市場的推動(dòng),1 頂管法,頂管法是修建地下管道和涵洞的重要方法。 1 概述:頂管施工技術(shù)是一種非開挖地下管道施工方法，這種施工方法能很方便的穿越公路、鐵路、房屋、河流等鋪設(shè)地下管道，并且污染小，對交通影響小，開挖土方少，機(jī)械化程度高，被認(rèn)為是一種現(xiàn)代化的管道鋪設(shè)方法，越來越多的地下管道工程采用這一施工方法。 1.1 頂管法簡介 采用液壓千斤頂或具有頂進(jìn)、牽引功能的設(shè)備，以頂管工作井作承壓壁，將管子按設(shè)計(jì)高程、方位、坡度逐根頂入土層直至達(dá)到目的地,頂管法施工示意圖,目前廣泛采用的三種頂進(jìn)工法,人工開放式頂進(jìn)工法 手掘式 擠壓式 泥水平衡封閉式頂進(jìn)工法 網(wǎng)格

3、水沖式 刀盤掘進(jìn)式 巖盤破碎式 土壓平衡封閉式頂進(jìn)工法 大刀盤式 多刀盤式,頂管法施工主要用于,特殊施工環(huán)境條件下的管道工程中 ： 穿越江河、湖泊、港灣水體下的供水、輸氣、輸油管道工程； 穿越城市建筑群、繁華街道地下的上下水、煤氣管道工程； 穿越重要公路、鐵路路基下的通訊、電力電纜管道工程； 水庫壩體涵管重建工程等。 埋深較深(深度大于4米以上),開槽明埋施工造價(jià)較高的工程等,發(fā)展趨勢,中繼環(huán)接力頂推裝置、觸變泥漿減阻頂進(jìn)技術(shù)，自動(dòng)測斜糾偏技術(shù)、泥水平衡技術(shù)、土壓平衡技術(shù)、氣壓保護(hù)技術(shù)和曲線頂管技術(shù),1.2 頂管法的關(guān)鍵技術(shù),1）方向控制：與設(shè)計(jì)軸線一致，對頂力的影響，保證中繼環(huán)正常工作 ；

4、2）頂力大小及方向：管尾頂進(jìn)方式，頂進(jìn)距離必然受到限制 ，長距離頂進(jìn)一般采用中繼環(huán)接力； 3）工具管開挖面正面土體的穩(wěn)定性； 4）承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體的穩(wěn)定性,1.3 頂管工程地質(zhì)勘察,勘察要點(diǎn)： 土層類別、埋深 各土層土體的物理、力學(xué)性質(zhì) 地下水位、壓力 地下水和土的腐蝕性 土層凍結(jié)深度 地下管線 地下洞室 臨近建筑物基礎(chǔ) 地面動(dòng)載,2 頂管工程設(shè)計(jì),工作井設(shè)置,頂管頂力估算以及承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體的穩(wěn)定問題,工作坑和接收坑設(shè)計(jì),管材設(shè)計(jì)。 2.1 頂管工作井設(shè)置 1）供頂管機(jī)頭安裝用的頂進(jìn)工作井（稱頂進(jìn)井）； 2）供頂管工具管進(jìn)坑和拆卸用的接收工作井（稱接收井,a）雙向頂進(jìn)；（b）單向頂進(jìn)

5、,3)工作井的布設(shè)應(yīng)遵循的條件,工作坑是頂管施工的頂進(jìn)工作場所。其位置可根據(jù)以下條件確定: 根據(jù)管線設(shè)計(jì)，工作坑可選在檢查井處； 單向頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)選在管道下游端，以利排水； 考慮地形和土質(zhì)情況,有無可利用的原土后背； 工作坑與可能穿越的建筑物要有一定安全距離； 工作坑與其周圍建（構(gòu)）筑物要有一定安全距離； 距水、電源較近的地方等,頂進(jìn)工作井,實(shí)質(zhì)上是方形或圓形的小基坑，其支護(hù)類型同普通基坑，其平面尺寸較小，支護(hù)經(jīng)常采用鋼筋混凝土沉井、SWM工法井和鋼板樁。 管徑1.8m或頂管埋深5.5m時(shí)普遍采用鋼筋混凝土沉井作為頂進(jìn)工作井。 沉井作為工作井時(shí)，一般采用雙向頂進(jìn)； 采用鋼板樁支護(hù)工作井時(shí)，一般采

6、用單向頂進(jìn),一井多用,工作井在施工結(jié)束后，一部分將改為閥門井、檢查井。 工作井地面影響范圍一般按井深的1.5倍計(jì)算，在此范圍內(nèi)的建筑物和管線等均應(yīng)采取必要的技術(shù)措施加以保護(hù),頂管工作井的深度,1）頂進(jìn)工作井,h1地表至導(dǎo)軌頂?shù)母叨龋╩）； h2導(dǎo)軌高度（m）； h3基礎(chǔ)厚度（包括墊層）（m,2）接收工作井,H2地表至基底的高度（m）； h1地表至支承墊頂?shù)母叨龋╩）； h3基礎(chǔ)厚度（包括墊層）（m） h4支承墊厚度（m,防水構(gòu)造,工作井的洞口應(yīng)進(jìn)行防水處理，設(shè)置擋水圈和封門板，進(jìn)出井的一段距離內(nèi)應(yīng)進(jìn)行井點(diǎn)降水或地基加固處理，以防土體流失，保持土體和附近建筑物的穩(wěn)定。 工作井的頂標(biāo)高應(yīng)滿足防汛要

7、求，坑內(nèi)應(yīng)設(shè)置集水井，在暴雨季節(jié)施工時(shí)應(yīng)防止地下水流入工作井，事先在工作井周圍設(shè)置擋水圍堰,2.2 頂管頂力估算的經(jīng)驗(yàn)公式,Rf = K f（2 PV + 2PH + PB）+ PA 其中： Rf 頂力（噸）， K安全系數(shù)， f管壁與土間的摩擦系數(shù) PH 管側(cè)的側(cè)土壓力（噸） PV 管頂上的垂直土壓力（噸）， PB全部頂進(jìn)的管段重量（噸）， PA 管端部的貫入阻力（噸,頂力計(jì)算的理論公式,PV = KPHD外L PH =（H+ D外/2 ）D外Ltan2（45/2） PB = GL PA = RAA 其中(根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及本工程有關(guān)地質(zhì)資料查得) ：KP垂直土壓力系數(shù), 土的容重(噸/米3),

8、H 管頂覆土深度(米), D外 管道外徑（米）， L 管道頂進(jìn)最大長度（米）， 土的內(nèi)摩擦角， G 管道單位長度重量（噸/米2）， RA 土貫入阻力（噸/米2），A 管端面積（米2,2.3后背結(jié)構(gòu)及抗力計(jì)算,后背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),本工程采用厚鋼板后背（如上圖），這種后背設(shè)置簡單，安裝時(shí)應(yīng)滿足下列要求: A.使千斤頂?shù)闹χ行母叨炔恍∮诤蟊掣叨鹊?/3； B.后背墊鐵可用70mm 鋼板。 C.后背井壁后松散砂層灌注水泥砂漿增加土的抗剪強(qiáng)度,后背的抗力計(jì)算,管子在頂進(jìn)過程中受到的全部阻力，都通過千斤頂傳遞給后背墻。所以后背墻必須有足夠的穩(wěn)定性。 為了保證頂進(jìn)質(zhì)量和施工安全，應(yīng)進(jìn)行后背的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。根據(jù)

9、頂進(jìn)需要的總頂力，運(yùn)用朗肯土壓力公式核算后背受力及擋樁的長度，使土體所受的力小于土壤的允許承載力。 后背墻穩(wěn)定性驗(yàn)算：r*(+/2)* 式中: 后背墻承載能力（）； 后背墻的寬度（）； 后背墻的高度（）； 后背墻至地面高度（）； 土的容量（/）； r被動(dòng)土壓力系數(shù)。 后背墻的土坑系數(shù)。 在設(shè)計(jì)后背墻時(shí)RT，安全系數(shù)應(yīng)在1.2 倍以上。當(dāng)RT 時(shí)，需做后背墻加固措施，如壩河地下土質(zhì)較差，工作井底均為砂土，可采用現(xiàn)場澆灌混凝土擋土墻的措施，還可以采用加大后背墻承壓面積、設(shè)置挖孔樁等措施,2.4 頂管承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算,1）沉井支護(hù)工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算,各分量計(jì)算,計(jì)算示例,無絕對把

10、握的前提下，F(xiàn)1及F2均不予考慮。 若不考慮F1及F2，一般采用下式進(jìn)行沉井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算： S為沉井穩(wěn)定系數(shù)，一般取S1.01.2。土質(zhì)越差，S的取值越大,本講要點(diǎn),了解頂管法的工作原理； 理解頂管阻力的計(jì)算方法； 掌握后背結(jié)構(gòu)及抗力計(jì)算 掌握沉井支護(hù)工作井承壓壁后土體的穩(wěn)定驗(yàn)算,3 常用頂管工具管,頂管工具管有手掘式、擠壓式、泥水平衡式、三段兩鉸型水力挖土式和多刀盤土壓平衡式等。 手掘式頂管工具管為正面全敞開，采用人工挖土，如圖所示,手掘式頂管工具管：正面全敞開擠壓式頂管工具管：網(wǎng)格切土裝置或刃腳放大,泥水平衡式頂管工具管,設(shè)置密封艙,泥水平衡式頂管工具管,DN2500泥水平衡

11、掘進(jìn)機(jī)頭,多刀盤土壓平衡式頂管工具,大刀盤土壓平衡頂管機(jī),主頂設(shè)備,地表沉降,一般頂管工具引起的地表沉降量可控制在50100mm，而采用泥水平衡式頂管工具管引起的地表沉降量更在30mm以下。 頂管工具管的基本原理及施工工藝與盾構(gòu)基本相似,4 中繼環(huán) 4.1 中繼接力原理,頂進(jìn)阻力超過主千斤頂?shù)娜菰S總頂力、管節(jié)容許的極限壓力和工作井承壓壁后靠土體極限反推力三者中之一，采用中繼接力頂進(jìn)技術(shù)。 采用中繼接力技術(shù)時(shí)，將管道分成數(shù)段，在段與段之間設(shè)置中繼環(huán),中繼環(huán)示意圖,采用中繼接力技術(shù)以后，管道的頂進(jìn)長度不再受 承壓壁后靠土體極限反推力大小的限制，只要增 加中繼環(huán)的數(shù)量，就可增加管道頂進(jìn)的長度,4.2

12、 中繼環(huán)構(gòu)造,1）短沖程千斤頂組（沖程為150300mm，規(guī)格、性能要求一致）； （2）液壓、電器與操縱系統(tǒng)； （3）殼體和千斤頂緊固件、止水密封圈； （4）承壓法蘭片,4.3 中繼環(huán)自動(dòng)控制,從工具管向工作井依次按1#、2# 編號(hào)。 工作時(shí)，首次啟動(dòng)1#， 中繼環(huán)頂推行程達(dá)到允許行程后停止1#中繼環(huán)，啟動(dòng)2#中繼環(huán)工作，直到最后啟動(dòng)工作井千斤頂,5 管道及其接口,頂管所用管道按其材質(zhì)分鋼筋混凝土管和鋼管兩類，鋼管接口一般采用承插、法蘭、螺紋或焊接。 排水管道采用的預(yù)制鋼筋混凝土管道 ； 煤氣管道一般采用鑄鐵管和鋼管 ； 上水管道普遍采用的鋼筋混凝土管及鋼管,工程實(shí)例介紹,外包鋼板復(fù)合式鋼筋混凝土管和鋼筋混凝土管道的頂距已達(dá)100290m，鋼管的頂距已達(dá)1200m。 2002.1嘉興污水處理排海工程中，利用直徑為2米的鋼筋混凝土頂管，實(shí)現(xiàn)了一次頂進(jìn)2060米，超越上海奉賢創(chuàng)造一次頂進(jìn)1856米 （1999,本講要點(diǎn),掌握鋼板樁支護(hù)工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算； 了解頂管工具管的施工工藝； 理解中繼接力原理,本講要點(diǎn),頂管設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)； 掌握沉井支護(hù)工作井承壓壁后土體的穩(wěn)定驗(yàn)算； 掌握鋼板樁支護(hù)工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算,介紹完畢