地下结构工程第七章-顶管法解析

什么是顶管施工法长期以来,城市建设过程中，城市道路被频繁开挖严重影响了人民的生活.一项非开挖施工技术——顶管施工技术，不需开挖地面,并且能够穿越公路、铁路、河道、湖泊、建筑物、以及各种地下管线等，解决了市政施工难题，而且，顶管施工随着城市建设的发展已越来越普及，已运用到给排水、煤气、电力、通信等管道的施工。

广东省基础工程公司近几年来用先进的顶管施工技术，解决了一个个难题，为城市建设的文明施工、快捷施工做出了贡献。

据介绍，目前,顶管施工常采用的施工方法分为敞开人工手掘式和密封机械式顶管施工方法，其中机械式顶管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土压平衡式两种,顶管施工常用的管材有砼管、钢管、玻璃夹砂钢管.施工所采用的主要设备为信息化及全自动化泥水平衡顶管机。

顶管施工的基本原理为：从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放,通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出,形成管道的施工。

顶管工法主要有以下几种：目前顶管所常见的几种土质1、淤泥质黏土：此种软土的形成是在较弱的海浪岸流及潮汐的水动力作用下逐渐形成的。

土的颜色多呈灰色或黑灰色，光润油滑且有腐烂植物的气味，多呈软塑或半流塑状态.其天然含水量很大,一般都大于30％，饱和度一般大于90%，液限一般在35—60％之间，软土的天然重度较小,约在15—19KN/m3之间.孔隙比都大于1，因其天然含水量高、孔隙比大，就带来了软土地基变形大，强度低的特点.2、砂性土:由于曾受到海水的冲击，部分地区沉积层含有海水所搬运的大量沉积物，其中主要为细砂及粉砂。

由于含黏土的成分较少,我们可称之为砂性土。

砂性土的土颗粒较一般的黏土大，一般在20μ以上，土颗粒之间的凝聚力较小,呈单粒结构。

孔隙比较大，很容易在水动力的作用下产生流沙现象。

3、黄土：凡以风力搬运沉积又没有经过次生扰动的、无层理的黄色粉质、含碳酸盐类并具有肉眼可见的、大孔的土状沉积物成为黄土（也称原生黄土），其它成因的、黄色的、又常具有层理和夹有砂、砾石层的土状沉积物称之为黄土状土(也称次生黄土).4、强风化岩：强风化岩是指风化很强的岩石，此种土质的组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化，含有大量黏土质黏土矿物。

地下管道施工中的顶管技术地下管道的施工是现代城市基础设施建设不可或缺的一部分。

而在地下管道的施工中，顶管技术被广泛应用。

顶管技术是一种非开挖施工方法，通过将管道顶部推进或拉伸到地下，完成管道的铺设，避免了破坏地表的开挖施工方式，减少了对周边环境的影响。

本文将对地下管道施工中的顶管技术进行介绍和分析。

一、顶管技术的基本原理顶管技术的基本原理是利用推进装置将管道的顶部推进到地下。

推进装置通常由液压缸、推进盾构机等组成。

在施工过程中，首先需要开挖一个起始井和终点井，井口与地下顶管保持一定的距离，然后利用推进装置将管道顶部依次推进到地下，最后通过拆除与顶管相连的推进装置，完成管道的铺设。

二、顶管技术的优势1.环境友好：顶管技术采用非开挖施工方法，避免了开挖过程中对周边环境的破坏和污染。

相比较于传统的开挖施工方式，顶管技术减少了噪音、扬尘等不利于环境的因素。

2.快速高效：顶管技术施工速度快，能够提高工程施工效率。

同时，由于施工过程中对周边道路、地下设施的影响较小，可以减少施工期间的交通堵塞和对居民生活的影响。

3.管道质量可控：顶管技术施工过程中，可以实时监测管道位置，确保管道的铺设质量。

同时，顶管技术能够适应不同地质条件下的施工，提高了管道的抗压能力和使用寿命。

三、顶管技术的应用1.城市给排水管道：在城市给排水体系的建设中，顶管技术被广泛应用。

通过顶管技术，能够快速、高效地完成城市给排水管道的铺设，确保城市内各个区域的供水和排水正常运行。

2.地铁隧道：地铁隧道的施工是一个复杂且关键的工程，顶管技术在其中扮演着重要的角色。

地铁隧道顶管技术的应用，可以减少对地表的干扰，保护周围建筑物的安全，同时提高隧道的稳定性和密封性。

3.石油、天然气管道：石油、天然气等能源管道的铺设对供应链的稳定性至关重要。

顶管技术在石油、天然气管道建设中的应用，能够提高施工效率，降低施工成本，同时保证管道的安全和稳定运行。

四、顶管技术的发展趋势随着科技的不断进步和管道建设的需求增加，顶管技术也在不断发展和创新。

顶管法施工技术5.1 顶管法施工的概念顶管法是指隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。

顶管法属于非开挖施工,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术,它不需要开挖面层就能穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。

顶管法施工工序是:在工作坑内借助顶进设备产生的顶力克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计坡度顶入土层中,并运走土方。

一节管道顶入土层中后,接续顶进第二节管道,这样依序顶入各节管道,做好接口,建成涵管。

其原理是借助主顶油缸、管道间及中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。

管道紧随其后,埋设在两坑之间,以实现非开挖敷设地下管道。

顶管法施工原理见图5.1。

图5.1 顶管法施工原理示意图5.2 顶管法施工技术发展史顶管法施工是继盾构法施工之后发展起来的地下管道施工方法,最早应用于1896年美国北太平洋铁路铺设工程,已有百年历史,20世纪60年代在世界各国推广应用,1970年,德国汉堡下水道混凝土顶管,直径 2.6m,一次最大顶进距离1200m,为国外首次最大顶距。

近20年,日本研究开发土压平衡、水压平衡顶管机等先进顶管机头和工法。

20世纪50年代中国从北京、上海开始试用。

1986年,上海穿越黄浦江输水钢质管道,应用计算机控制,激光导向等先进技术,单向顶进距离1120m,顶进轴线精度:(-150,+150)mm,上下(-50,+50)mm。

1981年,浙江镇海穿越甬江管道,直径2.6m,单向顶进581m,采用5只中继环,上下左右偏差(-10,+10)mm。

1997年,中国上海黄浦江上游引水工程长桥支线钢管顶管,直径 3.5m,一次最大顶进距离为1743m,创造了钢管顶管世界纪录。

2001年,中国浙江嘉兴污水钢筋混凝土顶管,直径2m,一次最大顶进距离为2050m,创造了混凝土顶管世界纪录。

5.3 顶管机分类(1)按顶管口径大小分为大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。

顶管法施工基本原理及施工过程顶管法施工是继盾构法施工之后发展起来的一种非开挖施工工艺。

近年来，越来越多的顶管机在地下空间开发中被广泛运用，顶管机主要包括土压平衡式、泥水平衡式、气压平衡式顶管机，不同顶管机适合的地层不同，其在施工参数的控制精细度上也存在差异，应根据不同工程地质条件选择适合的顶管掘进机。

土压平衡顶管掘进机施工先由始发井中的顶进设备推动工具管前进，利用刀盘切削掌子面的土体，切削后的松散土体落入土舱内，利用搅拌棒的转动将其搅拌成具有一定可流动性的半固体状态，形成一定的土压力；再通过螺旋运输机输出土体。

土压平衡顶管机的工作原理是以工具管内土仓压力平衡开挖面处地层的地下水压力和土层压力的施工原理。

通过控制出土量或顶管机的顶进速度，控制密封土舱内的土压力值，可通过土压计测得，使此土压力值与掌子面前方的静止土压力和地下水压力之和保持平衡；或者向密封仓内注入符合设计要求配合比的混合料，达到充满泥仓的泥土混合体平衡地下水压和正面土压的目的，从而保证掌子面的稳定，防止地表产生过大的沉降或隆起。

顶管法施工过程顶管法施工技术是一门复杂综合性的技术，需要多工种协调配合实施。

土压平衡顶管机主要由机头、后顶设备、电气控制系统和螺旋输送机构成。

其中机头是一个钢结构圆筒，主要进行切削顶进面的土体和维持开挖面平衡的工作。

后顶设备的主要组成部分为底座、油缸组、液压动力泵和顶进机等，是顶管机的动力系统，主要负责各个管节不间断顶进的工作。

电气控制系统是顶管机的中枢系统，负责机械设备的协调运转。

螺旋运输机也是土压平衡式顶管机一个重要组成部分，是顶管机的运输系统，它负责将切削下的土体输送出隧道，通过控制螺旋输送机的转数来调节出土量，以达到置换地下空间的目的。

顶管法施工过程是在上述各组成部分有机协调配合下完成的隧道开挖。

顶管法施工工艺流程：首先主油缸的千斤顶顶推工具管穿过始发井的穿墙洞把工具管压入土体中→进入工具管中的土体以人工和皮带机装车，用小车运出管道，然后利用卷扬机吊出工作井→当千斤顶达到最大伸长距离时，全部缩回，放入顶铁，千斤顶继续顶进→如此反复不断加入顶铁，工具管不断进入土层深部，当工具管和第一段管节几乎全部顶进土体后，吊除全部顶铁→然后将第二段管节吊入工作井，安装上止水设施，顶接在第一段管节后面，继续顶进→如此循环往复施工下去，直到顶出接收井穿墙洞。