浙江大学城市学院工程学院顶管法在市政工程中的应用羊涛2011/5/17目录关键词 (1)前言 (2)第一章：顶管法施工的发展 (3)第二章：顶管法施工的技术与工艺 (4)第三章：顶管法施工对象 (5)第四章：顶管法施工的机械 (6)第五章：顶管法施工需要注意的事项 (7)结语 (8)参考文献 (9)关键词：顶管法、市政工程、顶管机械、顶管施工注意事项。
前言顶管法：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。
在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。
当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。
顶管法特别适于修建穿过已成建筑物、交通线下面的涵管或河流、湖泊。
顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。
由于顶管法用到的的管不但是在土中掘进时的空间支护,而且是最后的建筑构件,因此具有双重作用。
而且在施工的时候不用挖槽支撑,所以能使施工的进度加快,造价降低, 尤其是在运用加气压等辅助方法后, 能够解决穿越各种构筑物和江河等特殊环境下的管道施工,世界上好多国家都在应用。
近期,由于管节和头部分开顶进的盾构式工具管的出现, 中继接力技术的形成,使得顶管法施工技术的运用,让顶进距离变得越来越长。
现在我国市政工程施工已经普遍采用了顶管法。
个人认为，如今的施工工艺发展很快，如城市隧道施工，有地铁地下隧道，穿山隧道，这些隧道的施工一般已采用隧道顶管施工。
地铁采用盾构法施工或者明挖法，穿山隧道一般由于其地址条件的限制不采用顶管法施工，而采用掘进法施工。
但是顶管法施工还是在市政工程中占有较大的分量。
不仅仅是钢筋混凝土管道可以采用顶管法施工，塑料管道也已采用顶管法施工，社会效益良好。
第一章顶管法施工的发展1.发展过程国外：顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法；最早于1896年美国北太平洋铁路铺设工程中应用，已有百年历史；20世纪60年代在世界各国推广应用；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。
美国1980年，9.5小时顶进49m；国外首次一次最大顶进距离1200m；1970年，德国汉堡下水道混凝土顶管，直径为2.6m。
国内：国内创造钢管顶管世界记录——一次最大顶进距离为1743m，1997年上海黄浦江上游引水工程的长桥支线顶管，钢管直径3.5m；中国从50年代从北京、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：左右﹤±150mm，上下﹤±50mm。
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﹤10mm。
2.发展方向（1）长大距离顶管普通顶管一般距离≤100m，无中继环，（现在某些专家认为可能提高到300m），长距离顶管﹥100m，长大距离﹥1000m。
（2）大管径顶管过去一般认为顶管最大直径为3m。
现在日本、德国等国顶管管径可达4～5m。
（3）微型管顶管过去顶管管径一般≥300mm，目前最小可达75mm。
顶管按管径分类：大口径：≥2000mm中口径：1200 ～2000mm小口径：500 ～1200mm微口径：≤500mm（4）曲线顶管S形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。
（5）自动控制自动测量、自动记录、自动纠偏。
第二章顶管法的施工工艺1.工作坑设置工作坑的位置是按管线位置、地形、障碍物种类以及管道设计要求设置, 排水管道顶进的工作坑通常设在检查井位置,以便顶管工作结束后工作坑砌筑成检查井。
相邻工作坑的间距应按照每次能顶进的长度、土质情况来决定。
首先安置仪器确定出管线的中心线,如果有必要,可在工作坑前后加补两点,这样方便施工中随时校核。
然后按顺序放出工作坑的尺寸。
工作坑应横向垂直于管道的中心线, 这样可确保在后续顶进过程中管道中心的走向。
工作坑要有足够的工作面, 应该按照每节管长度、管径大小、设备尺寸和顶管的方法来决定。
工作坑的开挖大小用下面的公式计算:深度h= 地面高程- 设计底高程+ 基础及垫层厚度宽度B=D1+S,其中D1为管外径,S为操作宽度长度L=L1+L2+L3+L4+L5,其中L1为工作宽度,L2为管节长度,L3为运土工作的长度,L4为千斤顶长度,L5为后背墙厚度。
2．顶管设备安装(1)导轨:应用钢质的材料制作,两个导轨应该安装得牢固、顺直、平行、等高。
应采用装配式导轨, 根据所测设的轴线高程安装, 导轨定位之后必须稳固、正确, 保证能在顶进过程中承受各种负载时不位移、不变形、不沉降。
两根轨道一定要相互等高、平行,导轨的中心一定要经过复核,这样能确保顶进轴线的精度, 导轨的坡度也要与设计管道坡度对应。
在使用中需经常检查校核导轨,防止出现位移等情况。
(2)千斤顶:在安装时应固定在支架上,而且要与管道中心垂线对称, 这样它的合力的作用点就在管道中心的垂线上了。
(3)油泵:要和千斤顶相匹配,而且要用备用油泵；在安装完成后进行试运转。
如果顶进过程中油压突然增高时, 这时应马上停止顶进, 查找原因并且在处理之后才可以继续顶进。
(4)顶铁:分块拼装式顶铁需要有足够的刚度,而且顶铁的相邻面需要相互垂直。
安装后的顶铁轴线应该和管道轴线对称、平行, 导轨和顶铁之间的接触面不能有油污、泥土。
在更换顶铁时, 应先用大长度的顶铁,在拼装后需要锁定。
在顶进时工作人员不能在顶铁上方和侧面停留, 而且要随时观察顶铁是否出现异常。
在管口和顶铁之间采用缓冲材料衬垫, 如果顶力接近管节材料的允许抗压强度, 那么管口需要增加环形或U 形顶铁。
(5)起重设备:在正式作业前需要做试吊,查看制动性能与重物捆扎情况,禁止超负荷吊装情况出现。
3. 挖土与出土管前挖土是保障管道上方建筑物安全与顶管质量的关键。
如果用人工挖土,则需慎重把握管子的顶进方向。
挖土的时候工人需要在管内进行操作,防止塌方伤人,并且要注意不能扰动管道地基土层。
挖土一次进尺深相当于顶镐活塞的一个行程,挖完以后应立即顶进,防止坍塌。
管道周围超挖通常限定在:管道上方小于等于15mm,这样可以减小顶进阻力；管道下方中角135度范围内不能超挖,但是可少挖10mm余留土层,在管子顶进时候切去,这样可确保土基和管道的接触良好；如果在不允许有下沉的地段(如重要建筑物,铁路下等),管周围不能超挖；如果土层松软,可以把土层余留厚点,这样可防管子下沉。
挖出来的土,要及时清运到管外,当运土车到达工作坑内的出土区后, 用垂直运输机械吊到工作平台, 运送到工作棚外的堆土区。
4.顶进顶进程序是:安装顶铁-开动油泵-项镐活塞伸出一个行程-关油泵-活塞收缩-在空隙处加上顶铁-再开油泵,这样反复下去。
千斤顶在工作坑内的布置方式分并列、单列和环列等。
千斤顶的顶力合力位置必须与顶进抗力的位置在同一个轴线上。
顶进抗力就是土壁与管壁的摩擦阻力或管前端的切土阻力。
按照以往的施工经验,千斤顶在管端面的着力点必须在管子垂直直径的1/4到1/5处。
安装顶铁的时候,应该顺直,绝对不可以出现偏扭现象。
在第一节管节顶到挖土工作面的时候,需要进行一次测量,检查它的高程、坡度和轴线,确定无误时,才可开始挖土。
第一节管顶进质量涉及到整个顶管工程的质量。
第三章：顶管法施工对象即顶管法施工，可以对何种材料进行施工。
常见的有：钢筋砼管：C50以上，应用最多，用于短距下水道中；钢管：列应用第二位，用于自来水、煤气；HDPE中空缠绕管：应用在排水，输气。
管径在800mm左右；第四章：顶管法施工的机械1.构成顶进设备、掘进机（工具管）、中继环、工程管、排土设备等五部分组成。
2.顶进设备主顶进系统——主油缸：2～4只，行程1.1m，顶力400-1000-2000t/只; 单只千斤顶顶力不能过大：千斤顶、管段、后座材料。
主油泵：32-45-50MPa;操纵台、高压油管。
顶铁：弥补油缸行程不足，厚度﹤油缸行程导轨：顶管导向中继间——中继油缸、中继油泵或主油泵。
1)掘进机按挖土方式和平衡土体方式不同分为：手工挖土掘进机、挤压掘进机、气压平衡掘进机、泥水平衡掘进机、土压平衡掘进机。
工具管——无刀盘的泥水平衡顶管机又称为工具管，是顶管关键设备，安装在管道最前端，外形与管道相似，结构为为三段双铰管。
作用：破土、定向、纠偏、防止塌方、出泥等功能。
组成：冲泥仓（前）、操作室（中）、控制室（后）设水平铰链和上下纠偏油缸，调上下方向（即坡度）；设垂直铰链和水平纠偏油缸，调左右方向（水平曲线）。
泥浆环、控制室、左右调节油缸、上下调节油缸、操作室、吸泥管、冲泥仓、栅格、工具管结构2)中继环中继环——在中继环成环形布置若干中继油缸，油缸行程200mm。
中继环油缸工作时，后面的管段成了后座，将前面相邻管段推向前方，分段克服侧面摩擦力。
3.排土设备人工出土——人工挖土时。
螺旋输送机——土压平衡顶管机。
吸泥排泥设备——泥水平衡、泥水加气平衡顶管机。
第五章顶管施工需注意的事项1.千斤顶的着力点着力点一般位于管子总高的1/4到1/3的地方。
2.顶进方向控制管道的方向应用经纬仪校核, 管子每顶30cm需用经纬仪校核一次,若管道顶进的方向和设计轴线方向不对应, 应该用工作管内的调节千斤顶进行校正。
管道的水平方向用水准仪进行测量纠偏, 同样是管子每顶进30cm,用水准仪测量管子两端的高程, 若有偏差需进行纠偏直到达到施工要求。
3.纠偏的方法:(1)挖土校正法:就是在管子偏向一侧少挖土,但在另一侧多超挖些,使得管节在顶进时向另一侧偏移。
这种适用于偏差在10到20mm时。
(2)木杠支撑法:若管端下陷或管节发生错口, 那么采取木杠支撑法进行校正。
4.地下水位地下水位距离管底不能小于0.5m,不然需要根据现场情况及实地勘测, 应做好打井降水工作, 这对保证工程质量和安全起着非常重要的作用, 井点必须布置在中轴线的两端, 凿井深度应做准确的计算。
5.其他情况如果遇到挖土工作面塌方或遇到障碍物、后背变形或倾斜、管位偏差超限、顶力突然增大时应停止工作, 处理后再施顶。
结语每一样施工技术的前进，离不开科学技术的发展。
顶管法施工也毫不例外，从上世纪机械设备的发展、监控设备的研制，顶管法施工在施工长度、施工速度、施工精度上都有跨越式的发展。
相信在科学技术日益发展的现代，顶管法施工可以走得更远。
参考文献[1]林世玉. 论顶管法施工在市政工程中的应用[J]. 科技资讯, 2010,(10)[2] 倪员建. 关于加强市政工程质量管理的探讨[J]. 中国科技信息, 2005,(09)。
