手掘式顶管法施工工艺.ppt

1手掘式顶管法施工工艺手掘式顶管法施工工艺手掘式顶管法概述手掘式顶管法概述顶管施工的优点顶管施工的优点顶管施工的几种工法顶管施工的几种工法手掘式顶管施工的手掘式顶管施工的适用范围适用范围手掘式顶管法施工的优缺点手掘式顶管法施工的优缺点工艺流程图工艺流程图手掘式顶管施工准备工作手掘式顶管施工准备工作调查研究，摸清情况调查研究，摸清情况编制施工方案的主要内容编制施工方案的主要内容工作坑尺寸的确定工作坑尺寸的确定工作坑底基础与导轨工作坑底基础与导轨顶力计算顶力计算后背墙与后背后背墙与后背顶管设备顶管设备挖土与顶进挖土与顶进管前挖土管前挖土顶进顶进纠偏与校正纠偏与校正触变泥浆减阻触变泥浆减阻-触变泥浆减阻触变泥浆减阻中继站中继站-中继站中继站2一、手掘式顶管法概述一、手掘式顶管法概述1、顶管施工的优点顶管施工的优点无需隔断交通无需隔断交通 噪音以及震动都很小噪音以及震动都很小 可以在很深的地下敷设管道可以在很深的地下敷设管道 3一、手掘式顶管法概述一、手掘式顶管法概述1、顶管施工的优点顶管施工的优点可以安全的穿越铁路可以安全的穿越铁路 对施工周遭的影响很小对施工周遭的影响很小 可以穿越障碍物可以穿越障碍物 顶管施工采用油压驱动，施工时噪音远远小于开槽顶管施工采用油压驱动，施工时噪音远远小于开槽式敷设管道，几乎没有地盘沉降的现象，对周遭的影响式敷设管道，几乎没有地盘沉降的现象，对周遭的影响降低到最小程度。而且在较深的埋深情况下施工成本要降低到最小程度。而且在较深的埋深情况下施工成本要小于开槽式敷设管道。小于开槽式敷设管道。4一、手掘式顶管法概述一、手掘式顶管法概述2、顶管施工的几种工法、顶管施工的几种工法u 手掘式顶管法手掘式顶管法u 泥水式顶管法泥水式顶管法 u 土压式顶管法土压式顶管法u 不取土顶管法不取土顶管法5一、手掘式顶管法概述一、手掘式顶管法概述3、手掘式顶管施工的手掘式顶管施工的适适用范围用范围 适用于黏性、砂性或硬质泥岩土层，且无地适用于黏性、砂性或硬质泥岩土层，且无地下水影响，管径下水影响，管径10003000之间的排水工程。之间的排水工程。6一、手掘式顶管法概述一、手掘式顶管法概述4、手掘式顶管法施工的优缺点：、手掘式顶管法施工的优缺点：n优点优点具有顶管施工的所有优点。具有顶管施工的所有优点。工作坑占用场地小。工作坑占用场地小。设备简单、技术难度低，易于推广。设备简单、技术难度低，易于推广。7一、手掘式顶管法概述一、手掘式顶管法概述4、手掘式顶管法施工的优缺点：、手掘式顶管法施工的优缺点：n缺点缺点对不同地质条件有很大的局限性。对不同地质条件有很大的局限性。顶进面土压不能平衡，容易塌方。顶进面土压不能平衡，容易塌方。劳动强度大，施工进度慢。劳动强度大，施工进度慢。85 5、顶管工艺流程图、顶管工艺流程图9二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作1、调查研究，摸清情况调查研究，摸清情况n掌握管道埋设、掌握管道埋设、管径、管材和接口要求管径、管材和接口要求。n掌握地下土质、水位等有关水文地质资料。掌握地下土质、水位等有关水文地质资料。n掌握地下管线情况。掌握地下管线情况。n现场施工环境、运输、电源等情况。现场施工环境、运输、电源等情况。10二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作2、编制施工方案的主要内容编制施工方案的主要内容n确定工作坑的位置和尺寸。确定工作坑的位置和尺寸。n顶管后背的结构设计和验算。顶管后背的结构设计和验算。n确定掘进和出土的方法，下管和运管的方式和设备，确定掘进和出土的方法，下管和运管的方式和设备，工作平台的支搭结构。工作平台的支搭结构。n进行顶力计算，选择顶进设备。进行顶力计算，选择顶进设备。n遇有地下水时，选用降水方法。遇有地下水时，选用降水方法。n制定保证工程质量和安全的技术措施。制定保证工程质量和安全的技术措施。11二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作3 3、工作坑尺寸的确定、工作坑尺寸的确定工作坑一般选在检查井的位置，并与建筑物有一定的安全距工作坑一般选在检查井的位置，并与建筑物有一定的安全距离。其工作坑底长、宽尺寸可按下图计算。离。其工作坑底长、宽尺寸可按下图计算。底宽：底宽：W WD+2(B+D+2(B+b b)式中式中 B-B-工作面净宽，一般为工作面净宽，一般为1.21.21.51.5m m；b-b-支撑厚度；支撑厚度；D-D-管外径。管外径。12二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作3 3、工作坑尺寸的确定、工作坑尺寸的确定底长：底长：L LL1+L2+L3+L4+L5L1+L2+L3+L4+L5式中式中 L1-L1-后背结构厚度；后背结构厚度；L2-L2-千斤顶长度；千斤顶长度；L3-L3-出土工作面长度，一般取出土工作面长度，一般取1.01.01.5m1.5m；L4-L4-每节顶管长度；每节顶管长度；L5-L5-顶进管口尾部留出工作坑壁的最小长度，一般为顶进管口尾部留出工作坑壁的最小长度，一般为0.3m0.3m。13二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作3、工作坑底基础与导轨、工作坑底基础与导轨基础基础 顶进过程中，防止工作坑地基沉降，导致管子顶进偏差过顶进过程中，防止工作坑地基沉降，导致管子顶进偏差过大，应在工作坑底铺设基础。大，应在工作坑底铺设基础。l枕木基础枕木基础 当工作坑土质好、无地下水、管径小、工期短，可采用。当工作坑土质好、无地下水、管径小、工期短，可采用。分为密铺和疏铺两种。分为密铺和疏铺两种。l混凝土基础混凝土基础 当工作土质较差、有地下水、管径较大，可采用。混凝土当工作土质较差、有地下水、管径较大，可采用。混凝土 强度等级不小于强度等级不小于C15，厚度，厚度100150mm。l混凝土卧枕木基础混凝土卧枕木基础 适用于地基土质松软、有地下水、管径偏大等状况。混凝适用于地基土质松软、有地下水、管径偏大等状况。混凝土强度等级不小于土强度等级不小于C15，厚度，厚度200250mm。混凝土表面低于枕。混凝土表面低于枕木表面木表面1015mm。14导轨导轨 导轨的作用是控制管身按设计的管中心线和高程顶进，保证导轨的作用是控制管身按设计的管中心线和高程顶进，保证管身在顶入之前位置符合设计要求。导轨的安装是否准确和牢固，管身在顶入之前位置符合设计要求。导轨的安装是否准确和牢固，对管道顶进质量影响较大。对管道顶进质量影响较大。l导轨净距与管道外径大小有关，根据直角三角形计算。导轨净距与管道外径大小有关，根据直角三角形计算。l 导轨标高与导轨净距和管壁厚度有关。导轨标高与导轨净距和管壁厚度有关。l导轨安装应牢固、顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度导轨安装应牢固、顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度一致。一致。l在使用中经常检查较核导轨，防止产生位移。在使用中经常检查较核导轨，防止产生位移。二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作15二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作5、顶力计算、顶力计算 顶管施工必须有足够的顶力，才能克服管子在顶进过程顶管施工必须有足够的顶力，才能克服管子在顶进过程中土对管子产生的阻力。中土对管子产生的阻力。顶管的总顶力应大于或等于管正面阻力和管四周摩擦阻顶管的总顶力应大于或等于管正面阻力和管四周摩擦阻力之和。力之和。F=F1+F2式中：式中：F 总顶力；总顶力；F1管正面阻力；管正面阻力；F2管道摩擦阻力。管道摩擦阻力。16二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作n正面阻力正面阻力F1：不同管前端装置其正面阻力各不相同不同管前端装置其正面阻力各不相同。l当采用简易工具管时，可按下式计算：当采用简易工具管时，可按下式计算：管正面阻力管正面阻力 F1=F1=(D-(D-t t)t*R)t*R 式中式中 D D管外径管外径 t t工具管刃脚厚度工具管刃脚厚度 R R挤压挤压阻力阻力 (可取可取300300500kN/m500kN/m2 2)l当采用超前开挖当采用超前开挖顶顶管管时时，管正面阻力可忽略不，管正面阻力可忽略不计计。17二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作n摩擦阻力摩擦阻力F2：摩擦阻力是指管壁与土之间的摩擦阻力摩擦阻力是指管壁与土之间的摩擦阻力。l在正常情况下，可按下式计算：在正常情况下，可按下式计算：管正面阻力管正面阻力 F2=F2=f2*Lf2*L单单位位长长度管道摩擦阻力度管道摩擦阻力 f2=f2=D D(P1+P2)+(P1+P2)+W W垂直土垂直土压压力力 P1P1hh水平土水平土压压力力 P2P2(H+D/2)*tg(H+D/2)*tg2 2(45(45-/2)式中式中 D D 管外径管外径 L L管道管道长长度度 摩擦系数摩擦系数W W单单位位长长度管子自重度管子自重 土的重度土的重度 H H 管管顶顶浮土高度浮土高度 土的内摩擦角土的内摩擦角18二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作6、后座墙与后背、后座墙与后背n后座墙与后背是顶力的支撑结构，通常采用原土后座墙与后背是顶力的支撑结构，通常采用原土做后座墙，根据施工经验，顶管覆土做后座墙，根据施工经验，顶管覆土24m时，原时，原土后背墙的长度需要土后背墙的长度需要47 m。如无法使用原土做。如无法使用原土做后背墙时，可筑人工后座墙，也可利用已施工完后背墙时，可筑人工后座墙，也可利用已施工完的管道做后座墙。的管道做后座墙。n后背的作用是减少对后座墙的单位面积的压力。后背的作用是减少对后座墙的单位面积的压力。19二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作n注意事项注意事项后背土壁应铲平，使土壁墙面与管道顶进方向相垂直。后背土壁应铲平，使土壁墙面与管道顶进方向相垂直。靠土壁横排方木面积，一般土质按承载力不超过靠土壁横排方木面积，一般土质按承载力不超过15t/m2。方木应卧入工作坑底以下方木应卧入工作坑底以下0.5m，使千斤顶的作用力中心高，使千斤顶的作用力中心高度不小于方木后背高度的度不小于方木后背高度的1/3。方木断面可用方木断面可用150mm150mm,立铁可用立铁可用200mm300mm工工字钢，横铁可用字钢，横铁可用150mm400mm工字钢。工字钢。土质松软或顶力较大时，可在方木前加垫钢板。土质松软或顶力较大时，可在方木前加垫钢板。20二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作7、顶管设备、顶管设备千斤顶千斤顶l它是顶管的主要设备之一。它是顶管的主要设备之一。l目前多采用液压千斤顶，根据需要顶力，选择台数。目前多采用液压千斤顶，根据需要顶力，选择台数。l如选择一台，千斤顶中心放置位置与管中心线的垂线相交；如选择一台，千斤顶中心放置位置与管中心线的垂线相交；l若使用多台并列式放置，应使顶力合力作用点与管壁反作若使用多台并列式放置，应使顶力合力作用点与管壁反作用点用点l在同一轴线上，防止产生力偶，造成顶进偏差。在同一轴线上，防止产生力偶，造成顶进偏差。21二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作高压油泵高压油泵l一般选用定额压力为一般选用定额压力为32MPa的柱塞油泵，经分配的柱塞油泵，经分配器、控制阀进入千斤顶器、控制阀进入千斤顶。l若装有两台以上千斤顶，需将油管并联在一起，若装有两台以上千斤顶，需将油管并联在一起，以使各千斤顶活塞的行程一致。以使各千斤顶活塞的行程一致。22二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作顶铁顶铁l顶铁是传递顶力的垫铁，分为横顶铁、顺顶铁、顶铁是传递顶力的垫铁，分为横顶铁、顺顶铁、U型或环型顶铁。型或环型顶铁。l顺顶铁长短应有多种尺寸，以便随着管子顶进，用顺顶铁长短应有多种尺寸，以便随着管子顶进，用顺顶铁放入其顶进空隙之内，再继续掘土顶进。顺顶铁放入其顶进空隙之内，再继续掘土顶进。lU型或环形顶铁放在管子端面，顺顶铁作用其上，型或环形顶铁放在管子端面，顺顶铁作用其上，其弧形断面尺寸形状与被顶进管子相同，其作用是其弧形断面尺寸形状与被顶进管子相同，其作用是使混凝土管口受力均匀，以免管口损坏。使混凝土管口受力均匀，以免管口损坏。23二、手掘式顶管施工准备工作二、手掘式顶管施工准备工作起重设备起重设备l主要作用是下管和运土。主要作用是下管和运土。l一般采用单梁式电动葫芦吊。一般采用单梁式电动葫芦吊。l正式作业前应进行试吊，检查重物捆绑情况和制正式作业前应进行试吊，检查重物捆绑情况和制动性能。动性能。l严禁超负荷吊装。严禁超负荷吊装。24三、挖土与顶进三、挖土与顶进1、管前挖土、管前挖土n将地下水位降至管底以下不小于将地下水位降至管底以下不小于0.5m处，并采取其处，并采取其它措施防止其他水源进入顶管管道它措施防止其他水源进入顶管管道。n管前挖土一次进尺长度，以千斤顶的一个行程长度管前挖土一次进尺长度，以千斤顶的一个行程长度为宜。土质好可超前为宜。土质好可超前500mm以内。不宜超前开挖过长，以内。不宜超前开挖过长，以免引起管位偏差大和管端上方土坍塌。以免引起管位偏差大和管端上方土坍塌。n应严格控制管周围土的超挖，管端上部可超挖应严格控制管周围土的超挖，管端上部可超挖15mm，以减少阻力；管端下部，以减少阻力；管端下部135包角范包角范围围内不得内不得超挖。超挖。25三、挖土与顶进三、挖土与顶进n在不允许顶管上部土层下沉地段顶进时，管周围不在不允许顶管上部土层下沉地段顶进时，管周围不得超挖。得超挖。n在松软性土层中顶进时，应采取土体加固措施或其在松软性土层中顶进时，应采取土体加固措施或其它有效措施。它有效措施。n管前挖出的土应及时外运。管前挖出的土应及时外运。26三、挖土与顶进三、挖土与顶进2、顶进、顶进n工艺流程：工艺流程：安装顶铁安装顶铁开动油泵开动油泵顶镐活塞伸出一个行程顶镐活塞伸出一个行程关油关油泵泵顶镐停止运行顶镐停止运行活塞收缩活塞收缩在空隙处加上顶铁在空隙处加上顶铁再开动油泵。如此循环。再开动油泵。如此循环。27三、挖土与顶进三、挖土与顶进n顶进时注意事项：顶进时注意事项：l顶进时应先挖土后顶进，随挖随顶。应组织连续作顶进时应先挖土后顶进，随挖随顶。应组织连续作业，不宜中途停止，增加顶进的难度。业，不宜中途停止，增加顶进的难度。l安装顶铁应平顺，不得歪斜，每次加放顶铁时，使安装顶铁应平顺，不得歪斜，每次加放顶铁时，使顶铁连接块数最少为宜。顶铁连接块数最少为宜。l工具管进入土层时，每顶进工具管进入土层时，每顶进0.3m，测量不少于一次。，测量不少于一次。管道进入土层后正常顶进时，每管道进入土层后正常顶进时，每1.0m测量一次，纠偏测量一次，纠偏时增加测量次数。（包括管中心线和管底高程）时增加测量次数。（包括管中心线和管底高程）28三、挖土与顶进三、挖土与顶进l顶进过程中，发现下列紧急情况时应采取措施进顶进过程中，发现下列紧急情况时应采取措施进行处理：行处理：工具管前方遇到障碍物。工具管前方遇到障碍物。后背墙变形严重。后背墙变形严重。顶铁发生扭曲现象。顶铁发生扭曲现象。管位偏差过大且校正无效。管位偏差过大且校正无效。顶力超过管端的允许顶力。顶力超过管端的允许顶力。油泵压力表指针升高异常。油泵压力表指针升高异常。29三、挖土与顶进三、挖土与顶进3、纠偏与校正、纠偏与校正采用小角度、顶进中逐渐纠偏，不得猛纠硬调。采用小角度、顶进中逐渐纠偏，不得猛纠硬调。l挖土纠偏法挖土纠偏法l顶木校正法顶木校正法l校正环校正法校正环校正法30三、挖土与顶进三、挖土与顶进挖土纠偏法挖土纠偏法在管子偏向一侧少挖土，而在另一侧多超挖些，强制在管子偏向一侧少挖土，而在另一侧多超挖些，强制管子在前进时向另一侧偏移，从而达到纠偏的效果。管子在前进时向另一侧偏移，从而达到纠偏的效果。适用偏差为适用偏差为10 20mm时。时。31三、挖土与顶进三、挖土与顶进顶木纠偏法顶木纠偏法管端下陷，可采用下图方法。管端下陷，可采用下图方法。适用偏差大于适用偏差大于20mm时。时。32三、挖土与顶进三、挖土与顶进校正环校正法校正环校正法校正环安装在工具管的后面，上下左右各有一个小千校正环安装在工具管的后面，上下左右各有一个小千斤顶，发生偏差时，可开动相应的小千斤顶进行校正斤顶，发生偏差时，可开动相应的小千斤顶进行校正。33四、触变泥浆减阻四、触变泥浆减阻 顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力。外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力。34四、触变泥浆减阻四、触变泥浆减阻选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。套的形成。膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行取供应商的建议但都必须按照规范进行压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。35四、触变泥浆减阻四、触变泥浆减阻注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。浆效果。注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。应配。36五、中继站五、中继站l 为了克服顶进阻力过大，增加单向顶进的最大长度，为了克服顶进阻力过大，增加单向顶进的最大长度，可以在顶管中布置中继站进行接力顶进。可以在顶管中布置中继站进行接力顶进。37五、中继站五、中继站中继间主要有前加长型中继间主要有前加长型T型套环、特殊管、后特殊管和中继型套环、特殊管、后特殊管和中继间油缸、均压环等组成。间油缸、均压环等组成。前部是一个与前部是一个与T型套环相类似的密封圈和接口。中继间壳体型套环相类似的密封圈和接口。中继间壳体的前端与的前端与 T型套环的一半相似，利用它把中继间壳体与混凝土型套环的一半相似，利用它把中继间壳体与混凝土管连接起来。管连接起来。中继间的后特殊管外则设有两环止水密封圈，使壳体虽在其中继间的后特殊管外则设有两环止水密封圈，使壳体虽在其上来回抽动而不会产生渗漏。上来回抽动而不会产生渗漏。38