顶管与沉井施工.ppt

厦门昊泰通信工程有限公司厦门昊泰通信工程有限公司顶管与沉井施工沉井施工一、概述沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土运出，随着挖土和土面的降低，沉井井身藉其自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底。沉井施工工艺的优点是：可在场地狭窄情况下施工较深（可达50余米）的地下工程，且对周围环境影响较小；可在地质、水文条件复杂地区施工；施工不需复杂的机具设备；与大开挖相比，可减少挖、运和回填的土方量。其缺点是施工工序较多；技术要求高、质量控制难。沉井工艺一般适用于工业建筑的深坑（料坑、铁皮坑、翻车机室等）、设备基础、水泵房、桥墩、顶管的工作井、深地下室、取水口等工程施工。二、沉井类型沉井类型很多，按材料分，有混凝土、钢筋混凝土、砖石等，但应用最多的还是钢筋混凝土沉井。按平面形状分，有圆形、方形、矩形、多边形、多孔形等，主要取决于其用途。由于圆形沉井受力性能好、易于控制下沉，应用最多。沉井的剖面，有圆筒形、锥形、阶梯形等。为减少下沉摩阻力，井壁在刃脚外缘处常缩进2030mm，呈圆柱带台阶形，井壁表面呈1/1000的坡度。图2-1 沉井平面及剖面形式（a）平面形式；（b）竖剖面形式1-圆形；2-方形；3-矩形；4-多边形；5-多孔形；6-圆柱形；7-圆柱带台阶形；8-圆锥形；9-阶梯形三、沉井制作与下沉 1施工准备工作 沉井施工前的准备工作，除去常规的场地平整；修建临时设施；水、电、风等动力供应外，着重作好下述工作：（1）地质勘察 在沉井施工处需进行钻探，钻孔设在井外，距外井壁距离宜大于2m，需有一定数量和深度的钻孔，以提供土层变化、地下水位、地下障碍物及有无承压水等情况，对各土层要提供详细的物理力学指标，为制订施工方案提供技术依据。（2）编制施工方案 施工方案是指导沉井施工的核心技术文件，要根据沉井结构特点、地质水文条件、已有的施工设备和过去的施工经验，经过详细的技术、经济比较，编制出技术上先进、经济上合理的切实可行的施工方案。在方案中要重点解决沉井制作、下沉、封底等技术措施及保证质量的技术措施，对可能遇到的间题和解决措施要做到心中有数。（3）布设测量控制网 事先要设置测量控制网和水准基点，用于定位放线、沉井制作和下沉的依据。如附近存在建（构）筑物等，要设沉降观测点，以便施工沉井时定期进行沉降观测。2沉井制作沉井的施工程序为：平整场地测量放线开挖基坑铺砂垫层和垫木或砌刃脚砖座沉井浇筑布设降水井点或挖排水沟、集水井抽出垫木沉井下沉封底浇筑底板混凝土施工内隔墙、梁、板、顶板及辅助设施。（1）刃脚支设沉井下部为刃脚，其支设方式取决于沉井重量、施工荷载和地基承载力。常用的方法有垫架法、砖砌垫座和土模。在软弱地基上浇筑较重的沉井，常用垫架法（图3-1a）。垫架的作用是将 上部沉井重量均匀传给地基，使沉井井身浇筑过程中不会产生过大不均匀沉降，使刃脚和井身产生裂缝而破坏；使井身保持垂直；便于拆除模板和支撑。采用垫架法施工时，应计算井身一次浇筑高度，使其不超过地耐力，其下砂垫层厚度亦需计算确定。直径（或边长）不超过8m的较小的沉井，土质较好时可采用砖垫座（图3-1b），砖垫座沿周长分成68段，中间留20mm空隙，以便拆除，砖垫座内壁用水泥砂浆抹面。对重量轻的小型沉井，土质较好时，甚至可用土胎模（图3-1c），土胎模内壁亦用水泥砂浆抹面。刃脚支设用得较多的是垫架法。采用垫架法时，先在刃脚处铺设砂垫层，再在其上铺枕木和垫架，枕木常用断面16cm22cm，垫架数量根据第一节沉井的重量和地基（或砂垫层）的容许承载力计算确定，间距一般为0.51.0m。垫架应对称，一般先设8组定位垫架，每组由23个垫架组成。矩形沉井多设4组定位垫架，其位置在距长边两端0.15L处（L为长边边长），在其中间支设一般垫架，垫架应垂直井壁。圆形沉井垫架应沿刃脚圆弧对准圆心铺设。在枕木上支设刃脚和井壁模板。枕木应使顶面在同一水平面上，用水准仪找平，高差宜不超过10mm，在枕木间用砂填实，枕心中心应与刃脚中心线重合。如地基承载力较低，经计算垫架需要量较多时，应在枕木下设砂垫层，将沉井重量扩散到更大面积上。图3-1沉井刃脚支设（a）垫架法；（b）砖垫座法；（c）土胎模法1-刃脚；2-砂垫层；3-枕木；4-垫架；5-模板；6-砖垫座；7-水泥砂浆抹面；8-刷隔离层；9-土胎模（2）井壁制作沉井制作可在修建构筑物的地面上进行，亦可在基坑中进行，如在水中施工还可在人工筑岛上进行。应用较多的是在基坑中制作。沉井施工有下列几种方式：一次制作、一次下沉；分节制作、一次下沉；分节制作、分节下沉（制作与下沉交替进行）。如沉井过高，下沉时易倾斜，宜分节制作、分节下沉。沉井分节制作的高度，应保证其稳定性并能使其顺利下沉。采用分节制作、一次下沉时，制作高度不宜大于沉井短边或直径，总高度超过12m时，需有可靠的计算依据和采取确保稳定的措施。分节下沉的沉井接高前，应进行稳定性计算，如不符合要求，可根据计算结果采取井内留土、填砂（土）、灌水等稳定措施。井壁模板可用组合式定型模板（图3-2），高度大的沉井亦可用滑模浇筑。分节制作时，水平接缝需做成凸凹型，以利防水。如沉井内有隔墙，隔墙底面比刃脚高，与井壁同时浇筑时需在隔墙下立排架或用砂堤支设隔墙底模。隔墙、横梁底面与刃脚底面的距离以500mm左右为宜。钢筋由人工绑扎，亦可在沉井近处地面上预制成钢筋骨架或网片；用起重机进行大块安装。混凝土浇筑可用塔式起重机或履带式起重机吊运混凝土吊斗，沿沉井周围均匀、分层浇筑；亦可用混凝土泵车分层浇筑，每层厚不超过300mm。沉井浇筑宜对称、均匀地分层浇筑，避免造成不均匀沉降使沉井倾斜。每节沉井应一次连续浇筑完成，下节沉井的混凝土强度达到70%后才允许浇筑上节沉井的混凝土。图3-2 沉井井壁钢模板支设1-下一节沉井；2-预埋悬挑钢脚手铁件；3-组合式定型钢模板；4-28钢楞；5-对立螺栓；6-1003止水片；7-木垫块；8-顶撑木；9-钢管脚手架3沉井下沉（1）下沉验算沉井下沉前应进行混凝土强度检查、外观检查。并根据规范要求，对各种形式的沉井在施工阶段应进行结构强度计算、下沉验算和抗浮验算。沉井下沉时，第一节混凝土强度达到设计强度，其余各节应达到设计强度的70%。沉井下沉，其自重必须克服井壁与土间的摩阻力和刃脚、隔墙、横梁下的反力，采取不排水下沉时尚需克服水的浮力。因此，为使沉井能顺利下沉，应进行分阶段下沉系数的计算，作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。下沉系数（图3-3）按下式计算：图3-3 沉井下沉系数计算简图（a）下沉时力系平衡图；（b）下沉摩阻力计算简图k0=（GB）/Tf式中 G井体自重；B下沉过程中地下水的浮力；Tf井壁总摩阻力；k0下沉系数，宜为1.051.25，位于淤泥质土中的沉井取小值，位于其他土层中取大值。井壁摩阻力可参考表2-1。井壁摩阻力 表2-1土的种类井壁摩阻力（kN/m2）流塑状粘性土1015软塑及可塑状粘性土 1225粉砂和粉性土1525砂卵石17.729.4泥浆套35当下沉系数较大，或在软弱土层中下沉，沉井有可能发生突沉时，除在挖土时采取措施外，宜在沉井中加设或利用已有的隔墙或横梁等作防止突沉的措施，并按下式验算下沉稳定性：式中 R沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和；k0沉井下沉过程中的下沉稳定系数，取0.80.9。当下沉系数不能满足要求时，可在基坑中制作，减少下沉深度；或在井壁顶部堆放钢、铁、砂石等材料以增加附加荷重；或在井壁与土壁间注入触变泥浆，以减少下沉摩阻力等措施。（2）垫架、排架拆除大型沉井应待混凝土达到设计强度的100%始可拆除垫架（枕木、砖垫座），拆除时应分组、依次、对称、同步地进行。抽除次序是：圆形沉井先抽除一般承垫架，后拆除定位垫架，矩形沉井先抽除内隔墙下垫架，再分组对称抽除外墙两短边下的垫架，然后抽除长边下一般垫架，最后同时抽除定位垫架。抽除时先将枕木底部的土挖去，利用绞磨或推土机的牵引将枕木抽出。每抽出一根枕木，刃脚下应立即用砂填实。抽除时应加强观测，注意沉井下沉是否均匀。隔墙下排架拆除后的空穴部分用草袋装砂回填。（3）井壁孔洞处理沉井壁上有时留有与地下通道、地沟、进水口、管道等连接的孔洞，为避免沉井下沉时地下水和泥土涌入，也为避免沉井各处重量不均，使重心偏移，易造成沉井下沉时倾斜，所以在下沉前必须进行处理。对较大孔洞，在沉井制作时在洞口预埋钢框、螺栓，用钢板、方木封闭，中填与空洞混凝土重量相等的砂石或铁块配重（图2-4a、b）。对进水窗则采取一次做好，内侧用钢板封闭（图2-4c）。沉井封底后拆除封闭钢板、挡木等。图2-4 沉井井壁堵孔构造（a）大廊道口堵孔；（b）管道孔洞堵孔；（c）进水窗堵孔1-沉井井壁；2-50mm厚木板；3-枕木；4-槽钢内夹枕木；5-螺栓；6-配重；7-10mm厚钢板；8-槽钢；9-100mm100mm方木；10-50mm100mm方木；11-橡皮垫；12-砂砾；13-钢筋箅子；14-5mm孔钢丝网；15-钢百叶窗；16-15mm孔钢丝网；17-砂；18-510mm粒径砂卵石；19-1560mm粒径卵石4沉井下沉施工常遇问题和预防处理方法 a.下沉困难（沉井被搁置或悬挂，下沉极慢或不下沉）下沉困难（沉井被搁置或悬挂，下沉极慢或不下沉）1井壁与土壁间的摩阻力过大；2沉井自重不够，下沉系数过小；3遇有地下管道、树根等障碍物；4遇流砂、管涌。1继续浇筑混凝土增加重量，在井顶均匀加铁块或其他荷重；2挖除刃脚下的土，或在井内继续进行第二层碗形破土；用小型药包爆破振动，但刃脚下挖空宜小，药量不宜大于0.1kg，刃脚应用草垫等防护；3不排水下沉改为排水下沉，以减少浮力；4在井外壁装置射水管冲刷井周围土，减少摩阻力；射水管亦可埋于井壁混凝土内，此法仅适用于砂及砂类土；5在井壁与土间灌入触变泥浆或黄土，降低摩阻力，泥浆槽距刃脚高度不宜小于3m6清除障碍物；控制流砂、管涌。b.下沉过快（沉井下沉速度超过挖土速度，出现异常情况）下沉过快（沉井下沉速度超过挖土速度，出现异常情况）1遇软弱土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过挖土速度；2长期抽水或因砂的流动，使井壁与土间摩阻力减小；3沉井外部土体液化。1可用木垛在定位垫架处给以支承，并重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土；2将排水法下沉改为不排水法下沉，增加浮力；3在沉井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，加大摩阻力，如沉井外部的土液化发生虚坑时，可填碎石处理；4减少每一节筒身高度，减轻沉井重量。c.突沉（沉井下沉失去控制，出现突然下沉的现象）突沉（沉井下沉失去控制，出现突然下沉的现象）1挖土不注意，将锅底挖得太深，沉井暂时被外壁摩阻力和刃脚托住使处于相对稳定状态，当继续挖土时，土壁摩阻力达极限值，井壁阻力因土的触变性而突然下降，发生突沉；2流砂大量涌入井内。1适当加大下沉系数，可沿并壁注一定的水，减少与井壁的摩阻力；2控制挖土，锅底不要挖太深；刃脚下避免掏空过多；3在沉井梁中设置一定数量的支撑，以承受一部分土反力；4控制流砂现象发生。d.倾斜（沉井垂直度出现歪斜，超过允许限度）倾斜（沉井垂直度出现歪斜，超过允许限度）1沉井刃脚下的土软、硬不均;2没有对称地抽除垫木或没有及时回填夯实；井外四周的回填土夯实不均;3没有均匀挖土，使井内土面高差悬殊;4刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，易于产生倾斜;5刃脚一侧被障碍物搁住，未及时发现和处理;6排水开挖时，井内一侧涌砂;7井外弃土或堆物，井上附加荷重分布不均，造成对井壁的偏压。1加强沉井过程中的观测和资料分析，发现倾斜要及时纠正；2分区、依次、对称、同步地抽除垫木，及时用砂或砂砾填夯实；3在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖土或不挖土，待正位后再均匀分层取土；4在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块，延缓下沉速度；5在井外深挖倾斜反面的土方，回填到倾斜一面，增加倾斜面的摩阻力；6不排水下沉，在靠近刃脚低的一侧适当回填砂石；在井外射水或开挖，增加偏心压载，以及施加水平外力等措施。e.偏移（沉井轴线与设计轴线不重合，产生一定的位移）偏移（沉井轴线与设计轴线不重合，产生一定的位移）1大多由于倾斜引起的，当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧下部产生一个较大的压力，因而伴随产生一定位移，位移大小，随土质情况及向一边倾斜的次数而定;2测量定位差错。1控制沉井不再向偏移方向倾斜；2有意使沉井向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉直至刃脚处中心线与设计中线位置相吻合或接近时，再将倾斜纠正；3加强测量的检查复核工作。f.遇障碍物（沉井被地下障碍物搁置或卡住，出现不能下沉的现象）遇障碍物（沉井被地下障碍物搁置或卡住，出现不能下沉的现象）沉井下沉局部遇孤石、大块卵石、地下沟道、圬工、管线、钢筋、树根等，造成沉井搁置、悬挂，难以下沉。1遇较小孤石，可将四周土掏空后取出；较大孤石或大块石、地下沟道、圬工等，可用风动工具或用松动爆破方法破碎成小块取出，炮孔距刃脚不少于50cm，其方向须与刃脚斜面平行，药量不得超过200g，并设钢板防护，不得用裸露爆破；钢管、钢筋、树根等可用氧气烧断后取出；2不排水下沉，爆破孤石，除打眼爆破外，亦可用射水管在孤石下面掏洞，装药破碎吊出。g.遇硬质土层（沉井破土遇坚硬土层，难以开挖下沉）遇硬质土层（沉井破土遇坚硬土层，难以开挖下沉）遇厚薄不等的黄砂胶结层、姜结石，质地坚硬，用常规方法开挖困难，使下沉缓慢。1排水下沉时，以人力用铁钎打人土中向上撬动，取出或用铁镐、锄开挖，必要时打炮孔爆破成碎块；2不排水下沉时，用重型抓斗、射水管和水中爆破联合作业，先在井内用抓斗挖2m深锅底坑，由潜水工用射水管在坑底向四角方向距刃脚边2m冲4个400mm深的炮孔，各用200g炸药进行爆破，余留部分用射水管冲掉，再用抓斗抓出。h.封底遇倾斜岩层（下沉到设计深度后遇倾斜岩层，造成封底困难）封底遇倾斜岩层（下沉到设计深度后遇倾斜岩层，造成封底困难）地质构造不均，沉井刃脚部分落在岩层上，部分落在较软土层上，封底后易造成沉井下沉不均，产生倾斜。应使沉井大部分落在岩层上，其余未到岩层部分，如土层稳定不向内崩坍，可进行封底工作；若井外土易向内坍，则可不排水，由潜水工一面挖土，一面以装有水泥砂浆或混凝土的麻袋堵塞缺口，堵完后再清除浮渣，进行封底。井底岩层的倾斜面，应适当做成台阶。i.遇流砂（井外土粉砂涌入井内的现象，造成沉井突沉、偏斜或下沉遇流砂（井外土粉砂涌入井内的现象，造成沉井突沉、偏斜或下沉过慢或不下沉等现象）过慢或不下沉等现象）1井内锅底开挖过深，井外松散土涌入井内；2井内表面排水后，井外地下水动水压力把土压入井内；3爆破处理障碍物，井外土受振进入井内；4挖土深超过地下水位0.5m以上。1采用排水法下沉，水头宜控制在1.52.0m；2挖土避免在刃脚下掏挖，以防流砂大量涌入，中间挖土也不宜挖成锅底形；3穿过流砂层应快速，最好加荷，如抛大块石增加土的压重，使沉井刃脚切入土层；4采用深井或井点降低地下水位，防止井内流淤；深井宜安置在井外，井点则可设置在井外或井内；5采用不排水法下沉沉井，保持井内水位高于井外水位，以避免流砂涌入。j.超沉（沉井下沉超过设计要求的深度）超沉（沉井下沉超过设计要求的深度）1沉井下沉至最后阶段，未进行标高观测；2下沉接近设计深度，未放慢挖土下沉的速度；3遇软土层或流砂，使下沉失去控制。1沉井至设计标高，应加强观测；2在井壁底梁交接处设置承台（砌砖），在其上面铺方木，使梁底压在方木上，以防过大下沉；3沉井下沉至距设计标高0.1m时，停止挖土和井内抽水，使其完全靠自重下沉至设计标高或接近设计标高；4避免涌砂发生。顶管施工一、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。顶管施工技术近年来在我国发展迅猛。市政工程中采用顶管施工可以将作业面移入地下，从而避免了对地面交通的影响。只要施工前选线合理，施工方法恰当，构筑物并不妨碍施工的正常进行。本次就顶管施工工艺作简要阐述，并展望以后顶管法日渐成熟，可成为市政建设中的一种常用工艺。顶管施工具体涉及到电力电缆管道、通信电缆管道、给排水管道、煤气管道等各系统的管道工程。具体工艺就是在管线的一端做一个工作井，另一端做一个接收井；然后将顶管机安装在工作井内，借助工作井后座主顶油缸及管道间中继环等的推力，把顶管机及紧随其后的管道从工作井穿越土层一直推到接收井内，最后在接收井内将顶管机吊起。这样就完成了整个管道的铺设。非开挖施工工法1 顶管施工的基本原理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，将预制的管段顶入同时，紧随工具管或掘进机后面，将预制的管段顶入地层。地层。边边顶进，顶进，边边开挖地层，开挖地层，边边将管段接长的管道埋设方法。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，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。可用于直线管道，也可用于曲线等管道。1-预制的混凝土管；预制的混凝土管；2-运输车；运输车；3-扶梯；扶梯；4-主顶油泵；主顶油泵；5-行车；行车；6-安全护栏；安全护栏；7-润润滑注浆系统；滑注浆系统；8-操纵房；操纵房；9-配电系统；配电系统；10-操纵系统；操纵系统；11-后座；后座；12-测量系统；测量系统；13-主顶油缸；主顶油缸；14-导轨；导轨；15-弧形顶铁；弧形顶铁；16-环形顶铁；环形顶铁；17-已顶入的混凝土管；已顶入的混凝土管；18-运土车；运土车；19-机头机头 顶顶管施工技管施工技管施工技管施工技术术的的的的应应用及用及用及用及发发展展展展 顶管施工技管施工技术最早始于最早始于1896年美国的北太平年美国的北太平洋洋铁路路铺设工程的施工中。工程的施工中。1948年日本第一次年日本第一次采用采用顶管施工方法，在尼崎市的管施工方法，在尼崎市的铁路下路下顶进了了一根内径一根内径600mm的的铸铁管，管，顶距只在距只在6米。米。欧欧洲洲发达国家最早开达国家最早开发应用用顶管法，管法，1950年前后，年前后，英、德、日等国家相英、德、日等国家相继采用。采用。我国我国较早的早的顶管施工管施工约在上世在上世纪50年代，年代，初期主要是手掘式初期主要是手掘式顶管，管，设备也也较简陋。我国陋。我国顶管技管技术真正真正较大的大的发展是从上世展是从上世纪80年代中年代中期开始。期开始。1988年上海研制成功我国第一台土年上海研制成功我国第一台土压平衡掘平衡掘进机。机。随着随着时间的推移，的推移，顶管技管技术也与也与时俱俱进地得到迅速地得到迅速发展。主要体展。主要体现在以下方面：在以下方面：一次一次连续顶进的距离的距离：越来越：越来越长顶管直径管直径：向大小直径两个方向：向大小直径两个方向发展展管材管材：钢筋混凝土管、筋混凝土管、钢管、玻璃管、玻璃钢顶管管挖掘技挖掘技术：机械化程度越来越高：机械化程度越来越高顶管管线路的曲直度路的曲直度：曲：曲线形状越来越复形状越来越复杂，曲率半径越来越小。曲率半径越来越小。按所按所顶进的管子口径大小分的管子口径大小分：大口径、中口径、：大口径、中口径、小口径和微型小口径和微型顶管四种。大口径多指管四种。大口径多指2m以上以上的的顶管，人可以在其中直立行走。中口径管，人可以在其中直立行走。中口径顶管管的管径多的管径多为1.21.8m，人在其中需弯腰行走，人在其中需弯腰行走，大多数大多数顶管管为中口径中口径顶管。小口径管。小口径顶管直径管直径为5001000mm，人只能在其中爬行，有，人只能在其中爬行，有时甚至甚至爬行都比爬行都比较困困难。微型。微型顶管的直径通常在管的直径通常在400mm以下，最小的只有以下，最小的只有75mm。按一次按一次顶进的的长度（度（指指顶进工作坑和接收工作工作坑和接收工作坑之坑之间的距离的距离）分：）分：普通距离普通距离顶管和管和长距离距离顶管。管。顶进距离距离长短的划分目前尚无明确短的划分目前尚无明确规定，定，过去多指去多指100m左右的左右的顶管。目前，千米以上的管。目前，千米以上的顶管已屡管已屡见不不鲜，可把，可把500m以上的以上的顶管称管称为长距离距离顶管。管。顶顶管施工的分管施工的分管施工的分管施工的分类类按按顶管机的管机的类型分型分：手掘式人工：手掘式人工顶管、管、挤压顶管、管、水射流水射流顶管和机械管和机械顶管（管（泥水式、泥泥水式、泥浆式、土式、土压式、式、岩石式岩石式）。手掘式）。手掘式顶管的推管的推进管前只是一个管前只是一个钢制制的的带刃口的管子（称刃口的管子（称为工具管），人在工具管内工具管），人在工具管内挖土。掘挖土。掘进机机顶管的破土方式与盾构管的破土方式与盾构类似，也有似，也有机械式和半机械式之分。机械式和半机械式之分。按管材分按管材分：钢筋混凝土筋混凝土顶管、管、钢管管顶管、以及其管、以及其他管材的他管材的顶管。管。按按顶进管子管子轨迹的曲直分迹的曲直分：直：直线顶管和曲管和曲线顶管。管。工作井（工作坑或基坑），按其作用分工作井（工作坑或基坑），按其作用分为顶进井井（始（始发井）和井）和接收井接收井两种。两种。顶进井是安放所有井是安放所有顶进设备的的场所，所，也是也是顶管掘管掘进机的始机的始发场所，是承受主所，是承受主顶油缸推力的反油缸推力的反作用力的构筑物，供工具管出洞、下管作用力的构筑物，供工具管出洞、下管节、挖掘土砂的、挖掘土砂的运出、材料运出、材料设备的吊装、操的吊装、操纵人人员的上下等使用。在的上下等使用。在顶进井内，布置主井内，布置主顶千斤千斤顶、顶铁、基坑、基坑导轨、洞口止水、洞口止水圈以及照明装置和井内排水圈以及照明装置和井内排水设备等。在等。在顶进井的地面上，井的地面上，布置行布置行车或其他或其他类型的起吊运型的起吊运输设备。接收井是接收。接收井是接收顶管机或工具管的管机或工具管的场所，与工作井相比，接收井布置比所，与工作井相比，接收井布置比较简单。工作井及其布置工作井及其布置工作井及其布置工作井及其布置顶进工作井内布置工作井内布置图1-管管节；2-洞口止水系洞口止水系统；3-环形形顶铁；4-弧形弧形顶铁；5-顶进导轨；6-主主顶油缸；油缸；7-主主顶油缸架；油缸架；8-测量系量系统；9-后靠背；后靠背；10-后座后座墙；11-井壁井壁123498765长长距离距离距离距离顶顶管管管管在市政工程建在市政工程建设中，中，长距离管道的敷距离管道的敷设是其重要的是其重要的工作内容。随着工作内容。随着顶管技管技术应用的推广，研究敷用的推广，研究敷设长距离管道工距离管道工艺技技术已成已成为引人注目的引人注目的课题。长距离管道的主要困距离管道的主要困难是，是，设置在置在顶进坑内的主千坑内的主千斤斤顶的推的推顶力有限，不足以克服管道力有限，不足以克服管道长距离距离顶进时遇到的遇到的总阻力。希望增加阻力。希望增加顶管管单程程顶进的的长度度时，需要采取相关的措施，如增加主千斤需要采取相关的措施，如增加主千斤顶的的顶力、减力、减少管道周少管道周边与地与地层的摩擦力、中途的摩擦力、中途设置置辅助千斤助千斤顶（中（中继环）、减小）、减小顶管承受的正面阻力等。目前在管承受的正面阻力等。目前在发展展长距离距离顶管技管技术的的过程中，程中，减摩减摩和和设置中置中继环两两项措施已得到措施已得到较多研究，并已成多研究，并已成为成熟的技成熟的技术。为了适了适应长距离距离顶进管道的需要，研制了中管道的需要，研制了中继环（又称中（又称中继间、中、中间站）。即在管道站）。即在管道顶进的中途的中途设置置辅助千斤助千斤顶，靠，靠辅助千斤助千斤顶提供的提供的动力力继续顶进管段，延管段，延长顶管的管的顶进长度，度，满足敷足敷设长距距离管道的需要。离管道的需要。采用中采用中继环时，管道沿全，管道沿全长分成若干段，在段与分成若干段，在段与段之段之间设置中置中继环。中。中继环是一个由是一个由钢材制成的材制成的圆环，内壁上，内壁上设置有一定数量的短行程千斤置有一定数量的短行程千斤顶，产生的推生的推顶力可用于推力可用于推进中中继环前方的管道。前方的管道。增设中继环（间）增设中继环（间）中继环示意图中继环示意图 钢筋混凝土管筋混凝土管节的接口有平口、企口和承口三种的接口有平口、企口和承口三种类型。管型。管节类型不型不同，止水方式也不同。同，止水方式也不同。（1）平口管接口及止水）平口管接口及止水平口管用平口管用“T”形形钢套套环接口，把两只管子接口，把两只管子连接在一起，在混凝土管接在一起，在混凝土管和和钢套套环中中间安装有安装有2根根齿形橡胶圈止水。形橡胶圈止水。管管管管节节接接接接缝缝的防水的防水的防水的防水（a）企口形管及其接口）企口形管及其接口（b）“q”形橡胶止水圈形橡胶止水圈（2）企口接口及防水）企口接口及防水企口管用企口式接口，用企口管用企口式接口，用1根根“q”形橡胶圈止水。形橡胶圈止水。止水圈右止水圈右边腔内有硅油，在两管腔内有硅油，在两管节对接接连接接过程中，充有硅油的一腔会翻程中，充有硅油的一腔会翻转到橡胶体的上方到橡胶体的上方及左及左边，增，增强了止水效果。了止水效果。（3）承口接口及防水）承口接口及防水承口管用承口管用“F”形套形套环接口，接口接口，接口处用用1根根齿形橡胶圈止形橡胶圈止水。水。F形接口管是最形接口管是最为常用的一种管常用的一种管节。它把。它把“T”形形钢套套环的前面一半埋入混凝土管中就的前面一半埋入混凝土管中就变成了成了“F”形接形接口。口。为防止防止钢套套环与混凝土与混凝土结合面渗漏，在合面渗漏，在该处设了了一个遇水膨一个遇水膨胀的橡胶止水圈。的橡胶止水圈。钢管是用一定厚度的管是用一定厚度的钢板先卷成板先卷成圆筒，再筒，再焊成成竹竹节，钢管两管管两管节之之间采用采用焊接接连接，其整体接，其整体性好，不易性好，不易产生渗漏水。生渗漏水。为保保证焊接牢靠，将接牢靠，将管管节端口按一定角度坡口后再端口按一定角度坡口后再焊接。常用的接接。常用的接口形式有两种：口形式有两种：单边V型坡口；型坡口；K型坡口。型坡口。单边V型坡口适用于人型坡口适用于人员无法无法进入的小口径管，采入的小口径管，采用用单边坡口和坡口和单面面焊接；接；K型坡口双面成型的型坡口双面成型的焊接工接工艺，即管内外均需，即管内外均需焊接，适用于口径接，适用于口径较大的管道中。大的管道中。钢管管顶管的接口形式管的接口形式坡口型式坡口型式 相同点：相同点：（1）二者都属于暗挖法施工大口径（）二者都属于暗挖法施工大口径（900）地下工程）地下工程的主要施工方法。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）。）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、）二者工作面的开挖方法，出、进洞施工技洞施工技术基本相基本相似。似。（4）二者都要注意接）二者都要注意接缝防水防水处理、地表沉降控制、周理、地表沉降控制、周边环境保境保护等等问题，都要，都要进行注行注压浆。盾构法和盾构法和顶管法的主要异同点：管法的主要异同点：（1）盾构法的）盾构法的衬砌砌为管片，且每管片，且每环管片要在盾构机的盾尾管片要在盾构机的盾尾进行拼装，行拼装，拼装好后一般不会再移拼装好后一般不会再移动；顶管法的管法的衬砌砌为管管节，且每，且每环管管节是是一次一次预制成功的，由制成功的，由顶进装置依次装置依次顶进，直至第一，直至第一节管管节到达接到达接收井位置。收井位置。（2）盾构法施工的盾构千斤）盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑布置在盾构机的支撑环外沿，而外沿，而顶管管法施工的主法施工的主顶进装置布置在工作井内，如果装置布置在工作井内，如果顶力不足要加力不足要加设中中继间。（3）盾构千斤）盾构千斤顶活塞的前端必活塞的前端必须安装安装顶块，顶块必必须采用球面接采用球面接头，在在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。板。顶管法的管法的主主顶千斤千斤顶的行程的行程长短不能一次将管短不能一次将管节顶到位到位时，必，必须在千斤在千斤顶缩回后在中回后在中间加加垫块或几或几块顶铁。O型型顶铁是使主是使主顶千斤千斤顶的推的推力可以力可以较均匀地加到所均匀地加到所顶管道的周管道的周边；U型型顶铁是是为了弥了弥补千斤千斤顶行程不足而用。行程不足而用。（4）盾构机内有拼装管片的拼装机，而）盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。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）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；施工；顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的的铺设。不同点：不同点：顶管施工简图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 1、顶管施工的优点 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。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 2、顶管施工的几种工法、顶管施工的几种工法 手掘式顶管法手掘式顶管法 泥水式顶管法泥水式顶管法 土压式顶管法土压式顶管法 气压式顶管法气压式顶管法土压式平衡顶管施工工艺 土压式平衡顶管施工的主要特征是在施工过程中，利用土仓内的压力和螺旋出土器出土来平衡顶管机前的土压力和地下水压力。它有两方面的基本内容：第一，顶管机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；第二；顶管机螺旋出土器的排土量与顶管机推进所占去的土的体积也处于一种平衡状态。土压式平衡顶管施工主要采用螺旋出土器将土排到推土小车里面，然后再运到工作井将其吊起。泥水式平衡顶管施工的主要特征是在施工过程中，利用进排泥浆管道在顶管机泥水仓内建立的泥水压力来平衡顶管机前的土压力和地下水压力。泥水式平衡顶管施工采用泥浆泵进行排土。与其他型式顶管方法相比泥水式顶管具有五方面优点：一是适用的地质范围较广，如遇到地下水位较高以及地质变化范围大的土质条件，它都能适用。二是可保持挖掘面的相对稳定，对周围土层的影响较小，施工后地面沉降极小。三是与其他类型的机种相比，泥水顶管的切削力矩小，最适宜于砂砾及硬土里顶管。四是工作坑内作业环境较好，作业比较安全。由于采用泥水输送弃土，所以没有搬运土方及吊土等较易发生危险的作业。并且该方法可以在各种环境下作业，且挖掘面稳定，不会造成地面沉降而影响交通及各种公用管线的安全。五是由于可以连续出土，因此大大提高了推进速度，最适宜于长距离顶管。经过实验段的成功运行，证明这套顶管机的工作效率非常高，每天能连续顶进，是人工顶管的倍。泥水式平衡顶管施工工艺手掘式顶管施工工艺目前较为普通的顶管方法。管前用人工挖土，设备简单，适用于黏性、砂性或硬质泥岩土层，且无地下水影响，管径10003000之间的排水工程。优点具有顶管施工的所有优点。工作坑占用场地小。设备简单、技术难度低，易于推广。缺点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。劳动强度大，施工进度慢。3、手掘式顶管工艺流程图手掘式顶管工艺流程图二、手掘式顶管施工准备工作1、调查研究，摸清情况n掌握管道埋设、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。n掌握地下管线情况。n现场施工环境、运输、电源等情况。2、编制施工方案的主要内容n确定工作坑的位置和尺寸。n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，工作平台的支搭结构。n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。n制定保证工程质量和安全的技术措施。3、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离。其工作坑底长、宽尺寸可按下图计算。底宽：WD+2(B+b)式中 B-工作面净宽，一般为1.21.5m；b-支撑厚度；D-管外径。底长：LL1+L2+L3+L4+L5式中 L1-后背结构厚度；L2-千斤顶长度；L3-出土工作面长度，一般取1.01.5m；L4-每节顶管长度；L5-顶进管口尾部留出工作坑壁的最小长度，一般为0.3m。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。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，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，对管道顶进质量影响较大。确和牢固，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。度一致。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。5、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力之和。F=F1+F2式中：F 总顶力；F1管正面阻力；F2管道摩擦阻力。n正面阻力F1：不同管