顶管设计与施工课件.ppt

1、中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD汇报人：姚文峰日期：2017.11中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD主 要 内 容主 要 内 容中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD一、一、中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设

2、计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 顶管法原理1.11.1 顶管法施工原理是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，管节紧跟在顶管机后，在主千斤顶推力的作用下，顶管机向土层内掘进，掘出的渣土由渣土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式输出，推进一节管节后，主千斤顶缩回，吊入另一节管节，继续顶进。如此往复，直至顶管机到达接收井，管节全部铺设到位后，顶管机从接收井拆除、吊至地面。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP

3、CO.,LTD 1、按顶管断面形式分类：圆形顶管、矩形顶管。 2、按刀盘掘进方式分：旋转刀盘式、摆动刀盘式、混合刀盘式。 3、按施工作业形式分：手掘式、挤压式、半机械式管、机械式。 4、按顶进距离分类：短距离顶管、长距离顶管、超长距离顶管。 5、按管节材料分类：钢管顶管、混凝土顶管、玻璃钢顶管、铸铁顶管、复合材料顶管等。 6、按埋置深度分：深埋式、中埋式、浅埋式、超浅埋式。 7、按顶管机刀盘数量分：单刀盘式、多刀盘式。 8、按顶管尺寸分类：大型顶管、中型顶管、小型顶管和微型顶管。顶管分类1.21.2中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFT

4、H SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD顶管分类1.21.2中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD顶管的应用1.31.3 顶管法是继盾构之后发展起来的非开挖式施工方法。起先的顶管断面较小，多为圆形断面，主要用于市政管线施工。 近年来，随着城市建设的快速发展，顶管法施工逐渐由原来的小断面扩展到大断面，由圆形断面发展到矩形断面，由人工掘进发展到机械掘进，由市政管网领域发展到了市政隧道领域。 尤其随着轨道交通建设的大力发展，下穿城市主干道的地铁出入口越

5、来越多。传统的明挖顺作法虽然风险小，造价低，但是施工期间需要对道路进行交通疏解，甚至封路，道路下的管线也需要改迁及保护，由此造成的附加费用很高。对社会、周边环境等综合影响较大。而采用顶管法对地面交通基本无影响，也无需改迁管线，有着明显的优势。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD顶管的应用1.31.31)2011年4月,上海轨道交通2号线东延伸金科路站6.9mX4.2m矩形顶管; 2)2008年，南京市中山东路与西祠堂巷的交叉路口 西祠堂巷地下过街通道采用6mX4m矩形顶

6、管；3）2016年，昆明地铁六号线拓东体育馆站与拓东大成中央商务区的地下连接通道，内净空6mX4m矩形顶管；4）2015年，南宁轨道交通1号线南湖站、号出入口采用内净空5.9*3.9m顶管；5） 2016年成都轨道交通10号线一期工程主变电所至华兴站电缆廊道采用外径2.4m圆形顶管；6） 2017年西安地铁4号线飞天路电缆廊道采用外径3.2m圆形顶管；7）目前城市改扩建给排水管道工程多数采用顶管法施工，机械顶管技术获得了飞跃性发展。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD1

7、.1、顶管工艺较为成熟，在全国多个城市都有成功先例, 采用顶管施工，技术上可以借鉴，技术上可行;2、从以上国内应用的实例来看，通道的宽度并没有严格的限定； 3、明挖法对地面交通及地下管线影响大，暗挖法风险较高，而顶管法对地面交通及市政管线影响很小，且施工风险低；4、顶管施工工艺适应多种地层，施工周期相对较短；设备可反复利用，对城市环境污染小，能收到较好的社会效益和经济效益；5、作为一种地下工程的施工工法，有必要进行尝试，为今后同类工程积累经验。现状1.41.4中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN

8、GROUP CO.,LTD1.不开槽施工方法与适用条件（不含盾构及浅埋暗挖）施工方法密闭闭式顶顶管定向钻钻夯管工法优点施工精度高施工速度快速度快工法缺点施工成本高控制精度低精度低适用范围给水排水管道综合管道柔性钢管适用管径（mm） 300- 4000 300- 1000 300- 1800施工精度小于50mm不超过0.5倍管道内径不可控施工距离较长较短短适用地质条件各种土层砂卵石及含水地层不适用含水地层不适用，砂卵石地层困难不开槽施工方法1.51.5中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP

9、 CO.,LTD1、采用敞口式（手掘式）顶管机时，应将地下水位降至管底以下不少于0.5m处，并应采取措施，防止其他水源进入;2、当周边环境要求控制地层变形或无降水条件时，宜采用封闭式土压平衡或泥水平衡顶管机施工； 3、穿越建（构）筑物、铁路、公路、重要管线和防汛墙时，应制定相应的保护措施；根据工程设计、施工方法、工程和水文地质条件，对邻近建（构）筑物、管线，采取土体加固或其他有效的保护措施；4、小口径的金属管道，当无地层变形控制要求且顶力满足施工要求时，可采用一次顶进的挤密土层顶管法；顶管顶进方法的选择1.61.6中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAIL

10、WAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD二、矩形顶管简介中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD1、矩形顶管法运用的条件 1.1地质条件 传统的多刀盘旋转开挖矩形顶管不像圆形顶管一样，实现全断面切削，矩形顶管最大切削率可达90-95%，存在5-10%切削盲区，需通过推力挤压后，铲齿将盲区的土体掘出。故不适应于特别硬的岩层。对于较硬的地层需要摆动式刀盘，没有切削盲区。不同类型的设备地层适应性不同。1.2环境条件 根据顶管通道的断面大小

11、，通常情况其最小覆土须满足0.6倍开挖高度。由于采用矩形顶管法施工的通道多数上部均有地下管线等障碍物，要求地下障碍物距顶管通道上部不小于50cm。1.3设计线路条件 考虑机械式顶管机纠偏的能力及管节接口处的防水需要，矩形顶管通道一般为直线线型，最大纵坡不易过大超，一般不超过2%，上坡、下坡均可。但纵向坡度要是单向坡，不宜成V坡。矩形顶管的适用条件2.12.1中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD1.4运用场地 工作井的大小由顶管机的大小来确定，一般情况下，始发井和接收井的

12、工作宽度比顶管外径宽度左右侧各大11.5m，始发井的长度与顶管机配套，不小于9.5m（地铁出入口）。接收井内净空长度不能小于7m。 由于顶管始发井需要进行管节存放，管节吊装、排放渣土的临时存放，因此始发井地面的施工场地需要400500m2,其前提是管节预制在单独的预制场地进行。接收井的施工场地需要200m2，主要是满足顶管机的吊出。1.5洞口加固 顶管进、出洞段必须进行土体预加固，加固的方法和范围根据具体的地质条件和工程条件来确定，一般采用旋喷桩、搅拌桩、冻结法等方式加固，与盾构进出洞加固形式类似。矩形顶管的适用条件2.12.1中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHI

13、NA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD类别类别盾构法盾构法浅埋暗挖法浅埋暗挖法顶管法顶管法对环境的影响对环境的影响 对周围建筑物、管线对周围建筑物、管线 影响影响大，地面沉降小大，地面沉降小 对周围建筑物、管线影响大，对周围建筑物、管线影响大，地面沉降可控地面沉降可控 对周围建筑物、管线影响对周围建筑物、管线影响小，地面沉降小小，地面沉降小施工风险施工风险风险小，可控风险小，可控风险较高风险较高风险小，可控风险小，可控断面利用率断面利用率圆形断面，空间利用率低。圆形断面，空间利用率低。 马蹄形断面，空间利用率低。马蹄形断面，空间利用率低

14、。矩形断面，空间利用率高。矩形断面，空间利用率高。占用场地占用场地占用场地多占用场地多占用场地少占用场地少占用场地较少占用场地较少自动化程度自动化程度自动化程度高自动化程度高人工开挖人工开挖自动化程度高自动化程度高施工进度施工进度施工速度快施工速度快速度较慢速度较慢施工速度快施工速度快隧道长度隧道长度长距离隧道无需加措施长距离隧道无需加措施长距离隧道无需加措施长距离隧道无需加措施长距离隧道需加中继间长距离隧道需加中继间线型线型适合各种线型隧道适合各种线型隧道适合各种线型隧道适合各种线型隧道只适合直线隧道只适合直线隧道造价造价高高较低较低较高较高矩形顶管的优缺点2.22.2中铁第五勘察设计院集团

15、有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 圆形盾构法采用圆形断面，空间利用率不高，需要采用大断面圆形断面，为保证覆土，设计高程较低，隧道规模大，投资大。 矩形顶管法与圆形盾构都采用土压平衡原理，对地层扰动较小。在同等条件下，矩形顶管可有效利用空间，减少断面，减少覆土厚度，减少引坡段长度。同时，矩形顶管配套设备小，能大幅减少工作井场地。矩形顶管的优缺点2.22.2中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN

16、GROUP CO.,LTD矩形顶管机种类2.32.3 目国内外矩形顶管开挖形式主要有两种，一种是多刀盘旋转开挖，另一种是异形刀盘摆动开挖。 多刀盘旋转开挖切削扭矩大、搅拌扭矩低，对周围土体扰动小，同时盾体跳动小，有利于顶管姿态控制及地表沉降控制，设备本身制造加工简单，设备后期的运行可靠性高；但存在的缺点是开挖面存在一定的开挖盲区，因此不适合较硬地层掘进，若在较硬地层掘进需要增加辅助措施对盲区进行预处理。 摆动式刀盘开挖，每把刀切削轨迹小，切削扭矩小、搅拌扭矩大，开挖无盲区，可实现全断面开挖；缺点是对周围土体扰动大，不利于顶管姿态控制及地表沉降控制，设备本身加工制造复杂，运行可靠性差。 多刀盘旋

17、挖式顶管机多刀盘旋挖式顶管机异性刀盘多摆动式顶管机异性刀盘多摆动式顶管机中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD施工工序2.42.4始发井接收井管节生产后靠背加固后靠背加固始发端头加固始发端头加固到达端头加固到达端头加固顶管机洞门破除始发施工正常推进洞门破除到达施工注入触变泥浆中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD施工工序2.42.4 1.端头土体加固

18、 2.围护结构施工4.工作井结构施工 3.工作井开挖 一、工作井施工中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 二、顶进准备 1.顶管机设计制造 2.管节预制 3.安装止水帘布、凿出洞门 4.主顶装置及施工机械安装就位施工工序2.42.4中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 三、顶管始发及顶进 1.顶进控制 2.测量导向 3.顶推施工 4.管节吊装施工

19、工序2.42.4中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 6.注减摩泥浆7.地面沉降控制 三、顶管始发及顶进 5. 减摩泥浆的配制EPB Shield, Taipei. Belt Conveyor OutletEPB Shield, Taipei. Belt Conveyor Outlet7.出渣施工工序2.42.4中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LT

20、D 四、顶管接收 1.破除洞门，安装止水帘布 2.顶管机出洞 3. 顶管机吊出，顶进完成 4.内部装修施工工序2.42.4中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD顶管与盾构的对比2.52.5类类 别别顶管法顶管法盾构法盾构法应用隧道长度一般较短长主顶进装置布置在工作井内盾构机上管节（片）是否拼装一般整环预制，不需要拼装在盾构机尾部拼装成环是否需要拼装机不需要需要管节（片）是否移动管节随顶管机移动管片拼装完成后不随盾构机移动主顶力大小需要承担所有管节摩阻力，较大只需承担盾构机

21、掘进力，较小反力提供始终由后靠背提供所有的顶进反力开始时，提供所需的施工反力，顶进一定长度后，反力全部由管片摩擦力提供。工作井、施工场地较小较大管节实用性可以顶进圆形、矩形、椭圆形等异形管节需考虑结构是否能够满足拼装要求曲线施工矩形顶管难以曲线施工可以曲线施工中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD名称优点缺点明挖法施工方法及结构防水简单，技术成熟可靠，施工质量容易保证，通道自身的土建工程造价低。施工占用道路时间长，对地面交通影响很大；需拆除工程用地范围内的建筑物，拆迁量大

22、，地下管线迁改量很大，协调难度大。盖挖逆作可有效控制地面沉降，对周围建筑物和地下管线的保护具有良好的效果；地层条件较好时可不设横向支撑；对地面交通及周围环境的干扰时间较短。施工难度较大，由于混凝土硬化过程中的收缩和自身沉降的影响，不可避免地要出现裂缝，对结构强度、刚度、防水及耐久性产生不利影响；需设置临时竖向支撑及桩基，土建工程造价较高：顶板以下大型施工机械难于展开，施工效率较低，工期长。盖挖顺作施工方法及结构防水简单，技术成熟可靠，施工质量容易保证；能在最短时间内恢复地面交通，对地面交通及周围环境的影响时间短。需设置临时路面系统，造价较高；需两次占用地面道路。暗挖法施工用地小，对地面影响较小

23、，不影响交通。受工程地质和水文地质条件及地下管线的影响较大；工作条件差、工作面少而狭窄、工作环境差；埋置较浅时可能导致地面沉陷；有大量废土、碎石须妥善处理；暗挖施工时需降水；断面利用率低，需降低标高，增加提升高度。管幕法施工用地小，环境影响小，不开挖地面，不影响交通，管线无须迁改；施工工艺复杂，安全风险大，管幕施工质量难以保证造价高，工期长，施工区间需降水。顶管法施工用地小，顶管段不开挖地面，不影响交通，管线无须迁改；对环境破坏较小，施工不受气候和环境的影响；施工安全性高，施工期间无须降水；管片预制运输难度较大，造价较高。顶管与明挖、暗挖、盖挖、管幕法的对比2.62.6中铁第五勘察设计院集团有

24、限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD三、矩形顶管的设计中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 近年来，各院设计了多条大型顶管通道。主要有武汉地铁二号线王家墩东站（原青年路站）IV号出入口（4m6m）、广州地铁文化公园站的号口和号出入口（4.3m6m）、广州地铁六号线海珠广场站号出入口（4.3m6m）以及佛山星汇云锦项目的C地块四条顶管通道（4.9m6.9m）。 目前，在郑

25、州市红专路下穿中州大道隧道工程中设计的顶管最大断面为7.25m10.1m，是目前我国最大断面的矩形顶管工程。武汉地铁王家墩站IV号出入口佛山星汇云锦C地块商业通道近年设计的顶管项目3.13.1中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD近年设计的顶管项目3.13.11)2011年4月,上海轨道交通2号线东延伸金科路站6.9mX4.2m矩形顶管; 2)2008年，南京市中山东路与西祠堂巷的交叉路口 西祠堂巷地下过街通道采用6mX4m矩形顶管；3）2016年，昆明地铁六号线拓东体育

26、馆站与拓东大成中央商务区的地下连接通道，内净空6mX4m矩形顶管；4）2015年，南宁轨道交通1号线南湖站、号出入口采用内净空5.9*3.9m顶管；5） 2016年成都轨道交通10号线一期工程主变电所至华兴站电缆廊道采用外径2.4m圆形顶管；6） 2017年西安地铁4号线飞天路电缆廊道采用外径3.2m圆形顶管；7）目前城市改扩建给排水管道工程多数采用顶管法施工，机械顶管技术获得了飞跃性发展。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD郑州红专路下穿中州大道隧道项目简介3.23.

27、2 本隧道设计起点位于红专路姚寨路交叉口，终点位于龙湖商务外环路，为保证不间断中州大道交通，其中下穿中州大道段采用顶管法施工。本工程全长801.263m。非机动车道隧道长度720m，其中挡墙段长310m，U形槽段长73m，明挖暗埋段232m，顶管段105m。机动车道隧道长度680m，其中挡墙段270m，U形槽段长73m，明挖暗埋段232m，顶管段105m。本隧道工程道路控制红线为53m，共分为四孔设计，中间两孔为机动车道，设置为双向四车道，两侧两孔为非机动车道与人行道。隧道两侧设有中州大道右进右出辅道。中州大道东侧设置顶管顶进始发井，中州大道西侧设置接收井。红专路下穿中州大道隧道项目红专路下穿

28、中州大道隧道项目中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD郑州红专路下穿中州大道隧道项目简介3.23.2 中州大道下穿隧道机动车道矩形顶管管片初步拟定断面外包尺寸为中州大道下穿隧道机动车道矩形顶管管片初步拟定断面外包尺寸为10.10m10.10m7.25m7.25m，顶部覆土约为，顶部覆土约为4m4m；非机动车道断面尺寸为；非机动车道断面尺寸为7.5m7.5m5.4m.5.4m.顶部覆土约为顶部覆土约为4m4m。为保证顶管施工时洞门止水帘布的安装与顶管顶推施工互不影响，各顶管

29、断面间各顶管断面间净间距为净间距为1m1m。38.238.2m m4 4m m7.57.5m m1 1m m1 1m m1 1m m7.57.5m m10.110.1m m10.110.1m m红专路下穿中州大道隧道项目红专路下穿中州大道隧道项目矩形顶管断面矩形顶管断面中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD郑州红专路下穿中州大道隧道项目简介3.23.2郑州市红专路下穿中州大道隧道工程中下穿中州大道段采用顶管法施工，与国内已实施的其他顶管法施做的地下隧道相比，本项目具有以下

30、突出特点：1、采用国内最大断面土压平衡顶管机和顶管管节；红专路下穿中州大道隧道工程共分为四孔设计，中间两孔为机动车道，设置为双向四车道，两侧两孔为非机动车道与人行道。其中机动车的矩形顶管结构外轮廓尺寸为10.17.25m，结构厚度为600mm，根据可调查的工程实例，大截面矩形顶管中，目前国内已实施的封闭型矩形顶管最大尺寸为宽度为8m、高度约6.2m，适用于过街通道。国内外目前尚无此大断面的顶管施做案例。2、相邻顶管间距小；本隧道采用四条并行顶管平行布置，相邻顶管间净距最小仅有1m。3、 覆土埋深浅，周边环境复杂，地质条件差；中州大道是郑州市中心城区快速路系统的纵轴线，是连接城市南北出入口的一条

31、重要快速通道，其车流量非常大。且本工程地质条件一般，周边环境复杂，周边房屋、地下管线密集，地面交通繁忙，隧道埋深浅，断面跨度大，施工中容易引起道路塌陷、建筑物变形以及地下管线开裂。4、大断面矩形顶管顶进距离长；为保证本工程施做期间中州大道的畅通，本工程中矩形顶管一次性顶进长度达105m。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD目前国内顶管尺寸最大为8.06.2m断面大顶管尺寸为10.17.25m，10.110.1m m7.257.25m m当今世界最大断面矩形顶管郑州红专路

32、下穿中州大道隧道项目简介3.23.2中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD为保证机动车行车舒适性，缩小间距至1m。其它类似工程顶管结构净距为6m断面大间距小郑州红专路下穿中州大道隧道项目简介3.23.2中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD38.238.2m m7.57.5m m1 1m m1 1m m1 1m m7.57.5m m10.110.1m

33、 m10.110.1m m4 4m m断面大间距小覆土浅DN600DN600雨水管雨水管1 1m m郑州红专路下穿中州大道隧道项目简介3.23.2中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD暗埋段长暗埋段长83m83m顶管段长顶管段长105m105m暗埋段长暗埋段长107m107m断面大间距小覆土浅距离长郑州红专路下穿中州大道隧道项目简介3.23.2中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESI

34、GN GROUP CO.,LTD郑州红专路下穿中州大道隧道项目简介3.23.2这是国内首次把矩形顶管技术应用于单向双车道城市交通隧道工程，为城市隧道的施工工法提供了更多选择。本工法在市政隧道的运用，对节约土地，减少拆迁，提高道路行车的舒适性，改善道路功能起到了重要作用，目前该项目已运营通车。顶管始发照片顶管始发照片顶管推进过程中照片顶管推进过程中照片顶管洞通后照片顶管洞通后照片隧道通车后照片隧道通车后照片中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD顶管管节布置3.33.3 隧道

35、横断面按4孔布置，中间两孔为机动车道，设置为双向四车道；两侧孔为非机动车道（4m）+人行道（2m）。顶管段也按四个断面平行布置，机动车道断面尺寸为10.1m7.25m；非机动车道断面尺寸为7.5m5.4m.顶部覆土约为4m。为保证顶管施工时洞门止水帘布的安装空间，减小顶管顶推施工时的相互影响，各顶管断面间净间距为1m。38.238.2m m4 4m m7.57.5m m1 1m m1 1m m1 1m m7.57.5m m10.110.1m m10.110.1m m中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESI

36、GN GROUP CO.,LTD管节断面设计3.43.4 一般矩形顶管管节断面为顶底板及侧墙均为直线段，四个角点处设置圆倒角。但对于较大断面的顶管管节也会采用顶板起微拱设计。通过起拱有效的减小内力，减小结构尺寸，不仅节省了材料，同时减小了结构的重量，有利于施工的运输与吊装，方便了施工时的吊装与拼接。同时结合机械设计，减小了断面切削盲区，利于顶管机的掘进。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD管节注浆管和吊装孔布置3.53.5吊装孔注浆浆孔减减摩注浆浆管注浆浆孔减减摩注浆浆

37、管吊装孔机动车道机动车道A型顶管管节设计型顶管管节设计机动车道机动车道B型顶管管节设计型顶管管节设计注浆浆孔减减摩注浆浆管减减摩注浆浆管吊装孔吊装孔非机动车道非机动车道A型顶管管节设计型顶管管节设计非机动车道非机动车道B型顶管管节设计型顶管管节设计注浆浆孔中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD管节接头设计3.63.6 在顶管管节的设计中，接头刚度如果设计得太大，管片的应力也随之加大，这将对管片结构的整体受力不利；而如果接头刚度设计得太小，则管片的接缝变形又太大，止水问题又

38、比较突出。因此，顶管管片需要选择适当大小的接头刚度。当土体地质条件较差、承载力低、灵敏度高，极有可能发生较大的不均匀沉降的时候，不宜采用刚度过大的接头；当土质条件好、土体稳定、承载力高时，所能采用的接头形式相对就比较自由。 国内对于矩形顶管管节接头形式的研究，是在圆形顶管接头形式应用的基础上，借助大量工程实践，不断创新，大致经历了“企口式T型F型”的演变，目前国内工程界普遍采用的F型接头形式。各种连接方式如下图所示。承插式接头承插式接头企口接头企口接头F型接头型接头T型接头型接头中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY A

39、ND DESIGN GROUP CO.,LTD 针对纵向连接弱的实施对策在纵纵向设设置插插销销连连接管节接头设计3.63.6中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 顶管接头处设置了两道防水体系，具体措施如下： 1）外侧防水体系 承插口钢套环采用厚18mm的钢板，与承口混凝土结构密贴，为避免钢环与混凝土间渗水，在钢环端部与混凝土密贴处设置有两道6钢环和水膨胀止水条组成的止水钢环，并在承口与插口接口处设置嵌缝槽，嵌入双组份聚硫密封胶，保证承口侧的防水能力。 为加强承插口处的防

40、水，插口混凝土结构外侧密贴楔形橡胶圈和半圆形橡胶圈，插入承插口钢套环后，橡胶圈被压缩，密贴钢套环与钢筋混凝土结构，形成良好的防水体系。并管节承口端管壁中上部位置开槽，嵌入多孔型三元乙丙橡胶密封垫。在管节插口端面与密封垫对应位置人工打磨光滑平整，保证拼装施工后能够与三元乙丙密封垫压缩密贴，保证拼装后的防水效果。顶管接缝防水设计3.73.7 中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD顶管接缝防水设计3.73.7 2）第二道防水体系 第二道防水体系为预留防水体系，在管壁内侧两管节接

41、缝处设置嵌缝槽，后期可采用注入双组分聚硫密封胶形式或采用接水槽引水形式进行防水。并在管节插口处钢环位置设置数道6mm预留注浆管，后期可通过注入止水材料进行补充防水。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD洞门止水设计3.83.8 为防止一道止水帘布在直线段止水效果不佳，预防顶管机施工始发时泥沙及水的涌入工作井，在始发井端墙设置两道两道帘布橡胶圈和折页板，帘布橡胶由模具分块压制然后连成一整环。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWA

42、Y FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD洞门止水设计3.83.8 为防止一道止水帘布直线段止水效果不佳，预防顶管机施工到达时泥沙及水的涌入工作井，在接收井端墙设置两道两道帘布橡胶圈和折页板，帘布橡胶由模具分块压制然后连成一整环。为防止水压过大冲开帘布橡胶板，在折页板外侧设置弹性压片弹性压片。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD土体加固设计3.93.9 为保证顶管顶推时，后靠背能够提供足够的反力，防止顶推施工时后靠背产生过大变形而导致

43、结构破坏，影响施工，对工作井顶推施工工况进行了三维模拟计算。同时端头加固亦是顶管机始发和接收的重要安全保障。洞门破除后，端头土体暴漏，端头地层受力平衡被破坏，端头土体的结构，作用荷载和应力将发生变化，洞门塌方时有发生，顶管两端头加固是确保洞门破除后的土体稳定性的重要措施。 计算采用三维有限元MIDAS-gts软件计算，计算顶力按设计最大顶力的2倍计，并考虑周围施工荷载及堆载。计算结构标明：在反力墙6.3m范围内进行高压旋喷桩加固，能够满足顶推施工顶力的要求。工作井计算模型中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND D

44、ESIGN GROUP CO.,LTD端头加固方案（1）加固方案：端头加固采用800500mm双重管高压旋喷桩，加固范围为：长度始发、到达为沿隧道长度方向7m，隧道轮廓线以外3m。（2）加固检查：垂直取芯检查强度完整性+水平钻孔检查完整性、有无渗漏；如果加固效果不好采用压密注浆等措施补强。（3）端头加固主要是确保完整性；强度控制在1MPa；不渗水、漏砂。土体加固设计3.93.9中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD止退装置设计3.103.10 止退装置采用三角形钢架设计，

45、与底部支撑支架连接为一体。当顶管管节顶进到位时，采用钢棒通过三角钢架插入预留的吊装孔，进行管节止退。止退装置中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 根据顶管始发时机械布置空间确定始发井的宽度：始发井宽度=结构厚度+后靠背+千斤顶长度+顶管机长度+顶铁长度+顶管管节吊装空间+洞门端结构 始发井的长度根据顶管隧道横断面布置宽度，始发井的长度=侧墙结构+施工空间+结构宽度+结构施工要求+侧墙结构。 始发井高度：由顶进施工要求、顶管高度及顶管轨道支架高度确定，始发井高度：始发井高

46、度=底板结构+导轨支架+顶管结构+顶管顶部预留空间+顶板结构始发井结构设计3.113.11洞门始发井洞门始发井对于地铁出入口的顶管而言，一般顶管断面在6.9mX4.2m，始发井的尺寸为11mX12m。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD根据顶管始发时机械布置空间确定接收井的宽度：接收井的宽度=结构厚度+顶管机长度+顶管机拆卸与吊装操作空间+洞门端结构 接收发井的长度：接收发井的长度=侧墙结构+施工空间+结构宽度+施工空间+侧墙结构 。 始发井高度：由顶进施工要求、顶管高

47、度及顶管轨道支架高度确定，始发井高度=底板结构+导轨支架+顶管结构+顶管顶部预留空间+顶板结构接收井结构设计3.123.12对于地铁出入口的顶管而言，一般接收井为车站主体结构。中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD中继间设计的考虑3.133.13顶进距离较长，如果后靠背不能提供足够顶力的情况下，可以考虑设置中继间。 中继间布置图中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP

48、 CO.,LTD 2台土压平衡式矩形顶管机均采用6刀盘（3凹3凸），2螺旋输送机出土，通过优化管节设计，保证了刀盘的开挖面积达到90%以上。三、施工方案三、施工方案矩形土压平衡顶管机矩形土压平衡顶管机非机动车道顶管机动车道顶管施工成果3.143.14中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD总体施工步骤总体施工步骤 四条隧道两大两小，分别由一大一小两台顶管机掘进。顶管自东向四条隧道两大两小，分别由一大一小两台顶管机掘进。顶管自东向西顶进，为了减少扰动施工顺序为：西顶进，为了减

49、少扰动施工顺序为：1#1#隧道掘进隧道掘进4#4#隧道掘进（一大一隧道掘进（一大一小分开施工）小分开施工）;3#;3#隧道掘进隧道掘进2#2#隧道掘进。隧道掘进。三、施工方案三、施工方案始发井接收井中原1号中原2号 二序施工一序施工3#隧道4#隧道2#隧道1#隧道三、施工方案三、施工方案施工成果3.143.14中铁第五勘察设计院集团有限公司中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINA RAILWAY FIFTH SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD 四、施工成果四、施工成果 施工进度施工进度节点及名称节点及名称1号隧道号隧道3号隧道号隧道4号通道号通道2号隧道号隧道推进顺

50、序推进顺序1234断面断面75205420 101207270 75205420 101207270通道总长（通道总长（m）105105105105始发时间（年始发时间（年/月月/日）日）2014.02.162014.03.162012.06.262014.08.06贯通时间（年贯通时间（年/月月/日）日）2014.05.262014.06.062014.07.262014.08.31推进时间（天）推进时间（天）100803025平均掘进（平均掘进（m/d）1.91m（1#和3#同时施工）3.5m4.0m（6m）三、施工方案三、施工方案三、施工方案三、施工方案施工成果3.143.14中铁第五勘