顶管和拉管专题报告课件.ppt

1、赵治明2013-1-6顶管和拉管顶管和拉管专题报告专题报告Page 2 目前，城市现存的许多设施不能满足发展的需要，如污水、自来水、煤气、电力和通讯管道的铺设和维修都是在需要的时候再对街道路面“开膛剖肚”，从而导致交通堵塞、破坏已有基础设施、环境污染等一系列问题。非开挖施工技术就是在不开挖（或者少开挖）地表的情况下进行铺设、探测、维修和更新各种地下管线，解决城市管线施工中的难题。城市地下管线的铺设方式是工程建设技术水平的体现，是城市现代化的标志之一，也是社会文明进程的重要体现。背景与现状背景与现状Page 3开挖施工开挖施工Page 4 非开挖技术是极为重要的一种铺设管道的工程手段，采用非开挖

2、技术铺设管道具有若干得天独厚的优势。不开挖地面就能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是一种安全有效的施工技术。1、非开挖技术不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管道寿命亦大于开挖法埋管。2、采用房下非开挖技术能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大经济和社会效益。3、施工时产生的噪音及振动很小，不扰民。4、在现有道路下进行管线铺设时，不影响交通。非开挖技术的特点非开挖技术的特点Page 5非开挖技术的种类非开挖技术的种类 非开挖技术可分为三大类：铺设新管线、修复置换旧管线、探测原有管网。1、铺设新管线施工技术：导向钻进铺

3、管法、定向钻进铺管法、气动矛铺管法、螺旋钻进铺管法、夯管锤铺管法、推挤顶进铺管法、微型隧道铺管法、盾构法和顶管法。2、修复旧管线施工技术：原位固化法、原位换管法、滑动内插法、变形再生法、局部修复法。3、探测地下管网：地下管线探测仪、供水管网监测仪、电 信线路故障定位仪、气体故障检测仪、管中摄影仪、探地雷达、声纳系列Page 6夯管锤铺管法夯管锤铺管法水平导向钻进法水平导向钻进法Page 7Page 8顶管施工技术顶管施工技术顶管顶管-顶管法是借助顶推设备将工具管或掘进机从工作坑（始发井）内穿过土层一直推到接收坑（到达井）内，依靠安装在管道头部的钻掘系统不断地切削土屑，由出土系统将切削的土屑排出

4、，边顶进，边切削，边输送，将管道逐段向前铺设，与此同时，把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间的一种非开挖施工技术。在顶进的过程中通过激光导向系统纠偏来调节铺管方向。Page 9Page 10顶管施工技术分类顶管施工技术分类按口径口径分类微型顶管(小于500mm)小口径顶管(500mm1000mm)中口径顶管(12001800mm)大口径顶管(大于1800mm)顶管施工法根据铺设管道的口径大小又可分为小口径顶管(Micro Tunneling)施工法 和大中口径的顶管(Pipe Jacking)施工法。设于英国伦敦的国际非开挖技术协会(ISTT)伦敦分会规定小口径管道顶管工程的口径为900

5、mm以下，而在日本规定小口径管道顶管工程的口径为800mm以下。可以认为小口径顶管施工法就是指管道直径不允许人员进入管内而只能通过遥控操作进行的管道顶进施工方法。Page 11按工具管或掘进机工具管或掘进机分类手掘式顶管半机械式顶管机械顶管按工作面土体平衡方式工作面土体平衡方式分类气压式顶管泥水（平衡）式顶管土压（平衡）式顶管Page 12气压平衡施工n 工艺原理概述：气压平衡式顶管的工作原理是，通过作用于临时掘进工作面上的气体压力（这里的气体压力一般根据工具管底部的地下水压力来确定），来阻止地下水。在整个掘进工作面的高度范围内，作用的气体压力是相等的，但地下水的压力是有梯度的，因此在工具管的

6、顶部就形成一个超过平衡压力的气体压力区。在这一压力作用下，地层空隙中的水被挤出，地层也从原来的饱和状态过渡到半饱和状态，从而起到平衡挖掘面的作用。Page 131-冷却塔；2带纠偏装置的工具管；3-第一道气闸门；4-空压机；5-第二道气闸门；6-空气滤清器；7-防漏气装置；8-送气管道气压平衡装置的起用：气压平衡装置的起用：当遇见含水量较大或流砂现象的地层时，为保持掘进面的稳定，防止出现坍塌，而引起地面的塌陷，应立即起用气压平衡装置。首先，关闭顶管机第一道压气舱门，使工作舱与大气隔绝。在工作舱完全密封的情况下，向工作舱输入压缩空气，气体的压力一般要高出地下水压力0.01MPa,以阻止地下水涌入

7、工作舱，达到平衡掘进面地目的。第二步作业人员进入物料舱，关闭第二道舱门，也向该舱输入与工作舱同等压力的压缩空气，然后打开第一道舱门，作业人员开始掘进作业。第三步当物料舱装满后，停止掘进，关闭第一道舱门，打开第二道舱门，装土、运输。如此反复循环作业。为保证作业人员的安全，必须保证最大工作气压限制在0.36Mpa的人体能承受的安全气压。Page 14土压平衡顶管施工n 土压平衡顶管工法是利用土压平衡式顶管掘进机进行地下钢筋混凝土管道或其他管道的顶进施工，能以有效的技术手段和措施，来确保整个顶管过程中不产生挖掘面土方的超挖和欠挖，仅仅取走顶入管子的这部分土体。它对周围的土体扰动很小，能使地表的沉降或

8、隆起减小到最低限度。n 适用范围：本工法适用于饱和含水地层中的淤泥质粘土、粘土、粉砂土或砂性土，尤其适用于闹市区或在建筑群、地下管线下进行顶管施工，也可进行穿越公路、铁路、河流特殊地段的地下管道的施工；施工管道口径以国标下水道口径系列尺寸中的16502400为宜；顶管管材为钢筋混凝土；管节的接头形式可按要求选用“T型”、“F型”钢套环式、企口承插式等，也可按工程的要求选用其他材质的管节和管口接扣形式。Page 15Page 16土压平衡顶管施工土压平衡顶管施工工作井工作井Page 17土压平衡顶管机纵断图土压平衡顶管机纵断图Page 18泥水平衡顶管施工n 适用范围 本工法适应于各类大中型地下

9、管道施工（管径大于1200毫米），通常包括混凝土管道、钢管、玻璃纤维加强管、球墨铸铁管道等等。本工法适应于各种不同的土质条件，尤其对地下水位很高，地下水压力变化较大的地层更具有优越性。工艺原理 泥水平衡式顶管机是利用泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力，通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出顶管机，在不开挖地表的情况下，利用液压顶进工作站从工作坑将铺设的管道顶入，从而在顶管机之后直接铺设管道。Page 19Page 20切削刀盘Page 21机身Page 22泥水系统简图：泥浆池泥浆池Page 23泥水平衡施工管道内部泥水平衡施工管道内部Page 24顶管施工流程测量放

10、线及复核开挖工作坑及接收坑铺设导轨设备安装调试工具管或掘进机进洞吊放管节顶进并运排碴土监测安装管节接口掘进机(工具管)出洞拆除掘进机(工具管)全线测量完工顶管施工应用领域下水道自来水管煤气管动力电缆通信电缆Page 25测量放线及复核 将工作井出洞和接入井进洞的坐标，正确引入工作井内，指导顶管顶进的方向和距离。1、直线测量：根据顶管工作井出洞口的中线和接入井进洞口的中线，用经纬仪在工作井后反复瞄准，令这两中线重合。2、三角放线：A、接收入井进洞口中点。B、工作井出洞口的中点。C、AB延长线上一引桩Page 26工作坑与接收坑工作坑与接收坑安放顶进设备顶管掘进机（或工具管）提供始发场所顶管施工终

11、了时接收顶管掘进机（或工具管）用途矩形圆形多边形按其形状分分类钢筋混凝土坑混凝土砌块坑 钢板桩坑 按构筑材料分沉井坑SMW工法坑（埋深大管径大时才用）按构筑方法分土质较好、口径小、距离不长，工作坑和接收坑也可采用放坡开挖，但工作坑中需浇筑一堵后座墙。Page 27沉井坑n 是先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。Page 28圆形沉井坑Page 29矩形沉井坑Page 30n 以多轴型钻

12、掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。Soil Mixing Wall SMW工法连续墙Page 31Page 32工作井开挖选取原则工作井开挖选取原则尽量避开房屋、地下管线、河塘架空电线等不利于顶管作业的场所 尽量减少工作坑个数，同时尽可能地在一个工作坑向正反两个方向顶（这样可减少顶管设备转移次数，提高施工效率）土质较软而且地下水又比较丰富选用沉井坑在土质条件好，地下水少的条件

13、下，选用钢板桩坑在覆土比较深的条件下，可采用沉井工作坑或地下连续墙工作坑一般情况下，接收坑可采用钢板桩等比较简易的构筑方式构筑的接收坑。Page 33工作坑与接收坑的布置工作坑与接收坑的布置布置起吊设备供电、水设备泥浆设备液压设备控制基坑导轨洞口止水后座墙主顶油缸测量仪器地面布置坑内布置Page 34Page 35工作坑的开挖Page 36工作坑的宽度B:B=D+2b+2cD-顶进管的外径（m）;b-管两侧的操作空间，根据管径大小及操作空间而定，一般可取1.21.6m；c-撑板的厚度，一般为0.2m。工作坑的施工成本（尤其在埋深较大时）在总成本中战有较大的比重。在综合考虑各方因素的情况下，最大

14、限度地减小工作坑尺寸是设备、材料选型时的重要依据。Page 37工作坑长度L：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6L1-管节长度；L2-千斤顶长度（一般为0.91.1m）；L3-后座墙厚度（约为1米）；L4-前一节已顶进管节留在导轨上的最小长度，通常为0.30.5m；L5-管尾出土所留的工作长度，根据出土工具而定，用小车时为0.6m，手推车时为1.2m；L6-调头顶进时的附加长度。Page 38Page 39顶管掘进机及其顶管施工的主要配套设备n 顶管掘进机简称顶管机，它安放在导轨上，在所顶管道的最前面，它的主要功能是取土和确保管道顶进方向的正确性，为确保顶管的顺利顶进，必须根据顶进线路上的

15、土质情况确定顶管机的形式。n 主顶设备也安装在工作坑的基底上，其前顶的方向与管道的线路方向一致。管材放置在顶管机和主顶设备之间，主顶设备依托后靠背将顶进时反作用力均匀的作用到工作坑井壁上。n 顶铁是顶进作业不可却少的设备，有环型、U型顶铁之分，它放置在顶管管材和主顶设备之间，起到将顶力分散并将顶力均匀作用与管材，进而保护管材并延伸主顶设备作用力的作用Page 40顶铁Page 41注浆设备注浆设备Page 42n 注浆设备的采用是顶管施工的重要一环，在顶进过程通过对含有注浆孔的管道注浆使管道周壁形成环形的泥浆套，从而降低了顶进阻力，既保护了管材又使得长距离大口径顶管成为可能。n 此外，输土装置

16、、测量系统、洞内通风和照明设施也是施工中不可忽略的环节。由于顶管施工的特殊性，对顶管施工的管材也提出了一些与明挖施工管材不同的要求，如管材接缝在顶进过程中的自密封要求，钢筋混凝土管的28天抗压强度不低于40Mp等。Page 43后备墙的安设后背墙附加层制作是保证顶管正常顶进的关键措施。对矩形工作井出洞的顶管，接收井将工作井壁当后背墙，可不必再做附加层，只靠近井壁位置旋转后靠背铁即可；对有折角出洞的矩形工作坑或圆形工作井，必须浇筑砼附加层与井壁共同受力作为后背墙。后背墙附加层与顶进轴线成直角，待砼达到设计强度的75%时方可顶进。Page 44Page 45铺设导轨 基坑导轨是安装在工作境内为管子

17、出洞提供一个基准设备。导轨要求具备坚固、挺直、管子压上去不变形等特征，采用复合型导轨。Page 46设备进洞Page 47进出洞口进出洞口安全、可靠的出洞便是顶管施工成功的一半，多数顶管工程的失败就是在进出洞口时出了问题。土质不好，为保证进出洞口工作顺利，必须对洞口土体进行加固处理（土质不是很软时，只需对所顶管道外径两侧和顶部一定宽度、长度范围内的土体进行加固，如果土质较软，在管子顶进一定范围内，对整个断面的土体进行加固）防止较重的掘进机在出洞时出现叩头现象，可在洞内下部填上一些粘土或用低标号混凝土浇注托板（也可在洞内再预埋短的延伸导轨以便托住掘进机，此外还应把掘进机与第一节管节联在一起）出洞

18、初期还须防止掘进机及前几节管节往后退的情况发生（在主顶油缸回缩之前，因设法顶住管子，否则前方土体会发生不同程度的坍塌，不但可能造成洞口上部安全，也会使掘进机的再次推进方向发生偏差）出洞须注意的几个问题出洞须注意的几个问题Page 48Page 49顶管施工工艺流程 测量控制工作井施工顶管设备安装始顶管道顶进顶至终点处回填加注水泥浆设备拆除 a检查起重设备：起重设备经常检查、试吊，确认安全、可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50厘米时，操作人员方可进前操作。b下管就位：第一节管子下到导轨上，测量管子中心及前端与后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进施工。第一节管有工具管的作用，顶

19、进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。Page 50管前挖土与顶进：管前挖土是控制管节顶进方向和高程、减少偏差的重要作业，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。因此，管前挖土与顶进须严格按照以下规程操作：a管前挖土的长度：在一般顶管地段，土质良好，可超过管端30-50厘米，并随挖随顶。b顶进施工：顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常施工速度顶进。顶进中发现油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。挖出的土要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小的范围内。Page 51测量与校正 a在顶第一节管时，以及在校正偏差过

20、程中，测量间隔不能超过30厘米，保证管道入土的位置正确；管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不能超过100厘米。b高程测量：用水准仪及小塔尺，根据工作坑内设置的水准点标高，测头一节管前端与后端管内底高程，以掌握头一节管子的走向趋势，测量后与工作坑内另一水准点闭合。c全段顶完后，在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，测出错口高差，做好记录 d顶管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓缓进行，使管子逐渐复位，不能猛纠硬调，以防产生相反的结果。Page 52触变泥浆减阻施工 为了减少顶进中的阻力，防止塌方，采用在管壁与土壁之间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与

21、土壁之间的摩擦阻力。触变泥浆除起润滑作用外，静置一定的时间泥浆固结，产生强度。泥浆配比及注浆操作，按市政操作规程要求进行。为使泥浆能够达到较好的充满度，每2节管设一处注浆孔。每处在管顶部及水平直径两侧管壁开3个注浆孔(注浆孔的设置与管材生产厂家联系.在生产管材时将注浆孔预留好,从管体顶进10m至15m后开始注触变泥浆。随顶随注，注浆压力应达到0.2Mpa,以保证注浆饱满，确实起到润滑减阻作用。)调浆设备：调浆设备：搅浆机及储罐 灌浆设备：注浆泵、输浆管。触变泥浆材料主要成分：触变泥浆材料主要成分：膨润土、碱（碳酸钠）和水。Page 53 触变泥浆的拌和和程序：触变泥浆的拌和和程序：将定量的水放

22、入搅拌罐内，并取其中一部分水溶化碱；在搅拌过程中，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐内，搅拌均匀；将溶化的碱水倒入搅拌罐内（碱水必须在膨润土上搅拌均匀后加入再搅拌均匀，放置12h后即可使用。触变泥浆使用时应注意事项触变泥浆使用时应注意事项：搅拌均匀的泥浆应静置后方可灌注，注浆孔在未下管之前用冲击钻成孔，每节管中间设一孔，环氧树脂埋固钢管。下管时将注浆孔放置斜上方，且前后两节的孔应错开布置。灌浆前，应注水检查灌浆设备，确认设备正常后方可灌注。灌浆压力可按0.1Mpa开始加压，在灌浆过程中再按实际情况调整。每次顶进同时灌浆，按灌浆孔断面位置的前后顺序进行依次进行，灌浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情

23、况时，经处理后方可继续顶进。Page 54洞口止水措施洞口止水措施 混凝土前止水墙橡胶止水圈压板覆土深度很深，一般指大于10m以上或者在穿越江河的工作坑中，洞口止水圈必须做两道。前面一道是充气的，它像一只自行车内胎一样，它与管子不直接接触。中间有一道止水圈。平时，前面一道止水圈是不充气的，只有当后面一道止水圈损坏需更换时，前面的那一道才充气，起到止水作用。Page 55顶管测量及校正措施顶管测量：采用经纬仪和激光水准仪中心线测量：根据工作坑内用经纬仪设置的中心桩挂线，使拉线对准垂球，读管前段的中心刻度尺，其差值即为偏差。挖土校正法：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。使用于10-20mm木杠支撑法：如管子下陷，管子发生错口时，可采用木杠支撑法校正适用于偏差为20mm。Page 56顶管施工的缺点曲率半径小而且多种曲线组合时施工困难在软土层容易发生偏差，纠偏比较困难，容易下沉遇障碍时处理这些障碍较困难埋深浅时不太经济超长距离顶进困难大口径（5米以上）顶进极困难土方开挖量少，对交通影响小作业人员少，工期短、材料省埋深大时较经济密封好，衬砌工作小顶管施工优点