顶管施工技术应用

顶管施工技术应用湘江排水口项目部2015年11月忠信厚德义利共生一、顶管施工动画演示二、顶管施工应用三、顶管施工分类四、顶管施工设备及其作用五、顶管施工主要施工工艺六、顶管施工常见问题处理方法七、施工经验总结忠信厚德义利共生一、顶管施工动画演示忠信厚德义利共生二、顶管施工应用2.1术语2.2顶管施工的应用2.3顶管施工的适应性2.4顶管施工基本原理忠信厚德义利共生2.1术语•摘自《顶管工程施工规程》DG／TJ08-2049-2008•2.1.1顶管•依靠千斤顶和反力墙，将管道在地下逐节顶进的施工工艺。•2.1.2顶管机•安装在管道前端用于掘进、出泥和导向的顶管机械。•2.1.3工作井•顶管设备安装及用于始发的地下作业空间。•2.1.4接收井•接收顶管机的地下作业空间。•2.1.5小直径顶管•内径600mm~1200mm的顶管。忠信厚德义利共生2.1术语•2.1.6长距离顶管•一次顶进长度500m~1000m的顶管。•2.1.7超长距离顶管•一次顶进长度大于1000m的顶管。•2.1.8导轨•顶管工程初始导向和管段拼接用的轨道。•2.1.9穿墙孔•顶管机进出工作井(接收井)的洞门。•2.1.10出洞•顶管机由工作井进入土体向前顶进的过程。•2.1.11进洞•顶管机向前顶进进入接收井的过程。忠信厚德义利共生2.1术语•2.1.12反力墙•工作井内承受千斤顶顶力的墙体。•2.1.13顶管后座•千斤顶与反力墙之间的传力装置。•2.1.14中继间•为增加顶力而设置在管道间的续顶装置。•2.1.15特殊管材•采用玻璃钢夹砂管及预应力钢筒混凝土结构形式的顶管•管材。•2.1.16特种顶管•使用特殊管材或特殊的施工方法的顶管。忠信厚德义利共生2.1术语•2.0.18触变泥浆•用于填充顶管和土体之间的空间并起到减阻作用的泥浆材料。•2.0.19盘根止水•采用柔软的线状物(如棉、麻、石棉、石墨等)纺织成条状再浸入复合树脂(或油漫物)而制成的软填料，用于填塞顶管机与井壁的空隙，起到密封止水作用。忠信厚德义利共生2.2顶管施工的应用顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复，由于顶管施工技术具有综合成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优点，在市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地下管线中广泛的应用。由于地质条件复杂，同一埋深的地层中往往有多种地质出现。顶管施工技术要求高、实施难度大。随着社会的发展、环境的保护和文明施工的要求，促使近年来我国顶管施工工程技术高速发展，并已形成了一个新兴的产业。顶管施工技术应用前景广阔，经济效益和社会效益巨大。忠信厚德义利共生2.3顶管施工的适应性顶管施工是一门涉及知识面广、施工管理要求高、施工作业要求严的综合性施工技术，最突出的特点是适应性。顶管施工采用何种施工方法是根据工程的特点、环境、地质、施工条件等因素决定，所以各种顶管方法都有其局限性。忠信厚德义利共生2.3顶管施工的适应性施工前必须要充分了解地质情况，选用与之适应的顶管施工方法。特别是复杂地层，一段顶管施工可能多种地层同时出现，甚至可能出现不同的障碍物，所以在不同的地质情况取用不同的施工工艺（本工程污水干管顶管工程大部分位于粉土、圆砾层，局部位于粉质粘土层）。忠信厚德义利共生2.4顶管施工基本原理顶管施工是从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶和中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工。忠信厚德义利共生2.4顶管施工基本原理人工顶管忠信厚德义利共生2.4顶管施工基本原理泥水平衡顶管施工示意图忠信厚德义利共生三、顶管施工分类3.1人工手掘式顶管施工常用的施工方法：敞开式、半敞开式、格栅式、挤压式、气压法式。3.2机械式顶管施工常用的施工方法：泥水平衡式和土压平衡式。3.3其他顶管施工方法：水冲枪式。3.4顶管施工常用的管材：钢筋混礙土管、钢管、玻璃钢夹砂管、陶瓷管、聚合物砼管、铸铁管。注：玻璃钢夹砂管通常分为离心浇注型和缠绕型两大类。离心浇注型玻璃钢夹砂管是用树脂、石英砂和短玻璃纤维以一定比例混合，经离心浇注而成。缠绕型玻璃钢夹砂管是用树脂、石英砂和长玻璃纤维在旋转的机器上交叉缠绕成型。3.5管材外型：圆型、矩型、多边型。忠信厚德义利共生三、顶管施工分类忠信厚德义利共生人工顶管可在密封机械顶管机无法顶进的地层施工，如穿越地层部分有中、微风化岩层短距离顶进，以及管道轴线上可能存在大的石块、桩基础等不明障碍物地层，缺少水资源的特殊条件等可采用人工顶管。人工顶管顶进开挖前必须通风，要进行毒气控测措施，防止地层含有毒气体伤及施工人员。3.1人工顶管忠信厚德义利共生3.1人工顶管石砌防空洞石砌暗沟本工程污水压力管钢管顶管施工遇到的地下障碍物忠信厚德义利共生全敞开式在地层无地下水或少量地下水的黄土坚硬土层、砂层、中、微风化岩层等，这种地层不易坍塌、难以挤压，可采用全敞开式顶进施工。3.1人工顶管忠信厚德义利共生3.1人工顶管本工程污水压力管人工顶管忠信厚德义利共生3.1人工顶管本工程污水压力管人工顶管忠信厚德义利共生格栅式半敞开式3.1人工顶管在有地下水的砂质土宜采用格栅式，地下水位较高可采取井点降水等辅助施工方法。在有地下水较软的地层（淤泥），可采用挤压式忠信厚德义利共生3.1人工顶管气压平衡顶管的基本原理就是使挖掘面与保持一定压力的压缩空气相接触，以起到两个作用：一方面用来疏干挖掘面上土体中的地下水，另一方面用来保持挖掘面的稳定。气压平衡顶管机可分为全气压和局部气压两种，所谓全气压就是包括挖掘面以内的所有顶进管道中都充满压缩空气。气压式忠信厚德义利共生3.1人工顶管全气压施工的主要缺点是劳动条件差、施工效率低，气压冒顶对工程和人员安全构成较大的威胁。在总结全气压施工的基础上，我国研究成功了局部气压施工方法。局部气压施工将压缩空气的范围仅限于开挖面，而操作人员仍在常压下工作，因而大改善了劳动条件；弃土用管道排放，施工效率高；压缩空气万一冒顶，不对工程和人员构成威胁。气压平衡顶管通常用于排除顶管中可能遇到的障碍物。忠信厚德义利共生3.1人工顶管人工顶管使用设备：工具管所谓工具管，指的是安装在被顶进管子前方，供顶管工人在里面进行挖土、纠偏等作业的钢制管节。为了方便切土，前端都设有刃口。它与顶管机的最大区别就是它没有挖土的动力设备和机械。工具管是顶管施工最原始使用的设备。它只能用于挖掘面能自立的土质，或者用于非常软的土质。在与气压、降低地下水或用注浆方法对土体进行加固等辅助施工措施相结合以后，就能扩大它的寺质适用范围。即使在机械化顶管施工日益普及的今天，它仍然有一定的市场，就是因为它可以用各种方式破除顶进中所遇到的任何障碍物。这一点，是其他顶管方式都无法解决的一大难题。忠信厚德义利共生3.1人工顶管工具管主要由前、后壳体组成。在前壳体的端部，是一个用于切土的刃口。在前、后壳体之间设有四组纠偏用的螺栓。后壳体的尾端与第一节管节相连接。忠信厚德义利共生3.1人工顶管如果在有地下水的较软的黏性土中，且挖掘面又不太稳定，可以先用降低地下水的辅助施工手段，然后再用设有网格的工具管才可以进行顶管施工。忠信厚德义利共生3.1人工顶管如果在特别软的淤泥或淤泥质黏土中，用上述设有网格的工具管也无法施工，可以用带有仓门的挤压型工具管。如果遇到较大型的障碍物，只需要向工具管的挤压腔内注浆，对土体进行改良、加固，然后就可以方便地把障碍物取出。忠信厚德义利共生3.2机械顶管机械式顶管施工可有效地保持挖掘面的稳定，对所周围的土体扰动较小，引起地面沉降较小。机械式顶管适应的土质范围广，如高地下水软弱地层，淤泥质土层、粘土层、粉土层、砂层，以及软岩强风化岩也适用。土压平衡式和泥水平衡式顶管施工是常用的机械密封式顶管施工，主要是在顶进过程中利用大刀盘及仿形刀盘对机头正面土体的全端面切削，利用主顶设备把机头向前推进，把切削下来的泥土挤进机头土仓内，在顶管机的刀盘及搅拌杆的搅拌均匀，泥浆在土压仓通过排泥系统排出渣土。机械式顶管施工常用的施工方法：泥水平衡式和土压平衡式忠信厚德义利共生3.2机械顶管土压平衡顶管机泥水平衡顶管机忠信厚德义利共生3.2机械顶管土压平衡顶管机泥水平衡顶管机忠信厚德义利共生3.2机械顶管本工程使用的泥水平衡式顶管机忠信厚德义利共生3.2机械顶管土压平衡顶管特点：土压平衡顶管施工的主要特征是在顶进过程中，利用土仓内的压力和螺旋输送机排土来平衡地下水压力和土压力，它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。它与泥水式顶管施工相比，最大的特点是排出的土或泥浆一般都不需要再进行泥水分离等二次处理。它与手掘式及其他形式的顶管施工相比较，又具有适应土质范围广和不需要采用任何其他辅助施工手段的优点。土压平衡顶管有以下优点：1、可以在较薄的覆盖层下施工，最小覆盖层为0.8倍的工具管外径，但覆盖层不能小于1米。忠信厚德义利共生3.2机械顶管2、适用土质范围广，适用土质为软黏土、粉质黏土以及部分黏质粉土。3、能保持挖掘面的稳定，地层损失小，从而减小了地面沉降，可用于地面沉降较小的场合。4、弃土为干土，运输、处理都比较方便。土压平衡顶管的缺点：1、在黏粒含量较少的土层、砂砾层中施工，则必须添加黏土或土体改良剂，这样就提高了施工成本。而且砾石的粒径必须小于螺旋输送机内径的1/3。2、开挖面遇到较大的障碍物则无法处理，因此在施工前要作详细的地质调查。3、在砂性土层中施工，地下水较高时，要防止螺旋输送机出泥口喷发给施工带来危险。忠信厚德义利共生3.2机械顶管土压平衡顶管忠信厚德义利共生3.2机械顶管泥水平衡顶管特点：泥水平衡顶管施工的特点是平衡的精度比较高、施工的速度比较快，适用于覆土深度大于1.5倍管外径且透水系数不太大的砂质土和黏土。不适用透水系数大的砂卵石。泥水平衡顶管施工对泥水管理这一环节要求比较高，进水必须是比重在1.03~1.3之间的泥水而不允许用清水，泥水可在挖掘面上形成一层泥膜，这层泥膜可以平衡地下水压力，防止泥水向外溢出，同时又可防止地下水内渗透，而清水是不具备有这种特性的。忠信厚德义利共生3.2机械顶管泥水平衡顶管的优点有：1、适用的土质比较广，最适用的土质是渗透系数小于10-3cm/s的砂性土。2、地面沉降较小，挖掘面稳定，土层损失小。3、施工速度较快（在本项目污水干管5-4号井顶管中最快的一天顶进了40多米），弃土采用管道运输，可以连续出土。泥水平衡顶管的缺点是：1、弃土的运输和存放都比较困难。2、大直径泥水平衡式顶管，因泥水量大，作业场地大，不宜在人口密集、道路狭小的市区采用。3、大部分渗透系数大的土质要加黏土、膨润土和CMC等稳定剂，稍有不慎，容易塌方。4、黏粒太多的土质，泥水分离困难，成本高。5、不适用于有较大石块或障碍物的土层。忠信厚德义利共生3.2机械顶管泥水平衡顶管忠信厚德义利共生四、顶管施工设备及其作用1、顶管机：顶管机的作用：①切削土体并搅拌均匀；②控制顶进的方向。土压平衡顶管机泥水平衡顶管机忠信厚德义利共生四、顶管施工设备及其作用2、主顶系统：主顶系统装置由：后座垫铁、导轨、千斤顶及千斤顶支架、后座泵站组成，其作用是完成管道的推进。主顶泵站环型顶铁千斤顶后座顶铁忠信厚德义利共生四、顶管施工设备及其作用3、穿墙止水环穿墙止水环安装在工作井预留洞口，具有防止地下水、泥砂和触变泥浆从管节与止水环之间的间隙流到工作井。地下水丰富、压力大，或管道埋深较深时，压板可加工成绞接，防止止水橡胶因地下水压力往外翻出。导轨洞口止水环预留洞口忠信厚德义利共生四、顶管施工设备及其作用忠信厚德义利共生四、顶管施工设备及其作用本工程污水干管洞口止水环忠信厚德义利共生四、顶管施工设备及其作用4、泥水系统1、泥水式排泥系统的主要设备：包括进排泥浆泵、泥浆管、泥水处理装置、泥水箱等。2、排泥系统有两个作用：一排土，二平衡地下水。循环管进、排泥浆泵泥水分离装置忠信厚德义利共生四、顶管施工设备及其