《顶管工程介绍》PPT课件

顶管工程顶 管 施 工 技 术 讲 座 n顶管工程技术的发展历史n顶管施工技术n工作井施工技术n顶管管材设计n顶管工程施工机械设备介绍n顶管工地图片n对本工程的建议n结语主 要 内 容 前言 顶管技术的发展历史n顶管施工技术(Pipe jacking)被认为最早应用于罗马时代，在二战中兴起于美国、二战后在欧洲的英国、德国和日本迅速发展。n在2O世纪的6O和7O年代，顶管施工技术在美国、欧洲、日本得到了较大的改进，奠定了现代顶管施工技术的基础。 n顶管技术在中国的发展始于1956的上海。1984年前后，我国的北京、上海、南京等地先后开始引进国外先进的机械式顶管设备，使我国的顶管技术上了一个新台阶。 随后进入快速发展阶段。 n顶管施工技术发展的主要原因是市场的推动。 1 顶管法n顶管法是修建地下管道和涵洞的重要方法。 n 1 概述:顶管施工技术是一种非开挖地下管道施工方法，这种施工方法能很方便的穿越公路、铁路、房屋、河流等铺设地下管道，并且污染小，对交通影响小，开挖土方少，机械化程度高，被认为是一种现代化的管道铺设方法，越来越多的地下管道工程采用这一施工方法。 n 1.1 顶管法简介 n采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地. 顶管法施工示意图 目前广泛采用的三种顶进工法n人工开放式顶进工法 手掘式 挤压式n泥水平衡封闭式顶进工法 网格水冲式 刀盘掘进式 岩盘破碎式 n土压平衡封闭式顶进工法 大刀盘式 多刀盘式 顶管法施工主要用于 n 特 殊 施 工 环 境 条 件 下 的 管 道 工 程 中 ：n 穿 越 江 河 、 湖 泊 、 港 湾 水 体 下 的 供 水 、 输 气 、输 油 管 道 工 程 ；n 穿 越 城 市 建 筑 群 、 繁 华 街 道 地 下 的 上 下 水 、煤 气 管 道 工 程 ；n 穿 越 重 要 公 路 、 铁 路 路 基 下 的 通 讯 、 电 力 电缆 管 道 工 程 ；n 水 库 坝 体 涵 管 重 建 工 程 等 。 n 埋 深 较 深 (深 度 大 于 4米 以 上 ),开 槽 明 埋 施 工造 价 较 高 的 工 程 等 。 发展趋势n中继环接力顶推装置、触变泥浆减阻顶进技术，自动测斜纠偏技术、泥水平衡技术、土压平衡技术、气压保护技术和曲线顶管技术 。 1.2 顶管法的关键技术n 1）方向控制：与设计轴线一致，对顶力的影响，保证中继环正常工作 ；n 2）顶力大小及方向：管尾顶进方式，顶进距离必然受到限制 ，长距离顶进一般采用中继环接力；n 3）工具管开挖面正面土体的稳定性；n 4）承压壁后靠结构及土体的稳定性； 1.3 顶管工程地质勘察n勘察要点：n土层类别、埋深n各土层土体的物理、力学性质n地下水位、压力n地下水和土的腐蚀性n土层冻结深度n地下管线 n地下洞室n临近建筑物基础n地面动载 2 顶管工程设计n工作井设置,顶管顶力估算以及承压壁后靠结构及土体的稳定问题,工作坑和接收坑设计,管材设计。n 2.1 顶管工作井设置n 1）供顶管机头安装用的顶进工作井（称顶进井）； n 2）供顶管工具管进坑和拆卸用的接收工作井（称接收井）。（a）双向顶进；（b）单向顶进 3)工作井的布设应遵循的条件 n工作坑是顶管施工的顶进工作场所。其位置可根据以下条件确定:n根据管线设计，工作坑可选在检查井处；n单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；n考虑地形和土质情况,有无可利用的原土后背；n工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离；n工作坑与其周围建（构）筑物要有一定安全距离； n距水、电源较近的地方等。 顶进工作井 n实质上是方形或圆形的小基坑，其支护类型同普通基坑，其平面尺寸较小，支护经常采用钢筋混凝土沉井、SWM工法井和钢板桩。n管径1.8m或顶管埋深5.5m时普遍采用钢筋混凝土沉井作为顶进工作井。n沉井作为工作井时，一般采用双向顶进；n采用钢板桩支护工作井时，一般采用单向顶进。 一井多用 n工作井在施工结束后，一部分将改为阀门井、检查井。 n工作井地面影响范围一般按井深的1.5倍计算，在此范围内的建筑物和管线等均应采取必要的技术措施加以保护。 顶管工作井的深度 n（1）顶进工作井3211 hhhH n h1地 表 至 导 轨 顶 的 高 度 （ m） ；n h2导 轨 高 度 （ m） ；n h3基 础 厚 度 （ 包 括 垫 层 ） （ m） 。 （2）接收工作井4312 hhhH n H2地 表 至 基 底 的 高 度 （ m） ； n h1地 表 至 支 承 垫 顶 的 高 度 （ m） ；n h3基 础 厚 度 （ 包 括 垫 层 ） （ m）n h4支 承 垫 厚 度 （ m） ； 防水构造n工作井的洞口应进行防水处理，设置挡水圈和封门板，进出井的一段距离内应进行井点降水或地基加固处理，以防土体流失，保持土体和附近建筑物的稳定。n工作井的顶标高应满足防汛要求，坑内应设置集水井，在暴雨季节施工时应防止地下水流入工作井，事先在工作井周围设置挡水围堰。 2.2 顶管顶力估算的经验公式 n Rf = K f（2 PV + 2PH + PB）+ PA n其中： Rf 顶力（吨）， K安全系数， f管壁与土间的摩擦系数PH 管侧的侧土压力（吨）PV 管顶上的垂直土压力（吨），PB全部顶进的管段重量（吨），PA 管端部的贯入阻力（吨） 顶力计算的理论公式 n PV = KPHD外Ln PH =（H+ D外/2 ）D外Ltan2（45/2）n PB = GLn PA = RAAn其中(根据设计图纸及本工程有关地质资料查得) ：KP垂直土压力系数, 土的容重(吨/米3), n H 管顶覆土深度(米), D外 管道外径（米）， n L 管道顶进最大长度（米）， 土的内摩擦角，n G 管道单位长度重量（吨/米2），n RA 土贯入阻力（吨/米2），A 管端面积（米2） 2.3后背结构及抗力计算 后背结构设计n本工程采用厚钢板后背（如上图），这种后背设置简单，安装时应满足下列要求:n A.使千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3；n B.后背垫铁可用70mm 钢板。n C.后背井壁后松散砂层灌注水泥砂浆增加土的抗剪强度。 后背的抗力计算 n 管 子 在 顶 进 过 程 中 受 到 的 全 部 阻 力 ， 都 通 过 千 斤 顶 传 递 给 后 背 墙 。 所 以后 背 墙 必 须 有 足 够 的 稳 定 性 。 n 为 了 保 证 顶 进 质 量 和 施 工 安 全 ， 应 进 行 后 背 的 强 度 和 刚 度 计 算 。 根 据 顶进 需 要 的 总 顶 力 ， 运 用 朗 肯 土 压 力 公 式 核 算 后 背 受 力 及 挡 桩 的 长 度 ， 使土 体 所 受 的 力 小 于 土 壤 的 允 许 承 载 力 。n 后 背 墙 稳 定 性 验 算 ： r* * ( + /2) * n 式 中 : 后 背 墙 承 载 能 力 （ ） ； n 后 背 墙 的 宽 度 （ ） ；n 后 背 墙 的 高 度 （ ） ；n 后 背 墙 至 地 面 高 度 （ ） ；n 土 的 容 量 （ / ） ；n r被 动 土 压 力 系 数 。n 后 背 墙 的 土 坑 系 数 。n 在 设 计 后 背 墙 时 R T， 安 全 系 数 应 在 1.2 倍 以 上 。 当 R T 时 ， 需 做 后背 墙 加 固 措 施 ， 如 坝 河 地 下 土 质 较 差 ， 工 作 井 底 均 为 砂 土 ， 可 采 用 现 场浇 灌 混 凝 土 挡 土 墙 的 措 施 ， 还 可 以 采 用 加 大 后 背 墙 承 压 面 积 、 设 置 挖 孔桩 等 措 施 。 2.4 顶管承压壁后靠土体的稳定验算n 1）沉井支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算 ap FFFFP 212 各分量计算 2 2 21 tg (45 ) 2 tg(45 ) tg (45 )2 2 2 2pF A H cH hH 2 2 21 tg (45 ) 2 tg(45 ) tg (45 )2 2 2 2aF A H cH hH 11 21 HApF a WF 2 计算示例 2 pc K ( )(45 )2popH h KK tg 2 2 21 1( ) ( )2 21 tg (45 ) tg (45 )2 2 2p pH h K H h hK hH hH n无绝对把握的前提下，F1及F2均不予考虑。 n若不考虑F1及F2，一般采用下式进行沉井承压壁后靠土体的稳定性验算：n S为沉井稳定系数，一般取S1.01.2。土质越差，S的取值越大。S FFP ap 本讲要点n了解顶管法的工作原理；n理解顶管阻力的计算方法；n掌握后背结构及抗力计算 n掌握沉井支护工作井承压壁后土体的稳定验算。 3 常用顶管工具管n顶管工具管有手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式和多刀盘土压平衡式等。n 手 掘 式 顶 管 工 具 管 为 正 面 全 敞 开 ， 采 用人 工 挖 土 ， 如 图 所 示 。 手掘式顶管工具管：正 面 全 敞 开挤压式顶管工具管：网 格 切 土 装 置 或 刃 脚 放 大 泥水平衡式顶管工具管 设置密封舱 泥水平衡式顶管工具管 DN2500泥水平衡掘进机头 多刀盘土压平衡式顶管工具 大刀盘土压平衡顶管机 主顶设备 地表沉降n一般顶管工具引起的地表沉降量可控制在50100mm，而采用泥水平衡式顶管工具管引起的地表沉降量更在30mm以下。n顶管工具管的基本原理及施工工艺与盾构基本相似。 4 中继环 4.1 中继接力原理n顶进阻力超过主千斤顶的容许总顶力、管节容许的极限压力和工作井承压壁后靠土体极限反推力三者中之一，采用中继接力顶进技术。n采用中继接力技术时，将管道分成数段，在段与段之间设置中继环。 中继环示意图 采用中继接力技术以后，管道的顶进长度不再受承压壁后靠土体极限反推力大小的限制，只要增加中继环的数量，就可增加管道顶进的长度。 4.2 中继环构造n （ 1） 短 冲 程 千 斤 顶组 （ 冲 程 为150300mm， 规 格 、性 能 要 求 一 致 ） ；n （ 2） 液 压 、 电 器 与操 纵 系 统 ；n （ 3） 壳 体 和 千 斤 顶紧 固 件 、 止 水 密 封 圈 ； n （ 4） 承 压 法 兰 片 。 4.3 中继环自动控制n从工具管向工作井依次按1#、2# 编号。n工作时，首次启动1#，n中继环顶推行程达到允许行程后停止1#中继环，启动2#中继环工作，直到最后启动工作井千斤顶。 5 管道及其接口n顶管所用管道按其材质分钢筋混凝土管和钢管两类，钢管接口一般采用承插、法兰、螺纹或焊接。 n排水管道采用的预制钢筋混凝土管道 ；n煤气管道一般采用铸铁管和钢管 ；n上水管道普遍采用的钢筋混凝土管及钢管 ； 工程实例介绍n外包钢板复合式钢筋混凝土管和钢筋混凝土管道的顶距已达100290m，钢管的顶距已达1200m。 n 2002.1嘉兴污水处理排海工程中，利用直径为2米的钢筋混凝土顶管，实现了一次顶进2060米，超越上海奉贤创造一次顶进1856米 （1999）。 本讲要点n掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算；n了解顶管工具管的施工工艺；n理解中继接力原理。 本讲要点n顶管设计的关键技术；n掌握沉井支护工作井承压壁后土体的稳定验算；n掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算；