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词条 顶管法
释义

顶管法:隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。在施工时,通过传力顶铁和导向轨道,用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中,同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后,接着将第二节管接在后面继续顶进,这样将一节节管子顶入,作好接口,建成涵管。顶管法特别适于修建穿过已成建筑物、交通线下面的涵管或河流、湖泊。顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。

应用概况与发展方向

1、发展过程

顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法;

最早于1896年美国北太平洋铁路铺设工程中应用,已有百年历史;

20世纪60年代在世界各国推广应用;近20年,日本研究开发土压平衡、水压平衡顶管机等先进顶管机头和工法。

顶进速度最快:美国1980年,9.5小时顶进49m。

顶进距离最长:

国外首次一次最大顶进距离1200m,1970年,德国汉堡下水道混凝土顶管,直径为2.6m。

国内创造混凝土顶管世界记录——一次最大顶进距离为2050m,2001浙江嘉兴污水顶管,钢筋砼管直径2m;

国内创造钢管顶管世界记录——一次最大顶进距离为1743m,1997年上海黄浦江上游引水工程的长桥支线顶管,钢管直径3.5m;

中国从50年代从北京、上海开始试用。

1986年上海穿越黄浦江输水钢质管道,应用计算机控制,激光导向等先进技术,单向顶进距离1120m,顶进轴线精度:左右﹤±150mm,上下﹤±50mm。

1981年浙江镇海穿越甬江管道,直径2.6m,单向顶进581m,采用5只中继环,上下左右偏差﹤10mm。

2、发展方向

(1)长大距离顶管

普通顶管一般距离≤100m,无中继环,(现在某些专家认为可能提高到300m),长距离顶管﹥100m,长大距离﹥1000m。

(2)大管径顶管

过去一般认为顶管最大直径为3m。

现在日本、德国等国顶管管径可达4~5m。

(3)微型管顶管

过去顶管管径一般≥300mm,目前最小可达75mm。

顶管按管径分类:

大口径: ≥2000mm

中口径:1200 ~2000mm

小口径:500 ~1200mm

微口径: ≤500mm

(4)曲线顶管

S形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。

(5)自动控制

自动测量、自动记录、自动纠偏。

有条件情况应列入方案比较。

顶管施工特点

1、适用于软土或富水软土层;

2、无需明挖土方,对地面影响小;

3、设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快;

4、适用于中型管道(1.5~2m)管道施工;

5、大直径、超长顶进、纠偏困难。

可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。

6、可以在很深的地下铺设管道。

顶管施工设备构成

构成——顶进设备、掘进机(工具管)、中继环、工程管、排土设备等五部分组成。

1、顶进设备

主顶进系统——主油缸:2~4只,行程1.1m,顶力400-1000-2000t/只;

单只千斤顶顶力不能过大:千斤顶、管段、后座材料。

主油泵:32-45-50MPa;操纵台、高压油管。

顶铁:弥补油缸行程不足,厚度﹤油缸行程

导轨:顶管导向

中继间——中继油缸、中继油泵或主油泵。

2、掘进机

按挖土方式和平衡土体方式不同分为:

手工挖土掘进机、挤压掘进机、气压平衡掘进机、

泥水平衡掘进机、土压平衡掘进机。

工具管——无刀盘的泥水平衡顶管机又称为工具管,是顶管关键设备,安装在管道最前端,外形与管道相似,结构为为三段双铰管。

作用:破土、定向、纠偏、防止塌方、出泥等功能。

组成:冲泥仓(前)、操作室(中)、控制室(后)

设水平铰链和上下纠偏油缸,调上下方向

(即坡度);

设垂直铰链和水平纠偏油缸,调左右方向

(水平曲线)。

泥浆环

控制室

左右调节油缸

上下调节油缸

操作室

吸泥管

冲泥仓

栅 格

工具管结构

3、中继环

顶管阻力

正面——不变

侧面摩擦力——随顶进距离增大

显然,将长距离顶管分成若干段,在段与段之间设置中继环,接力顶进设备可使后续段只克服顶进管段侧面摩擦力即可。

按自前至后顺序开动中继环油缸,顶进管道可实现长距离顶进。

中继环——在中继环成环形布置若干中继油缸,油缸行程200mm。

中继环油缸工作时,后面的管段成了后座,将前面相邻管段推向前方,分段克服侧面摩擦力。

4、工程管

管道主体一般为圆形,直径多为1.5~3m。长度2-4m。

国内

管道材料类型

钢筋砼管:C50以上,应用最多,用于短距下水道中;

钢 管:列应用第二位,用于自来水、煤气、

天然气等长距离顶管;

钢管、钢筋砼复合管:外钢内砼,用于超长距顶进;

钢管、塑料复合管:外钢内塑,用于强酸性液体

及高纯水输送。

5、排土设备

人工出土——人工挖土时。

螺旋输送机——土压平衡顶管机。

吸泥排泥设备——泥水平衡、泥水加气平衡顶管机。

顶管施工技术关键

1、顶力问题:增加中继环和泥浆润滑。

中继环间距20—200m,越靠近工具管间距越小;

泥浆作用:润滑、减沉。泥浆材料:膨润土泥浆,稳定、失水少。

注入孔设置:轴向——工具管相邻3-4节为有孔管,

之后每隔2-5节设有孔管。

环向——周圈均匀设3-4个压浆孔。

压浆原则:先压后顶,随顶随压,及时补浆。

2、方向控制:计算机控制、激光导向或三段双铰管。

3、正面土体控制:局部加压(冲泥仓)、泥水平衡、

土压平衡顶管机应用。

顶管设备

千斤顶1000t:行程200mm,6.5万元/只,一般两只。

油管20元/m,15KW电动泵1.5万元。

千斤顶500t:行程200mm,1.8万元/只,一般两只。

7.5KW电动泵1.5万元。

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