顶管施工技术-地下管线非开挖技术学时.pptx
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1、顶管施工的优顶管施工的优点点第1页/共56页 管管内内挖挖掘掘 顶顶部部出出土土 挖挖掘掘端端面面 井井内内出出土土第2页/共56页第3页/共56页第4页/共56页南沙DN1300泥水平衡顶管施工激光经纬仪第5页/共56页第6页/共56页第7页/共56页8顶管机简介2023/2/20分类按所顶进的管子口径大小分:大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。大口径多指2m以上的顶管,人可以在其中直立行走。中口径顶管的管径多为1.21.8m,人在其中需弯腰行走,大多数顶管为中口径顶管。小口径顶管直径为5001000mm,人只能在其中爬行,有时甚至爬行都比较困难。微型顶管的直径通常在400mm以下,最小的
2、只有75mm。按一次顶进的长度(指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离)分:普通距离顶管和长距离顶管。顶进距离长短的划分目前尚无明确规定,过去多指100m左右的顶管。目前,千米以上的顶管已屡见不鲜,可把500m以上的顶管称为长距离顶管。按平衡原理理论分:顶管机可分为泥水平衡式项管机、土压平衡式顶管机、多功能顶管机等按管材分:钢筋混凝土顶管、钢管顶管、以及其他管材的顶管。按顶进管子轨迹的曲直分:直线顶管和曲线顶管。第8页/共56页2023/2/209泥水平衡式顶管机是在加入添加剂、膨润土、粘土以及发泡剂等使切削土塑性液化的同时,将切削刀盘切削下来的土砂用搅拌机搅拌成泥水状,使其充满开挖面与管道隔墙之
3、间的全部开挖面,使开挖面稳定。多功能顶管机集机械、液压、激光、电控(含PLC)、测量技术为一体,是既可在含有较大砾石、卵石等的软土中施工,又可在岩石或复杂地质条件中进行自动化非开挖地下管道施工的先进设备。土压平衡顶管机的基本工作原理是先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进,同时刀盘旋转切削土体,切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机并被挤压,形成一定的土压;再通过螺旋输送机的旋转,输送出切削的土体。控制螺旋输送机的出土量或顶管机前进速度,来控制密封土仓内的土压力值,使此土压力与切削面前方的静止土压力和地下水压力保持平衡,从而保证开挖面的稳定,防止地面的沉降或隆起。顶管机简介分类平衡原理第9页/共
4、56页 顶管施工技术最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。1948年日本第一次采用顶管施工方法,在尼崎市的铁路下顶进了一根内径600mm的铸铁管,顶距只在6米。欧洲发达国家最早开发应用顶管法,1950年前后,英、德、日等国家相继采用。顶管机发展概况国外发展概况2023/2/2010第10页/共56页11 目前国内顶管机规模较大、技术力量雄厚的生产企业主要有目前国内顶管机规模较大、技术力量雄厚的生产企业主要有上海管道上海管道工程股份有限公司工程股份有限公司、北京市市政工程研究院北京市市政工程研究院、中铁一局市政环保工程总公中铁一局市政环保工程总公司司等,这几家公司的产品基本上都具
5、有自动控制、机电液一体化、激光定等,这几家公司的产品基本上都具有自动控制、机电液一体化、激光定位导航以及自动纠偏等功能。另有其他一些在技术力量、产品质量、生产位导航以及自动纠偏等功能。另有其他一些在技术力量、产品质量、生产规模等方面均有不足的生产厂家,其产品主要靠低价占有市场。规模等方面均有不足的生产厂家,其产品主要靠低价占有市场。顶管机发展概况2023/2/20 国内顶管机经历了国内顶管机经历了技术引进技术引进、研发研发、发展发展等几个时期,从最初的手等几个时期,从最初的手 掘式项管机、气压平衡式顶管机到目前的水压、土压平衡式项管机,不掘式项管机、气压平衡式顶管机到目前的水压、土压平衡式项管
6、机,不 断吸收国外先进技术进行改进,到目前已经拥有一批具有自主知识产权断吸收国外先进技术进行改进,到目前已经拥有一批具有自主知识产权的自主品牌,并在一些技术领域如纠偏、测量等方面取得了一定的成绩,的自主品牌,并在一些技术领域如纠偏、测量等方面取得了一定的成绩,达到或接近国际先进水平。达到或接近国际先进水平。国内发展概况 我国较早的顶管施工约在上世纪我国较早的顶管施工约在上世纪5050年代,初期主要是手掘式顶管,年代,初期主要是手掘式顶管,设备也较简陋。我国顶管技术真正较大的发展是从上世纪设备也较简陋。我国顶管技术真正较大的发展是从上世纪8080年代中期开年代中期开始。始。19881988年上海
7、研制成功我国第一台土压平衡掘进机。年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机。第11页/共56页盾构法和顶管法的主要异同点:相同点:(1)二者都属于暗挖法施工大口径(900)地下工程的主要施工方法。(2)二者都要开挖工作基坑(工作井和接收井)。(3)二者工作面的开挖方法,出、进洞施工技术基本相似。(4)二者都要注意接缝防水处理、地表沉降控制、周边环境保护等问题,都要进行注压浆。第12页/共56页不同点:(1)盾构法的衬砌为管片,且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装,拼装好后一般不会再移动;顶管法的衬砌为管节,且每环管节是一次预制成功的,由顶进装置依次顶进,直至第一节管节到达接收井位置。(2)盾构法施
8、工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿,而顶管法施工的主顶进装置布置在工作井内,如果顶力不足要加设中继间。(3)盾构机内有拼装管片的拼装机,而顶管机内没有。(4)盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的施工;顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。第13页/共56页顶管法的工程地质勘察勘察要点:土层类别、埋深各土层土体的物理、力学性质地下水位、压力地下水和土的腐蚀性土层冻结深度地下管线地下洞室临近建筑物基础地面动载第14页/共56页顶管工程设计工作井设置,顶管顶力估算以及承压壁后靠结构及土体的稳定问题。顶管工作井设置1)供顶管机头安装用的顶进工作井(称顶进井);2)供顶
9、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)单向顶进第15页/共56页工作井 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和钢板桩。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。沉井作为工作井时,一般采用双向顶进;采用钢板桩支护工作井时,一般采用单向顶进。第16页/共56页顶管法的关键技术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;2)顶力大小及方向:管尾顶进方式,顶进距离必然受到限制,一般采用中继环接力;3)工具管开挖面正面土体的稳定性;4)承压壁后靠结构及土体的稳定性第17页
10、/共56页发展趋势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。第18页/共56页顶管顶力估算克服顶管管壁与土的摩阻力及前刃脚切土时的阻力:N1管顶以上的荷载;N2全部管道自重;E顶管两侧的土压力;R土对钢刃脚正面的单位面积阻力 k系数,一般采用1.2。第19页/共56页顶管承压壁后靠土体的稳定验算沉井支护工作井承压壁后靠土体的稳定验算第20页/共56页在市政工程建设中,长距离管道的敷设是其重要的工作内容。随着顶管技术应用的推广,研究敷设长距离管道工艺技术已成为引人注目的课题。长距离管道的主要困难是,设置在顶进坑内的主千斤顶
11、的推顶力有限,不足以克服管道长距离顶进时遇到的总阻力。希望增加顶管单程顶进的长度时,需要采取相关的措施,如增加主千斤顶的顶力、减少管道周边与地层的摩擦力、中途设置辅助千斤顶(中继环)、减小顶管承受的正面阻力等。目前在发展长距离顶管技术的过程中,减摩和设置中继环两项措施已得到较多研究,并已成为成熟的技术。长距离顶管长距离顶管长距离顶管长距离顶管第21页/共56页为了适应长距离顶进管道的需要,研制了中继环(又称中继间、中间站)。即在管道顶进的中途设置辅助千斤顶,靠辅助千斤顶提供的动力继续顶进管段,延长顶管的顶进长度,满足敷设长距离管道的需要。采用中继环时,管道沿全长分成若干段,在段与段之间设置中继
12、环。中继环是一个由钢材制成的圆环,内壁上设置有一定数量的短行程千斤顶,产生的推顶力可用于推进中继环前方的管道。增设中继环(间)增设中继环(间)第22页/共56页中继环示意图 第23页/共56页(1)中继环推进过程设置中继环以后,顶管顶进时,每次都应先启用最前面的中继环,将其前方的管道连同工具管一起向前顶进,后面的中继环和主千斤顶保持不动,直至达到该中继环的一个顶程为止,接着后面的中继环开始推顶作业,将两个中继环之间的管道向前推进。与此同时,前面的一个中继环的千斤顶排放油压,活塞杆缩进套筒。可见,这时被推进的只是该中继环和前面一个中继环之间的管段。在顶进作业中,主千斤顶在每个循环中都最后推进。借
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