(11.1.1)-11.1 頂管結(jié)構(gòu)頂管結(jié)構(gòu)

地下建筑結(jié)構(gòu)

13.1頂管結(jié)構(gòu)

內(nèi)容提綱概述頂管的分類頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算頂管施工的主要設(shè)備頂管施工主要技術(shù)措施安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.1概述頂管施工（PipeJackingMethod）是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來的一種土層地下工程施工方法，采用一定的頂進(jìn)技術(shù)，將管子頂入土中的一種修建隧道和地下管道的施工方法。主要用于地下進(jìn)水管、排水管、煤氣管、電訊電纜管等市政管道的施工。頂管法是非開挖技術(shù)（trenchlesstechnology）的一種典型方法。13.1頂管結(jié)構(gòu)安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程采用液壓千斤頂或具有頂進(jìn)、牽引功能的設(shè)備，以頂管工作井作承壓壁，將管子按設(shè)計(jì)高程、方位、坡度逐根頂入土層直至達(dá)到目的地。13.1.1概述-施工示意圖安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程主要用于特殊地質(zhì)條件下的管道工程中：穿越江河、湖泊、港灣水體下的供水、輸氣、輸油管道工程；穿越城市建筑群、繁華街道地下的上下水、煤氣管道工程；穿越重要公路、鐵路路基下的通訊、電力電纜管道工程；水庫壩體涵管重建工程等。13.1.1概述-適用范圍安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程頂管施工技術(shù)最早始于1896年美國的北太平洋鐵路鋪設(shè)工程的施工中。1948年日本第一次采用頂管施工方法，在尼崎市的鐵路下頂進(jìn)了一根內(nèi)徑600mm的鑄鐵管，頂距只在6米。1950年前后，英、德、日等國家相繼采用。我國較早的頂管施工約在上世紀(jì)50年代，初期主要是手掘式頂管，設(shè)備也較簡陋。我國頂管技術(shù)真正較大的發(fā)展是從上世紀(jì)80年代中期開始。中繼環(huán)接力頂推裝置、觸變泥漿減阻頂進(jìn)技術(shù)，自動(dòng)測斜糾偏技術(shù)、泥水平衡技術(shù)、土壓平衡技術(shù)、氣壓保護(hù)技術(shù)和曲線頂管技術(shù)。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.1概述-發(fā)展趨勢適用于軟土或富水軟土層；無需明挖土方，對地面影響小，噪音以及震動(dòng)都很小，無需隔斷交通；設(shè)備少、工序簡單、工期短、造價(jià)低、速度快；

可以在很深的地下鋪設(shè)管道；可以安全地穿越鐵路及其他障礙物；對施工周遭的影響很小；大直徑、超長頂進(jìn)、糾偏困難。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.1概述-特點(diǎn)方向控制：與設(shè)計(jì)軸線一致，對頂力的影響，保證中繼環(huán)正常工作；頂力大小及方向：管尾頂進(jìn)方式，頂進(jìn)距離必然受到限制，一般采用中繼環(huán)接力；工具管開挖面正面土體的穩(wěn)定性；承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體的穩(wěn)定性。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.1概述-關(guān)鍵技術(shù)二者都屬于暗挖法施工地下工程的方法；二者都要開挖工作基坑（工作井和接收井）；二者工作面的開挖方法；二者出、進(jìn)洞施工技術(shù)基本相似；二者都要注意接縫防水處理；二者都存在地表沉降控制、周邊環(huán)境保護(hù)等問題；二者都要進(jìn)行壁后注壓漿；都要使用千斤頂頂進(jìn)；支護(hù)構(gòu)件都在地面進(jìn)行預(yù)制；都存在推進(jìn)中的定向和偏斜問題。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.1概述-與盾構(gòu)法的共同點(diǎn)襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形式不同。盾構(gòu)法襯砌為管片，頂管法襯砌為管節(jié)。襯砌結(jié)構(gòu)的施工方式不同。盾構(gòu)在盾尾內(nèi)拼裝成環(huán)，頂管是在地面預(yù)制成環(huán)。已成隧道結(jié)構(gòu)的狀態(tài)不同，盾構(gòu)法的襯砌結(jié)構(gòu)拼裝好后不再移動(dòng)，頂管施工始終在移動(dòng)。推進(jìn)千斤頂?shù)奈恢貌煌?。盾?gòu)法千斤頂布置在盾構(gòu)機(jī)的支撐環(huán)外沿，頂管法施工的千斤頂布置在工作井內(nèi)。盾構(gòu)施工不設(shè)中繼環(huán)，頂管施工如果頂力不足要加設(shè)中繼環(huán)。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.1概述-與盾構(gòu)法的不同點(diǎn)分散千斤頂頂力的方式不同。盾構(gòu)千斤頂頂進(jìn)時(shí)，活塞桿的前端安裝頂塊。頂管主頂頂進(jìn)時(shí)，活塞桿前端加O型頂鐵、U型頂鐵。盾構(gòu)機(jī)內(nèi)有拼裝管片的拼裝機(jī)，頂管機(jī)內(nèi)沒有。適用的工程不同。盾構(gòu)法主要用于大斷面城市地下地鐵隧道、水工隧道、公路隧道的施工；頂管法主要適用于斷面稍小一些的城市地下管線的鋪設(shè)。襯砌結(jié)構(gòu)的連接方式不完全相同。盾構(gòu)管片用螺栓連接；頂管管段用企口或鋼套環(huán)或焊接連接。機(jī)械掘進(jìn)時(shí)的糾偏方法不同。盾構(gòu)主要靠調(diào)節(jié)推進(jìn)千斤頂?shù)慕M別和頂力糾偏，機(jī)械頂管靠在工具管處的糾偏千斤頂。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.1概述-與盾構(gòu)法的不同點(diǎn)（一）按口徑分：小、中和大口徑三種。（二）按頂進(jìn)距離分：中短距離、長距離和超長距離三種。（三）按管材分：鋼管頂管、混凝土頂管、玻璃鋼頂管和其他復(fù)合材料頂管。（四）按頂進(jìn)軸線分：直線頂管和曲線頂管。（五）按施工工法分：刃口推進(jìn)工法、

泥水式推進(jìn)工法、土壓式推進(jìn)工法和泥濃式推進(jìn)工法。13.1.2

頂管的分類安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.2

頂管的不同施工方法通過刀盤以及頂速平衡正面土壓力，調(diào)節(jié)循環(huán)水壓力用以平衡地下水壓力。頂進(jìn)面狀況井上門吊出土安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.2

頂管的分類井內(nèi)出土狀況管內(nèi)掘削狀況頂進(jìn)面狀況采用流體輸送切削入泥倉的土體，頂進(jìn)過程中不間斷，施工速度快。無需地層改良或降水處理，施工后地表沉降小。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.2

頂管的分類通過向切削倉內(nèi)注入一定比例的混合材料，使得充滿泥倉的泥土混合體平衡正面土壓以及地下水壓力。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.2

頂管的分類（一）設(shè)計(jì)內(nèi)容工作井設(shè)置頂管頂力估算承壓壁后靠結(jié)構(gòu)土體的穩(wěn)定問題13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程（二）工作井設(shè)置供頂管機(jī)頭安裝用的頂進(jìn)工作井（稱頂進(jìn)井）；供頂管工具管進(jìn)坑和拆卸用的接收工作井（稱接收井）。13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（a）雙向頂進(jìn)；（b）單向頂進(jìn)安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程（二）工作井設(shè)置實(shí)質(zhì)上是方形或圓形的小基坑，其支護(hù)類型同普通基坑，其平面尺寸較小，支護(hù)經(jīng)常采用鋼筋混凝土沉井和鋼板樁。管徑≥1.8m或頂管埋深≥5.5m時(shí)普遍采用鋼筋混凝土沉井作為頂進(jìn)工作井。沉井作為工作井時(shí)，一般采用雙向頂進(jìn)；采用鋼板樁支護(hù)工作井時(shí)，一般采用單向頂進(jìn)。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（二）工作井設(shè)置-一井多用工作井在施工結(jié)束后，一部分將改為閥門井、檢查井。工作井地面影響范圍一般按井深的1.5倍計(jì)算，在此范圍內(nèi)的建筑物和管線等均應(yīng)采取必要的技術(shù)措施加以保護(hù)。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（二）工作井設(shè)置-頂管工作井的深度（1）頂進(jìn)工作井h1——地表至導(dǎo)軌頂?shù)母叨龋╩）；h2——導(dǎo)軌高度（m）；h3——基礎(chǔ)厚度（包括墊層）（m）。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（二）工作井設(shè)置-頂管工作井的深度（2）接收工作井H2——地表至基底的高度（m）；h1——地表至導(dǎo)軌頂?shù)母叨龋╩）；h3——基礎(chǔ)厚度（包括墊層)（m）h4——支承墊厚度（m）；安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（二）工作井設(shè)置-防水構(gòu)造工作井的洞口應(yīng)進(jìn)行防水處理，設(shè)置擋水圈和封門板，進(jìn)出井的一段距離內(nèi)應(yīng)進(jìn)行井點(diǎn)降水或地基加固處理，以防土體流失，保持土體和附近建筑物的穩(wěn)定。工作井的頂標(biāo)高應(yīng)滿足防汛要求，坑內(nèi)應(yīng)設(shè)置集水井，在暴雨季節(jié)施工時(shí)應(yīng)防止地下水流入工作井，事先在工作井周圍設(shè)置擋水圍堰。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（三）頂進(jìn)力計(jì)算-理論公式克服頂管管壁與土的摩阻力及前刃腳切土?xí)r的阻力：管頂上的豎向土壓力管側(cè)的側(cè)向土壓力全部預(yù)頂進(jìn)的管段重量安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（三）頂進(jìn)力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：管段允許頂力計(jì)算鋼管混凝土管安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（四）后靠背的設(shè)計(jì)計(jì)算后背土體受壓后產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力土的承載力安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（四）后靠背的設(shè)計(jì)計(jì)算1.無板樁2.有板樁：Kp大小取決于后背形式及后背的覆土高度。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.3頂管工程的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）常用頂管工具管頂管工具管有手掘式、擠壓式、泥水平衡式、三段兩鉸型水力挖土式和多刀盤土壓平衡式等。手掘式頂管工具管為正面全

敞開，采用人工挖土。13.1.4頂管施工的主要設(shè)備安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程（一）常用頂管工具管擠壓式頂管工具管：網(wǎng)格切土裝置或刃腳放大。

安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（一）常用頂管工具管泥水平衡式頂管工具管設(shè)置密封艙安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（一）常用頂管工具管泥水平衡式頂管工具管安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（一）常用頂管工具管三段兩鉸型水力挖土式頂管工具管安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（一）常用頂管工具管多刀盤土壓平衡式頂管工具安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（一）常用頂管工具管多刀盤土壓

平衡頂管機(jī)安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（一）常用頂管工具管主頂設(shè)備

安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（一）常用頂管工具管地表沉降一般頂管工具引起的地表沉降量可控制在50~100mm，而采用泥水平衡式頂管工具管引起的地表沉降量更在30mm以下。頂管工具管的基本原理及施工工藝與盾構(gòu)基本相似。

安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（二）中繼環(huán)1.中繼環(huán)原理頂進(jìn)阻力超過主千斤頂?shù)娜菰S總頂力、管節(jié)容許的極限壓力和工作井承壓壁后靠土體極限反推力三者中之一，采用中繼接力頂進(jìn)技術(shù)。采用中繼接力頂進(jìn)技術(shù)時(shí)，將管道分成數(shù)段，在段與段之間設(shè)置中繼環(huán)，使每段管道的頂力降低到允許頂力范圍內(nèi)。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（二）中繼環(huán)1.中繼環(huán)原理采用中繼接力技術(shù)以后，管道的頂進(jìn)長度不再受承壓壁后靠土體極限反推力大小的限制，只要增加中繼環(huán)的數(shù)量，就可增加管道頂進(jìn)的長度。

安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（二）中繼環(huán)2.中繼環(huán)構(gòu)造短沖程千斤頂組（沖程為150~300mm，規(guī)格、性能要求一致）；液壓、電器與操縱系統(tǒng)；殼體和千斤頂緊固件、止水密封圈；承壓法蘭片。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備（二）中繼環(huán)3.中繼環(huán)自動(dòng)控制從工具管向工作井依次按1#、2#……編號。工作時(shí)，首次啟動(dòng)1#，中繼環(huán)頂推行程達(dá)到允許行程后停止1#中繼環(huán)，啟動(dòng)2#中繼環(huán)工作，直到最后啟動(dòng)工作井千斤頂。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.4頂管施工的主要設(shè)備1.頂進(jìn)的方向控制頂管頂進(jìn)過程要嚴(yán)格控制方向：校正在建線上、航線上管道偏差；保證曲線、坡道上所要求的方向變更。13.1.5頂管施工主要技術(shù)措施安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程1.頂進(jìn)的方向控制管道偏離軸線主要是由于工具管的外力不平衡造成的：推進(jìn)的管線不可能絕對在一定直線上；管道曲面不可能絕對垂直于管道軸線；管節(jié)之間墊板的壓縮性不完全一致；頂管迎面阻力的合力不一定與頂管后端推進(jìn)頂力的合力重合；推進(jìn)的管道在發(fā)生撓曲時(shí)，沿管道縱向的一些地方會(huì)產(chǎn)生約束管道撓曲的附加抗力。安徽理工大學(xué)-礦山建設(shè)與智能建造工程13.1.5頂管施工主要技術(shù)措施1.頂進(jìn)的方向控制方向控制的措施：嚴(yán)格控制挖土，不允許超挖；發(fā)生偏