顶管法

顶管法是指，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。

发展历史

顶管法

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。

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。

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。

中国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。

中国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。

顶管类型

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。

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。

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

曲线顶管

S形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。

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。

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。

施工设备

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：2～8只，行程1～1.5m，顶力300～1000t/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。

中国管道材料类型

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。

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。