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顶管法

暗挖式施工方法

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。

发展历史
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。
中国最长顶管世界记录：一次最大顶进距离为2329m，2019年珠海平岗广昌原水供应保障工程的过磨刀门水道顶管，钢管直径2.4m。
顶管类型
长大距离顶管
普通顶管一般距离≤100m，无中继环，（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。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，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。
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