顶管工程介绍

（a）双向顶进；（b）单向顶进
3)工作井的布设应遵循的条件



工作坑是顶管施工的顶进工作场所。其位置可根据以 下条件确定: ⑴根据管线设计，工作坑可选在检查井处； ⑵单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水； ⑶考虑地形和土质情况,有无可利用的原土后背； ⑷工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离； ⑸工作坑与其周围建（构）筑物要有一定安全距离； ⑹距水、电源较近的地方等。
手掘式顶管工具管：正面全敞开 挤压式顶管工具管：网格切土装臵或刃脚放大
泥水平衡式顶管工具管
设置密封舱
泥水平衡式顶管工具管
DN2500泥水平衡掘进机头
多刀盘土压平衡式顶管工具
大刀盘土压平衡顶管机
主顶设备
地表沉降


一般顶管工具引起的地表沉降量可控制 在50~100mm，而采用泥水平衡式顶管 工具管引起的地表沉降量更在30mm以下。 顶管工具管的基本原理及施工工艺与盾 构基本相似。
1 顶管法


顶管法是修建地下管道和涵洞的重要方法。 1 概述:顶管施工技术是一种非开挖地下管道施工方法， 这种施工方法能很方便的穿越公路、铁路、房屋、河流 等铺设地下管道，并且污染小，对交通影响小，开挖土 方少，机械化程度高，被认为是一种现代化的管道铺设 方法，越来越多的地下管道工程采用这一施工方法。 1.1 顶管法简介 采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管 工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根 顶入土层直至达到目的地.

顶力计算的理论公式




PH =γ（H+ D外/2 ）· D外· L· tan2（45°—φ/2） PB = G· L PA = RA· A 其中(根据设计图纸及本工程有关地质资料查得) ：KP——垂直土 压力系数, γ——土的容重(吨/米3), H ——管顶覆土深度(米), D外—— 管道外径（米）， L ——管道顶进最大长度（米），φ ——土的内摩擦角， G ——管道单位长度重量（吨/米2）， RA ——土贯入阻力（吨/米2），A ——管端面积（米2）
顶管法施工示意图
目前广泛采用的三种顶进工法
人工开放式顶进工法 手掘式 挤压式 泥水平衡封闭式顶进工法 网格水冲式 刀盘掘进式 岩盘破碎式 土压平衡封闭式顶进工法 大刀盘式 多刀盘式

顶管法施工主要用于

特殊施工环境条件下的管道工程中 ： ①穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、 输油管道工程； ②穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、 煤气管道工程； ③穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电 缆管道工程； ④水库坝体涵管重建工程等。 ⑤埋深较深(深度大于4米以上),开槽明埋施工 造价较高的工程等。
4.2 中继环构造




（1）短冲程千斤顶 组（冲程为 150~300mm，规格、 性能要求一致）； （2）液压、电器与 操纵系统； （3）壳体和千斤顶 紧固件、止水密封圈； （4）承压法兰片。
4.3 中继环自动控制


从工具管向工作井依次按1#、2# …… 编号。 工作时，首次启动1#， 中继环顶推行程达到允许行程后停止1# 中继环，启动2#中继环工作，直到最后 启动工作井千斤顶。
2.2 顶管顶力估算的经验公式
Rf = K [ f· （2 PV + 2PH + PB）+ PA ] 其中： Rf ——顶力（吨）， K——安全系 数， f——管壁与土间的摩擦系数 PH ——管侧的侧土压力（吨） PV ——管顶上的垂直土压力（吨）， PB——全部顶进的管段重量（吨）， PA ——管端部的贯入阻力（吨）
4 中继环

4.1 中继接力原理

顶进阻力超过主千斤顶的容许总顶力、 管节容许的极限压力和工作井承压壁后 靠土体极限反推力三者中之一，采用中 继接力顶进技术。 采用中继接力技术时，将管道分成数段， 在段与段之间设置中继环。
中继环示意图
采用中继接力技术以后，管道的顶进长度不再受 承压壁后靠土体极限反推力大小的限制，只要增 加中继环的数量，就可增加管道顶进的长度。
2c K p
( H h)K p
K p tg (45o

2
)

无绝对把握的前提下，F1及F2均不予考虑。 若不考虑F1及F2，一般采用下式进行沉井承压 壁后靠土体的稳定性验算：
P

Fp Fa S
S为沉井稳定系数，一般取S＝1.0~1.2。土质 越差，S的取值越大。
本讲要点
PV = KP· γ· H· D外· L
2.3后背结构及抗力计算
①后背结构设计




本工程采用厚钢板后背（如上图），这 种后背设置简单，安装时应满足下列要 求: A.使千斤顶的着力中心高度不小于后背 高度的1/3； B.后背垫铁可用70mm 钢板。 C.后背井壁后松散砂层灌注水泥砂浆增 加土的抗剪强度。
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 。
1.2 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 ，长距离顶进一般 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；
本讲要点


掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体 的稳定验算； 了解顶管工具管的施工工艺； 理解中继接力原理。
本讲要点


顶管设计的关键技术； 掌握沉井支护工作井承压壁后土体的稳 定验算； 掌握钢板桩支护工作井承压壁后靠土体 的稳定验算；
祝各位身体健康 生活愉快!
②后背的抗力计算




管子在顶进过程中受到的全部阻力，都通过千斤顶传递给后背墙。所以 后背墙必须有足够的稳定性。 为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。根据顶 进需要的总顶力，运用朗肯土压力公式核算后背受力及挡桩的长度，使 土体所受的力小于土壤的允许承载力。 后背墙稳定性验算：Ｒ＝Ｋr*Ｂ*Ｈ(ｈ+Ｈ/2)ｒ*Ｋｐ 式中: Ｒ——后背墙承载能力（ｔ）； Ｂ——后背墙的宽度（ｍ）； Ｈ——后背墙的高度（ｍ）； ｈ——后背墙至地面高度（ｍ）； ｒ——土的容量（ｔ/ｍ３）； Ｋr——被动土压力系数。 Ｋｐ——后背墙的土坑系数。 在设计后背墙时R＞T，安全系数应在1.2 倍以上。当R≤T 时，需做后 背墙加固措施，如坝河地下土质较差，工作井底均为砂土，可采用现场 浇灌混凝土挡土墙的措施，还可以采用加大后背墙承压面积、设臵挖孔 桩等措施。
2.4 顶管承压壁后靠土体的稳 定验算

1）沉井支护工作井 承压壁后靠土体的稳 定验算
P 2F1 F2 Fp Fa
各分量计算
1 F1 p a HA1 2
F2 W
1 2 2 2 Fa A H tg (45 ) 2cHtg(45 ) hHtg (45 ) 2 2 2 2
1 Fp A H 2 tg2 (45 ) 2cHtg(45 ) hHtg2 (45 ) 2 2 2 2
计算示例
1 1 ( H h) K p ( H h) hK p h 2 2 1 H 2 tg2 (45 ) hHtg2 (45 ) 2 2 2
进工作井




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、SWM工法井和钢板桩。 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。
一井多用


工作井在施工结束后，一部分将改为阀门 井、检查井。 工作井地面影响范围一般按井深的1.5倍计 算，在此范围内的建筑物和管线等均应采 取必要的技术措施加以保护。
顶管工作井的深度

（1）顶进工作井
H1 h1 h2 h3

h1——地表至导轨顶的高度（m）； h2——导轨高度（m）； h3——基础厚度（包括垫层）（m）。
1.3 顶管工程地质勘察



勘察要点： ①土层类别、埋深 ②各土层土体的物理、力学性质 ③地下水位、压力 ④地下水和土的腐蚀性 ⑤土层冻结深度 ⑥地下管线 ⑦地下洞室 ⑧临近建筑物基础 ⑨地面动载
2 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,工作坑和接 收坑设计,管材设计。 2.1 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）供顶管工具管进坑和拆 卸用的接收工作井（称接 收井）。
5 管道及其接口



顶管所用管道按其材质分钢筋混凝土管 和钢管两类，钢管接口一般采用承插、 法兰、螺纹或焊接。 排水管道采用的预制钢筋混凝土管道 ； 煤气管道一般采用铸铁管和钢管 ； 上水管道普遍采用的钢筋混凝土管及钢 管；
工程实例介绍


外包钢板复合式钢筋混凝土管和钢筋混 凝土管道的顶距已达100~290m，钢管 的顶距已达1200m。 2002.1嘉兴污水处理排海工程中，利用 直径为2米的钢筋混凝土顶管，实现了一 次顶进2060米，超越上海奉贤创造一次 顶进1856米 （1999）。
顶管工程
顶管施工技术讲座
主 要 内 容



顶管工程技术的发展历史 顶管施工技术 工作井施工技术 顶管管材设计 顶管工程施工机械设备介绍 顶管工地图片 对本工程的建议 结语