30 顶管及管幕箱涵结构

3．按管材分
按顶管管材分为钢管顶管、混凝土顶管、玻璃钢顶管及 其他复合材料顶管等。
4．按顶进距离分
按顶管一次顶进距离的长短可分为中短距离、长距离、 超长距离三种。长距离顶管与中短距离顶管的区分一 般以是否需要采用中继环比较合适。根据目前国内顶管 达到的施工技术水平，顶管长度超过300m才需要设置 中继环，而超长距离顶管是指超过1km以上的顶管。
3) 中继环自动控制 中继环序号从工具管向工作井依次按1号、2号······编号。
工作时，首次启动1号中继环工作，其后面的管段即成 其顶推后座，等该中继环顶推行程达到允许行程后停止 1号中继环，启动2号中继环工作，直到最后启动工作井 主千斤顶，使整个管道向前顶进了一定长度。
中继环是根据控制的指令出动或停止操作的，它严格按 照预定的程序动作，当置于管道中的中继环数量超过3 只时，假如有5只中继环，则1号环的第二循环可与4号 环的第一循环同步进行，依次类推。因此只有前三只中 继环的工作周期占用实际的顶进时间，其余中继环的动 作不再影响顶管速度。应用中继环自动控制程序，可解 决长矩离顶管的中继环施工的工效问题。
随着现代科学技术的发展，先后发明了中继环接力顶推 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 技术等，大大地推进了顶管技术的发展。
钢筋混凝土管道和外包钢板复合式钢筋混凝土管道的顶距已达成 100~290m，钢管的顶距已达1200m。在合理的施工条件下，采用 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更在30mm以下。据报道，国外 一次顶管的最大距离是＞400m(美国的地下人行管道，直径4m)， 世界纪录应是我国1981年4月施工的穿越甬江管道工程，单向一次 顶进581m(管道直径2.6m)，其次可能是2003年3月施工的南京长江 大桥南引桥污水管道，单向一次顶进518m(管道直径2.2m，管道埋 深7m，历时38d，顶管机头长4m，重32t)。
顶管施工示意图
工 具 管 安 装 出 发 井
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——顶 管 接 收 接 收井顶管技术可用于特殊地质条件下的管道工程，主要有： (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 通信、电力电缆管道工程；(4)水库、坝体、涵管重建 工程等。
手掘式工具管
挤压式工具管
3) 泥水平衡式顶管工具管正面设置削土刀盘，其后设置密 封舱，在密封舱中注入稳定下面土体的护壁泥浆，刮土 刀盘子刮下泥土沉入密封舱下部的水中并通过水力运输
管道排放至地面的泥水处理装置，如图所示。
4) 水力挖土式顶管工具管的内腔分为前、中、后三个舱室， 也称三段两铰型。前舱为冲泥舱，舱前端共有切削、挤 压土的格栅。中舱为操作室，两者之间用胸板隔开。后 舱为控制室。设有各种测试仪器和仪表。在千斤顶顶力 推下，格栅将土体切开，再经高压水射流破碎、搅混成 流态，内吸泥泵吸出并送入水力运输管道排放至地面的 贮泥水池，如图所示。
(二) 顶管的分类
1．按口径分 按顶管管道内径大小可分为小口径、中口径和大口径三
种。根据我国顶管施工的实际情况，小口径一般指内径 小于800mm的顶管；中口径一般指介于800~1800mm口 径范围的顶管。 2．按顶进轴线分 按顶管轴线是直线还是曲线区分，可分为直线顶管和曲 线顶管，其中曲线顶管以曲率半径300m为界，又可分 常曲线顶管和急曲线顶管。
(三) 顶管施工的主要设备
1．常用顶管工具管 目前常用的顶管工具管有手掘式、挤压式、泥水平衡式、
三段两较铰型水力挖土式和多刀盘土压平衡式等。 1) 手掘式顶管工具管为正面全敞开、采用人工挖土，如图
所示。 2) 挤压式顶管工具管下面有网格切土装置或将切口刃脚放
大，由此减小开挖面，采用挤土顶近，如图所示。
2．中继环
1) 中继接力原理 在长距离的顶管工程中，当顶进阻力(即顶管掘进迎面
阻力和管壁外围摩阻力之和)超过主千斤顶的容许总顶 力、管节容许的极限压力或工作井承压壁后背土体极 限反推力三者中之一，无法一次达到顶进距离要求时， 应采用中继接力顶进技术，实施分段顶进。使顶入每 段管道的顶力降低到允许顶力范围内。
13 顶管及管幕、箱涵结构
13.1 顶管结构
(一) 概 述 顶管法(Pipe Jacking Method)是非开挖技术的一种典型
方法，与盾构法相比，顶管法一般用于修建中小型地下 市政管道。顶管结构是一种采用顶管机械分段顶进施工 的预制管道结构。 顶管法是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的一种修建隧道和地 下管道的施工方法。
可缺少的技术措施。
中继环示意图
2) 中继环构造 中继环必须具备中足够的刚度及良好的水密封性，并且
要加工精确，安装方便。其主体结构由以下几个部分组 成；
a) 短冲程千斤顶组（冲程为150~300mm，规格，性能要求 一致）；
b) 液压、电器与操作系统； c) 壳体与千斤顶紧固件、止水密封圈； d) 承压法兰片；
采用中继环接力技术时，将管道分成数段，在段与段 之间设置中继环，如图所示，中继环将管道分成前后两 个部分，中继油缸工作时，后面的管段成为受压后座， 前面管段被推向前方。中继环接先后次序逐个启动，实 现管道分段顶进，由此达到减小顶力的目的。采用中继 接力技术以后，管道的顶进长度不再受承压壁后背土体 极限反推力大小的限制，只要增加中继环的数量，就可 以增加管道顶进的长度。中继接力技术是长距离顶管不
5) 多刀盘土压平衡式顶管工具管头部设置密封舱，密封阴 极上装设数个刀盘切土器，顶进时螺旋器出土速度与工 具管推进速度相协调，如图所示。
上述顶管工具管的基本原理及施工工艺与盾构基本相似。 在顶管施工中，已实现地面遥控操作。管道轴线和标高 可采用激光测量仪连续量测，并能做到及时纠偏，智能 化程度较高。