發展歷史
頂管法施工是繼盾構施工之後發展起來的地下管道施工方法,最早於1896年美國北太平洋鐵路鋪設工程中套用,已有百年歷史。20世紀60年代在世界各國推廣套用;近20年,日本研究開發土壓平衡、水壓平衡頂管機等先進頂管機頭和工法。
中國從50年代從北京、上海開始試用。
1986年上海穿越黃浦江輸水鋼質管道,套用計算機控制,雷射導向等先進技術,單向頂進距離1120m,頂進軸線精度:左右﹤±150mm,上下﹤±50mm。
1981年浙江鎮海穿越甬江管道,直徑2.6m,單向頂進581m,採用5隻中繼環,上下左右偏差﹤10mm。
頂進速度最快:美國1980年,9.5小時頂進49m。
頂進距離最長:
國外首次一次最大頂進距離1200m,1970年,德國漢堡下水道混凝土頂管,直徑為2.6m。
中國創造混凝土頂管世界記錄:一次最大頂進距離為2050m,2001浙江嘉興污水頂管,鋼筋砼管直徑2m。
中國創造鋼管頂管世界記錄:一次最大頂進距離為1743m,1997年上海黃浦江上游引水工程的長橋支線頂管,鋼管直徑3.5m。
頂管類型
長大距離頂管
普通頂管一般距離≤100m,無中繼環,(現在某些專家認為可能提高到300m),長距離頂管﹥100m,長大距離﹥1000m。
大管徑頂管
過去一般認為頂管最大直徑為3m。現在日本、德國等國頂管管徑可達4~5m。
微型管頂管
過去頂管管徑一般≥300mm,目前最小可達75mm。
頂管按管徑分類:
大口徑: ≥2000mm
中口徑:1200 ~2000mm
小口徑:500 ~1200mm
微口徑: ≤500mm
曲線頂管
S形曲線、水平與垂直兼有曲線、小曲率半徑曲線。
自動控制
自動測量、自動記錄、自動糾偏,有條件情況應列入方案比較。
施工特點
1、適用於軟土或富水軟土層;
2、無需明挖土方,對地面影響小;
3、設備少、工序簡單、工期短、造價低、速度快;
4、適用於中型管道(1.5~2m)管道施工;
5、大直徑、超長頂進、糾偏困難。
可穿越公路、鐵路、河流、地面建築物進行地下管道施工。
6、可以在很深的地下鋪設管道。
施工設備
構成:頂進設備、掘進機(工具管)、中繼環、工程管、排土設備等五部分組成。
1、頂進設備
主頂進系統——主油缸:2~8隻,行程1~1.5m,頂力300~1000t/只;
單只千斤頂頂力不能過大:千斤頂、管段、后座材料。
主油泵:32-45-50MPa;操縱台、高壓油管。
頂鐵:彌補油缸行程不足,厚度﹤油缸行程
導軌:頂管導向
中繼間——中繼油缸、中繼油泵或主油泵。
按挖土方式和平衡土體方式不同分為:
手工挖土掘進機、擠壓掘進機、氣壓平衡掘進機、泥水平衡掘進機、土壓平衡掘進機。
工具管:無刀盤的泥水平衡頂管機又稱為工具管,是頂管關鍵設備,安裝在管道最前端,外形與管道相似,結構為為三段雙鉸管。
作用:破土、定向、糾偏、防止塌方、出泥等功能。
組成:沖泥倉(前)、操作室(中)、控制室(後)設水平鉸鏈和上下糾偏油缸,調上下方向(即坡度)
設垂直鉸鏈和水平糾偏油缸,調左右方向(水平曲線)、泥漿環、控制室、左右調節油缸、上下調節油缸、
操作室、吸泥管、沖泥倉、柵 格、工具管結構
3、中繼環
頂管阻力
正面——不變
側面摩擦力——隨頂進距離增大顯然,將長距離頂管分成若干段,在段與段之間設定中繼環,接力頂進設備可使後續段只克服頂進管段側面摩擦力即可。按自前至後順序開動中繼環油缸,頂進管道可實現長距離頂進。
中繼環——在中繼環成環形布置若干中繼油缸,油缸行程200mm。
中繼環油缸工作時,後面的管段成了后座,將前面相鄰管段推向前方,分段克服側面摩擦力。
4、工程管
管道主體一般為圓形,直徑多為1.5~3m。長度2-4m。
中國管道材料類型
鋼筋砼管:C50以上,套用最多,用於短距下水道中;
鋼 管:列套用第二位,用於自來水、煤氣、
天然氣等長距離頂管;
鋼管、鋼筋砼複合管:外鋼內砼,用於超長距頂進;
鋼管、塑膠複合管:外鋼內塑,用於強酸性液體
及高純水輸送。
5、排土設備
人工出土——人工挖土時。
吸泥排泥設備——泥水平衡、泥水加氣平衡頂管機。
技術關鍵
1、頂力問題:增加中繼環和泥漿潤滑。
中繼環間距20—200m,越靠近工具管間距越小;
泥漿作用:潤滑、減沉。泥漿材料:膨潤土泥漿,穩定、失水少。
注入孔設定:軸向——工具管相鄰3-4節為有孔管,之後每隔2-5節設有孔管。環向——周圈均勻設3-4個壓漿孔。
壓漿原則:先壓後頂,隨頂隨壓,及時補漿。
2、方向控制:計算機控制、雷射導向或三段雙鉸管。
3、正面土體控制:局部加壓(沖泥倉)、泥水平衡、土壓平衡頂管機套用。
頂管設備
千斤頂1000t:行程200mm,6.5萬元/只,一般兩隻。
油管20元/m,15KW電動泵1.5萬元。
千斤頂500t:行程200mm,1.8萬元/只,一般兩隻。
7.5KW電動泵1.5萬元。