顶管施工工法及其掘进机械

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1、http://www.paper.edu.cn顶管施工工法及其掘进机械1魏昌斗1杜常春21宁波市镇海区镇海新城管理委员会（315202）2浙江省工程勘察院（315010）email:zjawei@163.com摘要：本文对目前国内市政工程施工中所遇到的各类顶管施工工法进行了总结归纳分类，介绍了各类顶管施工工法的施工工艺及相应的机械设备；给出了各类顶管施工工法及相应掘进机械的适用土质条件，并在推进速度、耗电量、劳动力和环境影响方面进行了比较分析。关键字：顶管施工工法掘进机械1顶管施工工法的优点1.1在城区内

2、进行相关管道工程施工，如果地下水不是十分丰富且管道埋深较浅的情况下采用开挖式敷设管道比较经济。但是也存在一些问题，如施工噪音较大、容易阻碍交通、容易引起地面沉降等。1.2非开挖顶管施工采用油压驱动，施工时噪音远远小于开槽式敷设管道，几乎没有地面沉降的现象，对周围的影响降低到最小程度。而且在较深的埋深情况下施工成本要小于开槽式敷设管道。1.3在施工穿越中小型河流相关管道时，如采用顶管施工，不仅不需要花巨资截断河流，而且施工速度快、不影响河流通行。1.4顶管施工工法的优点[2]：⑴无需隔断交通；⑵噪音以及震动

3、都很小；⑶可以在很深的地下敷设管道；⑷可以安全地穿越铁路、城市道路、河流和地下管廊；⑸对施工周围的影响很小；⑹可以穿越障碍物。2顶管施工工法分类根据顶管施工工法掘进机的密闭条件，将目前国内所采用的顶管施工工法划分为开放型施工工法和密封型施工工法两大类。前者即为通常所说的“土顶”，又叫刃口式推进工法，后者分为泥水式推进工法、土压式推进工法、泥浓式推进工法三类]，如图2.1所示。3顶管施工常见土质分类根据顶管施工特点，将常见的土质进行如下分类：-10-http://www.paper.edu.cn开放型刃口式

4、推进工法顶管工法泥水式推进工法土压式推进工法密封型泥浓式推进工法图2.1顶管施工工法分类3.1淤泥质粘土此种软土的形成是在较弱的海浪岸流及潮汐的水动力作用下逐渐形成的。土的颜色多呈灰色或黑灰色，光润油滑且有腐烂植物的气味，多呈软塑或半流塑状态。其天然含水量很大，一般都大于30%，饱和度一般大于90%，液限一般在35-60%之间，软土的天然重度较小，约在15-18kN/m3之间，孔隙比都大于1，因此具有变形量大，强度低的特点。3.2砂性土由于曾受到海水或三角洲河水的冲击，含有海水或河水所搬运的以细砂及粉砂为

5、主的大量沉积物，其特点是粘粒含量较少，故称之为砂性土。砂性土的土颗粒较一般的粘土大，一般在20μm以上，土颗粒之间的凝聚力较小，呈单粒结构，孔隙比较大，很容易在水动力的作用下产生流砂现象。3.3黄土凡以风力搬运沉积又没有经过次生扰动的、无层理的黄色粉质、含碳酸盐类并具有肉眼可见的、大孔的土状沉积物为黄土（原生黄土）；其它成因的、黄色的、又常具有层理和夹有砂、砾石层的土状沉积物称之为黄土状土（生黄土）。本文把原生黄土和次生黄土统称为黄土。3.4强风化岩强风化岩是指风化很强的岩石，岩石原有的组织结构已大部分破

6、坏，矿物成分已显著变化，含有大量粘土矿物。风化裂隙很发育，岩体被切割成碎块，干时可用手折断或捏碎，浸水或干湿交替时可较迅速地软化或崩解，用镐或锹可挖掘，干钻可钻进。-10-http://www.paper.edu.cn3.5微风化及中风化岩（岩石）微风化岩是指岩质新鲜，表面稍有风化迹象的岩石，硬度很高的岩石。在此地层中顶进较困难，而且一般顶进距离超过100米时需要更换刀头。中风化岩较软，其组织结构部分破坏，矿物成分发生变化，用镐难挖掘。4顶管施工工法简介4.1刃口式推进工法刃口式推进工法施工工艺示意如图4

7、.1.1和图4.1.2。刃口式推进工法的掘进机结构较简单，其刃口部分（即机头）加工简便，可以根据土质条件加工成全敞开式、半敞开式或活瓣式，一般称之为敞开式掘进机。刃口式推进工法可适用于软土地层中、地下水位以上黄土地层中、地下水位以上强风岩地层中。刃口式推进工法的特点是施工成本低，在顶进过程中如遇前方障碍物可立即采用人工方式排除；其缺点是顶进管径应大于Φ800mm，否则不便于人员进出；顶进距离不宜过长，一般对于Φ800mm顶管、其顶进距离不宜超过150m，管径较大时可图4.1.1刃口式推进工法施工工艺示意图

8、a.顶进面状况b.管内掘进状况c.井内出土状况d.井上门吊出土-10-http://www.paper.edu.cn图4.1.2刃口式推进工法施工现场典型照片[1]适当延长顶进距离；同时在管内应设置照明、通风和通讯设备；由于是采用敞开式或半敞开式取土，顶进完成后地表均有沉降现象，不适用于已建成的建筑物区域，一般在类似于农田对地面沉降要求不严格的情况下或随新建市政道路工程同时施工的情况下采用。此种机型的缺点是顶速慢、遇到流砂层时