什么是土压式顶管施工法 顶管法施工工艺

顶管法敷管的施工工艺类型很多，按照开挖工作面的施工方法，可以分为敞开式和封闭式两种。
一、敞开式施工工艺
敞开式施工工艺一般适用于土质条件稳定，无地下水干扰，工人可以进入工作面直接挖掘而不会出现大塌方或涌水等现象。因其工作面常处于开放状态，故也称为开放式施工工艺。
根据工具管的不同可分为手掘式、挤压式、机械开挖式、挤压土层式掘进顶管。
1.手掘式顶管
手掘式顶管机也即是非机械的开放式（或敞口式）顶管机，适用于能自稳的土体中。在顶管的前端装有工具管，施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层，破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲击锤等。如果在含水量较大的砂土中，需采用降水等辅助措施。
工人可以直接进入工作面挖掘，施工人员可随时观察土层与工作面的稳定状态，造价低、便于掌握，但效率低，必须将水位降低至管基以下0.5m后，方可施工。当土质比较稳定的情况下，首节管可以不带前面的管帽，直接由首节管作为工具管进行顶管施工，也是常用的一种顶管施工方法，也称为人工掘进顶管。手掘式顶管施工示意如图9-1 所示。

图9-1 手掘式顶管施工示意图

2.挤压式掘进顶管
挤压式掘进顶管一般适用于大中口径的管道，对潮湿、可压缩的黏性土、砂性土较为适宜。该方法设备简单、安全，又避免了挖装土的工序，比人工挖掘提高效率 1～2倍。它是将工作面用胸板隔开后，在胸板上留有一喇叭口形的锥筒，当顶进时将土体挤入喇叭口内，土体被压缩成从锥筒口吐出的条形土柱。待条形土柱达到一定长度后，再用钢丝将其割断，由运土工具吊运至地面。其结构形式如图9-2 所示。

图9-2 挤压式顶

3.机械开挖式顶管
机械开挖式顶管是在工具管的前方装有由电动机驱动的刀盘钻进挖土，被挖下来的土体由皮带运输机运出，从而代替了人工操作。一般适用于无地下水干扰、土质稳定的黏性土或砂性土层。其结构形式如图9-3 所示。

图9-3 机械开挖式顶管

4.挤压土层式顶管
挤密土层式顶管前端的工具管可分为锥形和管帽形，仅适用于潮湿的黏土、砂土、粉质黏土，顶距较短的小口径钢管、铸铁管，且对地面变形要求不甚严格的地段。这种工具管安装在被顶管道的前方，顶进时，工具管借助千斤顶的顶力将管子直接挤入土层里，管子周围的土层被挤密实，常引起地面较大的变形。其结构形式如图9-4 所示。

图9-4 挤压土层式顶管

二、封闭式施工工艺
封闭式施工工艺一般适用于土质不稳定、地下水位高，工人不能直接进行开挖的施工条件。为防止工作面塌方、涌水对人身造成危害，常将机头前端的挖掘面与工人操作室之间用密封舱隔开，并在密封舱内充入空气、泥浆、泥水混合物等，借助气压、土压、泥水混合物的压力支撑开挖面，以达到稳定土层、防止塌方、涌水以及控制地面沉降的目的。
1.水力掘进顶管法
水力掘进顶管的挖土是利用高压水枪的射流将顶进前方的土冲成泥浆，再通过泥浆管道输送至地面储泥场。整个工作是由装在混凝土管前端的工具管来完成的，其结构形式如图9-5 所示。
工具管的前端为冲泥舱。掘进时，先开动千斤顶，由刃脚将土切入冲泥舱，然后用人工操纵水枪操作把，将土冲成泥浆。泥浆经过格栅进入真空室由泥浆管吸入工作坑，再由泥浆泵排至储泥场。冲泥舱是完全密封的，其上设有观察孔和小密封门，用于操作和维修。
管道的掘进方向由中间部位的校正管控制。工具管的后端是气闸室。气闸室是作为维修人员进出高压区时的升压和降压之用。当前端工具管出现故障时，维修人员可通过小密封门进入冲泥舱，为防止小密封门打开后涌入大量泥水，可先封闭气闸室，经升压后再进行操作，保证气压和泥水压力的平衡。维修完毕后，再逐渐降压，恢复正常掘进。

图9-5 水力掘进顶管机示意图

1—刃脚、2—格栅、3—水枪、4—吸气格栅、5—水枪操作把、6—胸板、7—吸泥管进口、8—吸泥管、9—水平铰、10—垂直铰链、11—上下纠偏油缸、12—左右纠偏油缸、13—气闸门、14—大水密门、15—小水密门
水力切削式机头生产效率高，其冲土、排泥连续进行，可改善劳动条件，减轻劳动强度，但需耗用大量的水，且需要有较大的存泥浆场地，故在某些缺水地区受到限制。
2.土压平衡式顶管法
土压平衡就是将刀盘切削下来的土、砂中注入流动性和不透水性的“作泥材料”，然后在刀盘强制转动、搅拌下，使切削下来的土变成流动性的、不透水的特殊土体使之充满密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。此法的密封舱设置在工具管的前方，工作人员可在密封舱外，通过操作电控开关来控制刀盘切削和顶进速度。螺旋输送器的出土量和顶进速度，应与刀盘的切削速度相配合，以保持密封舱内的土压力与开挖面的土压力始终处于平衡状态。
土压平衡式顶管法常用于含水量较高的黏性、砂性土以及地面隆陷值要求控制较严格的地区。其结构形式如图9-6 所示。

图9-6 土压平衡式顶管机示意图

1—大刀盘；2—大刀盘驱动装置；3—前壳体；4—加泥（水）装置回转接头；5—纠偏油缸组；6—刀盘驱动电动机；7—螺旋输送机驱动电动机；8—带式螺旋输送机；9—顶管操纵台；10—后壳体；11—螺旋输送机出土门装置
3.泥水平衡式顶管法
泥水平衡顶管常用于控制地面变形小于3cm，工作面位于地下水位以下，渗透系数大于 1 0～1cm/s的黏性土、砂性土、粉砂质土的作业条件。其特点是挖掘面稳定，地面沉降小，可以连续出土，但因泥水量大，弃土的运输和堆放都比较困难。
此法和土压平衡式顶管法一样，都是在前方设有密封舱、刀盘、螺旋输送器等设备。施工时，随着工具管的推进，刀盘不停地转动，进泥管不断地进泥水，而抛泥管则不断地将混有弃土的泥水抛出密封舱。在密封舱内，常采用护壁泥浆来平衡开挖面的土压力，即保持一定的泥水压力，以此来平衡土压力和地下水压力。
管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层的性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素确定。本章将重点介绍手掘式顶管法的施工工艺。
三、顶管机类型的选择
管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建（构）筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：
（1）在黏性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施。
（2）在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法。
（3）在黏性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法。
（4）在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法。
（5）在顶进长度较短、管径小的金属管时，宜采用一次顶进的挤密土层顶管法。
合理选择顶管机的型式，是整个工程成功的关键。顶管机选型可参照表9-1。

表9-1 顶管机选型可参照表

注：表中所指地层变形量指D＝2.4m，H＝1.5D的顶管。

(1)顶管的施工顺序，应从整个排水系统考虑，并结合工程施工的具体条件，一般宜从管道的下游开始，逐段顶进。具体施工顺序为：对设计和施工条件进行调查研究、编制施工组织设计并报监理批准、顶管机具的选型和设备维护、管材加工或采购、测量放样、顶管工作坑(井)和顶管接收坑(井)的施工、顶管机具和设备的安装调试、顶管机出工作坑开始顶进、压注减摩触变泥浆、顶管测量与顶进纠偏、顶进中的环境监测(建筑物与地下管线的保护〉、顶管机进接收坑顶管贯通、管接口与进出洞口等修缮工作。
(2)通常应选择施工条件较好、顶程较短、技术风险较少的顶段作为起始顶管段，在顶管前进行必要的现场技术数据的测试和分析，设定施工技术参数，通过起始段的顶进，逐步调整各项施工技术参数和对顶管机的操作，为下一段的正常顶进优化施工工艺。
(3)顶管机有敞开式和封闭式顶管掘进机两大类型。顶管的施工方法，根据采用顶管机头的不同类型，分为敞开式顶管施工方法和封闭式顶管施工方法。敞开式顶管机包括手掘式、挤压式、网格(水冲)式等型式。封闭式顶管掘进机主要包括泥水平衡、土压平衡、加泥式土压平衡、斗铲式和多刀盘等型式。
(4)顶管施工方法的选定，应结合顶管沿线的地形、工程和水文地质、设计(管径、管材、复土厚度)、地面建筑物、地下管线、有无地下障碍物、对地表变形控制的要求、交通、场地及环境条件等因素综合考虑，经技术经济比较后选定。一般应选择技术上先进、有成熟施工经验的方法，以确保质量、安全，经济适用。
(5)顶进中应安排日夜连续施工，不宜随意停顶。
(6)管节在起吊、运输过程中，应轻起轻落，端部接口严禁碰撞，堆放场地应平整。堆放层数：Φ1350mm及以下，不超过3层。Φ1500～Φ1800mm，不超过2层。Φ2000以上及单层，底层管节必须用垫块塞稳。堆放在路边应设安全标志。
(7)当两条相邻的平行管道均使用顶管施工方法时，应贯彻先深后浅、先大后小的原则。其相邻管壁之间的最小净距应根据顶管施工沿线的土质、顶进方法和两段顶管施工先后的错开时间等因素来确定。一般相邻顶管外壁的间距应不小于大管的管节外径。
(8)施工人员必须根据设计图纸、质量标准、工程和水文地质、施工方法、施工环境条件等因素，编制施工组织设计，报监理批准。对操作人员应进行施工技术交底和安全教育，明确职责分工。施工过程中应对施工操作、顶管质量、顶力、顶速、顶程、纠编、压注减摩触变泥浆、顶管机状况、顶进发生的情况与采取的措施等施工锖况，做出全面详实的记录，并实行交接班制度。

18359149191：顶管施工方法有哪些?
暨飞答：二、施工方法与设备选择的有关规定：1.顶管法 (1)采用敞口式(手掘式)顶管机时，应将地下水位降至管底以下不小于0.5m处。(2)当周围环境要求控制地层变形或无降水条件时，宜采用封闭式的土压平衡或泥水平衡顶管机施工。(3)小口径的金属管道，当无地层变形控制要求且顶力满足施工要求时，可采用挤密...

18359149191：顶管施工应用方法技巧
暨飞答：水力冲刺静压式顶管施工设备相对静压式顶管较为复杂。关键是钻头的加工及水力给与问题。钻头应大于套管，起扩孔和封堵冲削下来的土层进入套管。钻头的前端装有给水喷头,喷头四周均布有3mm～ 4mm、8～10个向心角为30°～45°的喷嘴，高压水泵将水通过钻杆，由喷嘴射入土中，高压水压力一般为0....

18359149191：顶管法与盾构法的主要不同点是什么?
暨飞答：盾构，是利用专门的盾构机械，边挖边进行衬砌，挖土，输土都是盾构机械自动完成的。盾构可以开挖很大的洞口。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...

18359149191：顶管周围需要灌浆吗
暨飞答：不需要的；借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力即可。顶管施工为盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推...

18359149191：顶管工程施工方法?
暨飞答：由于顶管埋深较深，顶管施工前，对顶进土层要进行详细的地质调查和水文地质的研究，并且要对顶进经过的地下管线进行探查，以便在顶进中制定措施，防止原有管线遭到损坏。本工程D1000污水管道采用土压平衡顶管工艺，土压平衡原理即是密封的机头前仓内被土体充满，管道向前推进时，前仓土体通过螺旋机搅拌...

18359149191：电力电缆顶管是怎么施工的
暨飞答：顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工特点：1、非开挖技术不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管道寿命亦大于开挖法埋管。2、...

18359149191：顶管泥水平衡和土压平衡有什么区别
暨飞答：一、主体不同 1、土压平衡：指的是土压平衡盾构，属封闭式盾构。2、顶管泥水平衡：是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械自动化顶管施工法。二、用处不同 1、土压平衡：能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。2、顶管泥水平衡：...

18359149191：PE顶管施工是什么?
暨飞答：pe过道顶管适用于穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。采用原料为高密度聚乙烯，可以根据客户要求制作不同规格和壁厚的pe管道。目前主要有气压平衡、泥水平衡和土压三大平衡理论。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式。pe过道顶管可以重复使用，...

18359149191：顶管施工的发展过程
暨飞答：在此以后，又进行了多种口径、不同形式的机械顶管试验，其中土压式居多。由于当时的顶管掘进机的设计还停留在比较原始的阶段，既没有完整的设计施工理论和工艺作指导，也不考虑具体的地层条件，所以当时的顶管掘进机还不够完善。土压式顶管机当时分为上部出土和下部出土两种，但都没有引入土压力的概念。

18359149191：顶管的造价大概是多少?
暨飞答：与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。施工工艺：1、机头选型：根据地质报告，并结合的施工经验，顶管机头决定采用气压平衡网格（水冲）式机头进行施工。该机头在顶进过程中，通过气压平衡正面土压稳定机头，减少外部土体对周围地面的影响。