顶管施工工法工艺选择及施工技术

开放式顶管

开放式顶管：当工作面土层的物理力学性质良好且土层处于稳定状态时，操作时不会出现塌方现象，能直接挖土，且工作面开敞。

1.机械式顶管机

适用于岩层，硬土层和整体稳定性较好的土层，工作效率比较高

2.挤压式顶管机

适用于淤泥质土，流塑性土质，而且要求覆土深度比较深

3.人工挖掘顶管机

适用于地基强度较高的土层，也有在软土中应用的，前提采用注浆改善土质，或在工具管前加网格，以稳定挖掘面，最大特点是适应地下障碍物较多且较大的条件，可排除障碍的可能性最大最好

泥水平衡式

基本原理

优点:

适用于各种不同的土质情况,扰动较小,地层损失小,产生的地表面变形小,同时顶进时总顶力较小.

缺点:

弃土的运输和存放均较困难,如采用泥浆运输,用水量较大,成本较高。作业所需场地大,设备复杂成本较高,如遇上顶管的超浅埋土层,或遇上渗透系数特别大的砾砂,卵石层,施工作业往往受阻.

掘进机械

1.具有浮动切削刀盘的泥水平衡顶管掘进机

当刀盘前土压力过小时,他就前伸,当刀盘前土压力过大时,就往后退,前伸时,应加快推进速度,后退时应减慢推进速度,这样就可以使刀盘前的土压力控制在设定范围内.用机械来平衡土压力

2.具有破碎功能的泥水平衡顶管进机

适用口径从600到2400,口径越小,能破碎的砾石的粒径也越小,通长600的能破碎粒径为100mm的砾石,2400的能破碎500mm的砾石.

有的机头破碎粒径可达顶管口径的40%~50%

3.气压式泥水平衡顶管掘进机

适用于大直径顶管工程

通过调节供给的压缩空气的压力大小,实施调节泥水 舱内压力的高低.可精确到0.1KPa.

特点:平衡比较彻底,施工后地面沉降极小.

4.浓泥水平衡顶管掘进机

比普通泥水式掘进机适用的泥水相对密度要高很多,接近泥浆,为使浓泥水的流动性更好,需在浓泥水中加入许多添加剂( 仍归属在泥水式顶管范畴,浓泥水的相对密度接近泥浆,其流动性比泥浆要好得多).

特别适用于卵石层地质(渗透性特别大的卵石层).不需对卵石进行破碎,可排出卵石的粒径可达管径的1/3.

与其他泥水式顶管比较,采用浓泥水式顶管的推力要低很多,尤其在沙砾土中表现更加明显,非常适用于长距离顶管和曲线顶管.

工艺原理:

根据土压平衡的基本原理,利用顶管机的刀盘切削和支承机内土压舱的正面土体,抵抗开挖面的水,土压力以达到稳定的目的.以顶管机的顶速即切削量为常量,螺旋输送机转速即排土量为变量进行控制土压舱内的水,土压力与切削面的水,土压力保持平衡

分类:泥土式,泥浆式,混合式

泥浆式:指排出含水量相当大的弃土(可能是地下水丰富,也可能是人为的加入添加剂造成的)

优点:

适用的土质范围广,从软黏土到砂砾土都能适用,是一种全土质的顶管掘进机,能保持挖掘面稳定,地面变形极小,施工时的覆土可很浅,是其他形式的顶管机无法做到的(覆土太浅时,手掘式顶管地面易塌陷,泥水式和气压式顶管则易冒顶和跑气).弃土运输处理方便,作业环境好.

缺点:

在砂砾层和粘粒含量少的砂层中施工时,必须采用添加剂改良土体.

掘进机

多刀盘土压平衡顶管掘进机

DK式土压平衡顶管掘进机

中心螺旋式顶管掘进机

切削密封土压式掘进机

气压平衡式

与泥水平衡式的最大区别在于:气压平衡式顶管机通过一个隔板将破碎室分隔为两个区域,后面是压力室,以压力墙为界,在其上部可以形成一个压气区,平衡压力就是通过这一压气区作用于气水不平衡的工作面上.

全气压式

挖掘面上和管道内所有工作人员都在气压条件下工作,整个顶管管道内都充满一定压力的压缩空气.

全气压顶管的工具管大多为手掘式,挖土的多用人工,工具管构造较简单.施工效率很低,仅为普通手掘式顶管的30%~50%

有钢制的气压舱也有混凝土管制的气压舱

局部气压式

压缩空气仅仅作用在挖掘面上,相对于全气压施工而言.操作人员在常压下工作.

气压施工的特殊要求

1.对土质的要求

渗透系数大于1X10-2cm/s的砂砾层中,因透气性大,且地下水多,漏气很厉害,不宜采用

2.对环境的要求

设备多,占地较大,空压机噪音很大,不宜在居民密集区材采用

3.对作业人员的要求必须是进过训练的专业人员,身强力壮.

优点:

平衡压力的调节和排泥系统的排量是截然分开的,互不干扰,可更准确的调节平衡压力,特别是非均匀地层中施工.

缺点:

造成的地面沉降较大,因为气压在疏干地下水过程中,会造成土体的压密沉降,另外顶进过程中又会对土体产生扰动沉降.

气压式设备复杂,要求可靠性高,劳动强度大,对作业人员身体健康有特殊要求,除了为排除机械故障和为清除顶进中的障碍外很少采用

全气压式