顶管施工是一种非开挖敷设管道的技术,不需要开挖面层,能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道,节省大量投资和时间,而且对城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低,是无污染、高效率的施工技术。被广泛应用于市政工程敷设大量给排水、煤气、电力和通信管道等工程。

另一方面,顶管施工中存在由于地质条件变化、地下地上管线、距离构筑物近、有毒有害气体等复杂作业环境而引发的安全风险,这些不确定因素需要将其纳入项目管理的范畴,以避免安全事故的发生。

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顶管施工原理:先在工作坑(沉井)内设置支座和安装液压千斤顶,借助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坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起。与此同时,紧随工具管或掘进机后面,将预制的管段顶入地层。 边顶进,边开挖地层,边将管段接长的管道埋设方法。

3种主要工艺:手掘式顶管推进工法、土压平衡式顶管推进工法、泥水平衡式顶管推进工法

(一)手掘式顶管

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手掘式顶管施工是较为普通的顶管方法。管前用人工挖土,设备简单,适用于黏性、砂性或硬质泥岩土层,且无地下水影响,管径1000~3000之间的排水工程。

优点:1、具有顶管施工的所有优点。2、工作坑占用场地小。3、设备简单、技术难度低,易于推广。

缺点:1、对不同地质条件有很大的局限性。2、顶进面土压不能平衡,容易塌方。3、劳动强度大,施工进度慢。

(二)土压平衡式顶管

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土压平衡顶管机主要由切削破碎系统、动力系统、纠偏及液压系统、壳体、排泥系统、测量显示系统、电气操作系统等组成。

土压平衡顶管是根据土压平衡的基本原理,先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进,同时大刀盘旋转切削土体,切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机中,并被挤压形成具有一定土压的压缩土体;

经过螺旋输送机的旋转,输送出切削的土体;与此同时,机头连同管道在持续顶进力的作用下,最终穿过土层到达接收井。

土压平衡顶管方式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、土压力以达到土体稳定的目的。

(三)泥水平衡式顶管

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泥水式平衡顶管施工是利用进排泥浆管道在顶管机泥水仓内建立的泥水压力来平衡顶管机前的土压力和地下水压力,采用泥浆泵进行排土。

具有五方面优点:

一是适用的地质范围较广,如遇到地下水位较高以及地质变化范围大的土质条件,均能适用。

二是可保持挖掘面的相对稳定,不会造成沉降而影响交通及各种公用管线的安全。

三是与其他类型的机种相比,泥水顶管的切削力矩小,最适宜于砂砾及硬土里顶管。

四是工作坑内作业环境较好,作业比较安全。由于采用泥水输送弃土,所以没有搬运土方及吊土等较易发生危险的作业。

五是可以连续出土,因此大大提高了推进速度,最适宜于长距离顶管。