顶管结构
1 引言
随着城市现代化建设的迅速发展，地下管线的铺设越来越多。顶管施工以其不需开挖、对周围环境影响较小等优点而在城市管线的建设和改造中得到推广和应用。
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到接收井内吊起。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。 顶管技术在我国的存在的主要问题是，机械设备技术比较落后 ，地区差异明显，水平参差不齐，缺乏规范化，人才不足，尚待进一步宣传推广。
2结构特点
2.1 顶进管道的基本要求
顶进管道和普通的开挖施工的管道埋深不一样。顶进管道一般的埋深都在5～6m以
上，覆土较厚，那么管材的要求也相应要高一些。作为顶进管道必须满足的基本要求是
能够抵抗管道内外的侵蚀；能够承受一定的静、动荷载；具有良好的过流性能。同时还
应符合以下要求：
1.较高的轴向承载能力。
2.紧密的配合尺寸。
3.端部要平整、垂直。
4.管道长度方向上应保证平直度。
5.防水接头应设置在管道壁内，不允许突出于管道的内外壁。
6.管道接头应具有传递轴向荷载的能力，同时在发生一定角度的偏斜时应仍具有防
水能力。
管道长度通常以2.0～3.0m为宜。对于大直径的管道，一般应采用较长的管节，这
样可以相对减少管接头的次数、提高施工效率。在通常情况下，采用的单根管节的长度不宜超过顶管机或微型隧道掘进的机身长度。顶进管道及其连接处应有足够的抵抗管道
内外化学腐蚀和机械损伤的能力，管道的防护措施应和管道顶进工艺过程以及地层条件
相适应。
顶管都有一定的长度，管与管必须靠管道的接头来连接，管道接头应满足下列基本
要求：
除氟滤料
1.密封性能要求。
2.污水管道接头以及供水和供气管线管道接头必须满足如下密封要求：
1）能够承受管内超水压50kPa。
轮胎脱模剂
2）承受施工条件下所要的管道内部气体超压。
3）管外超水压50kPa水渗入。
3.抗偏斜能力要求：
管道接头在最大允许偏斜的情况下必须保持良好的密封性能。
4.在一定的剪切力（剪切运动）作用下，要求管道接头能够保持良好的密封性能。
性蚀
钢丝绳滑轮5.轴向力的传递
当管道之间使用垫环来传递轴向力时，对小直径管道，可选用不易变形的材料；对
于大直径管道，则可优先选用侧向伸缩较小的材料。垫环的宽度一般不能超过管壁的厚
度。
2.2 钢筋混凝土管
钢筋混凝土管是我国顶管工程中应用历史最早且使用得最多的一种管材。按它的生
产工艺可分为离心管、立式震捣管和悬辊管三大类，按其接口形式可分为平接口、企口 和F型接口三种。在钢筋混凝土管中，还有采用玻璃纤维进行加强的管子和用钢板进行
加强的管子。
钢筋混凝土管单节管长度一般2～3m,所施工的管道有大量的接头——钢筋混凝土顶管施工的薄弱环节，接头的构造决定了其密封、抗渗和抗内水压的能力均较差，一般只能抵抗0.2MPa以内的内水压力，故钢筋混凝土顶管一般多被用于污水管、雨水管和水压力较小的其他的管道。钢筋混凝土管管道壁厚较厚，比较笨重，但在管内介质相同的情况下抗腐蚀能力强于钢管。钢筋混凝土管和顶管机机头详见图2-1和图 2-2。 塑料拖把头
钢筋混凝土顶管接头无论是F接头，还是T型接头，连接都非常快，仅需几分钟至十几分钟，且不需另作防腐处理，故施工效率明显比钢管顶管高。
1平接口钢筋混凝土管
在钢筋混凝土管中平接口是很常用的接口形式，其接口形式共有五种：
1）油毡接口，此接口形式简单，施工方便，主要用于无地下水的条件；
2）麻辫－石棉水泥接口，可用于地下水以下的污水管道工程，竣工后管道有一定
的抗渗性；
3）钢套环接口，该接口刚度较大，质量较好不易渗漏，但经济成本较高，适用于
穿越重要的建筑物；
4）麻布沥青接口，一般只用于小口径顶管；
5)粘接口，因粘结材料价格较高且用于大口径时对接困难，故只适应于小口径顶
管。
平口管属刚性接口管，因接口强度低，密封性能差，在长距离顶管施工中基本不
适用，如今很少用于顶管工程中。
2企口式钢筋混凝土管
该管采用的是半干性混凝土，用钢模立式震捣浇注。它的特点是脱模快，模具周转也快。而且钢筋笼是由机器制作的，自动化程度高，精度也高。混凝土强度高，28天的抗压强度不低于50Mpa，成品管的混凝土为C50，最大覆土深度为5.5～6m，最小覆土深度为0.7m，内水压可达75~90kPa,管径规格从DN1100~DN3000。企口管具有以下优点：接口构造简单，安装止水圈比较容易，止水性能也较好；由于接口没有钢套环等，所以不产生因为钢套环锈蚀而使接口的止水性变差，更不会因此而使接口失效；生产效率高，成本较低，价格也较低，从而可降低施工成本。但是，作为顶管用时也有它的缺点：由于两管端面的接触面积较小，还不及有效环断面的一半，虽然抗压强度高，但它的许用推力要比同口径的其他接口形式小许多；由于采用半干性混凝土，其外表比较粗糙，与其他类型的管子比较，顶进阻力较大；由于它的最大允许偏角仅为0.75°，而且偏角每增加0.5°，许用推力就会下降50％，所以不适用于曲线顶管。即使在直线顶管中，也不允许存在较大幅度的纠偏，否则管口即有损坏的危险。
3F 型接口混凝土管
F 型接口混凝土管是把钢套环的前面一半埋入到混凝土管中去，为了防止钢套环与混凝土
管结合面产生渗漏，在该处设了一个橡胶止水圈。该橡胶止水圈不是用普通橡胶，而是采用了遇水膨胀橡胶，该橡胶在吸收了水分以后体积会膨胀1～3倍。
F 型接口混凝土管有以下一些优点：
1.与 T 型套环管接口比较，它不仅省去了一环筋板和一环衬垫等材料，而更主要的
是增加了可靠性。同时，也扩大了它的使用范围，即使在砂砾土中，它也可以使用。
2.由于钢套环是埋在混凝土管中的，这就增加了它的刚度，在运输中也不易变形。
3.F型接口很适用于曲线顶管。它的最大张角可达3°左右。也不会产生接口渗漏，可
靠性相当好。
4.与企口管接口比较，接口间的接触面积差不多增加了一倍多，所以很适用于长距
离顶管。弹性钢
混凝土管顶管目前应用在压力水管的情况不多，如果需用于压力水管，必须在接头上改用
双胶圈。混凝土管端不平整，顶管时每个接头都要使用木垫圈。钢筋混凝土 F 型接口有两种型式详见图2-3 和图2-4。接口的钢套管需采取防腐措施，一般可以采用环氧沥青涂层。在有腐蚀性介质的条件下，还应适当加大钢套管的厚度。
接口处在顶管施工过程中往往会容易出现一些问题造成渗漏，比如钢套管松弛，密封胶圈不紧和填缝料不密实。还有顶力过大时且出现偏心时，接口处管口混凝土破裂，也会导致渗漏。
图2－1钢筋混凝土管和顶管机机头
图2－2钢筋混凝土管
图2－3 F型接口（一）
图2－4 F型接口接头（二）
2.3 钢管
顶管施工中钢管的应用也很普通，其连接一般采用现场焊接的方式，大口径钢管有两种成形工艺，即直缝焊管与螺旋焊管；中小口径则用无缝钢管。钢管通常选用Q235B(A3)镇静钢钢板制作，它的强度高，管材及管件易加工。钢管的强度大、不透水，焊接的接头也具有与母材相同的强度和抗水压能力，密封性好，故对抗渗要求高、内外水压力大的管道一般都适用钢管，如城市供水管道若采用顶管施工，大多都适用钢管。但钢管的刚度小，易变形，衬里及外防腐要求严格，必要时需作阴极保护，施工过程中组合焊接工作量大，在地下水位较高时，可采用胶圈柔性接口措施克服这一困难，但与钢筋混凝土管相比，造价较高。图2-5中为堆放在施工现场的钢管。
钢管顶管要求使用Q235B,因为它比Q235A可焊性好，柔度好，不宜用Q345以上的硬性钢材，硬性钢材不利于顶管的纠偏。钢管焊缝对压力水管采用二级焊缝，自流管可降低要求，采用三级焊缝。
钢管用于顶进施工时，首先需考虑防腐的问题。顶管用钢管的外防腐通常采用两道底漆和两道环氧沥青漆，如果要求达到更高的防腐等级，则还需要玻璃纤维布缠在外面，涂上环
氧制成玻璃钢保护管道。也可用仿瓷涂料或氰凝等作外壁涂料防腐。钢管尚需内衬防腐，内衬材料有水泥砂浆或环氧树脂等。必须注意的是，在管接口处应留下100mm的无涂层待焊接工作完成且管子冷却后，再涂上同种涂料或快干性的涂料作为防腐层。
钢管在加工的过程中，还要特别注意一点的是管口接口的坡口形式。常用的管接口的坡口形式有单边V型坡口和K型坡口。这两种坡口的具体尺寸可依据钢管壁厚在焊接规范中到。前者适用于管径较小，人无法进入管内作业的钢管，要求焊接质量比较高；后者适用于管径大，管壁较厚，人可以进入管内焊接作业的钢管。避免用X型坡口，因为该坡口难以保证焊接质量，浪费材料，且降低钢管的许用顶力，影响单次顶进距离。
钢管顶管接头是用电焊刚性焊接，整根管道的刚度大，可弯曲的余地小，即施工中可纠偏的余地较小，决定了钢管顶管不可以转弯，只能直线推进不能曲线顶管。同时决定了其顶进特点：如初始顶进方向性好，则偏差就小，容易顶进；反之，方向掌握不好就难以纠偏，钢管容易变形，接口断开，甚至报废。因此，施工中对顶管轴线偏差的要求相应较高。与同口径的混凝土管相比，因其管壁与土的摩擦系数较小，管重量轻，直线性好，所以顶力低得多。因此，施工中对顶管轴线偏差的要求相应较高。顶管所用钢管的壁厚与其
埋深和推进长度有关，埋深越大，顶进长度越大，壁厚要求越大，以保证钢管有足够的刚度。
图2－5钢管
2.4 玻璃钢夹砂管
玻璃纤维增强塑料夹砂管简称玻璃钢管，是目前国内正在推广应用的新型复合材料管道。
它按生产成型工艺的不同分为三种：往复式交叉缠绕夹砂管、连续缠绕夹砂管和离心浇铸夹砂管（HOBAS 管）。因工艺上的差异，三种玻璃钢夹砂管的技术特征、参数也有一些差异，可用于顶管施工的为往复式交叉缠绕夹砂管和离心浇铸夹砂管。
玻璃钢夹砂管的管壁结构是由多种结构和材料组成的复合材料，按其功能一般可分为三大层：防腐防渗层、结构层和表面层。防腐防渗层又分为内表面层和次内层，内表面层有高含量的树脂，其主要作用是防腐蚀和渗漏；次内层含一定量的短切纤维，也含较大比例的树脂，其作用是作为增强防腐防渗的功能。结构层的作用主要是抵抗变形和承受荷载，是由连续纤维缠绕层和树脂砂浆组成。表面层的主要功能是保护管道并防止老化，由抗老化添加剂和树脂组成。
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