第四章 给水排水管道不开槽施工

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 给水排水管道不开槽施工,第四章 给水排水管道不开槽施工,第一节 概述,第二节 掘进顶管,第三节 盾构法（自学）,第四节 其他暗挖法（自学）,第五节 盾构施工方案编制实例（自学）,学习目标,1.,掌握顶管法施工原理，了解顶管法的分类及其特点，掌握顶管法的施工步骤，了解顶管法主要施工设备，熟悉顶管法关键技术；,2.,了解盾构法的工作原理，盾构构造、分类及适用范围，了解盾构法的施工工艺；,3.,了解其它不开槽施工技术；,重点和难点,顶管法的施工步骤和关键技术,第一节 概 述,1.1,概念,管道的不开槽施工是指,不开挖地表,的条件下完成管线的铺设、更换、修复和定位的工程施工技术。,不开槽敷设的管道的形状和材料，采用最多的是各种,圆形预制管道,如钢管、普通钢筋混凝土管、以及其他各种合金其他非圆形的预制或现浇的钢筋混凝土管。,地下管道不开槽敷设管的方法很多，常用的有,顶管法、盾构法、牵引法、夯管法,等,1.2,适应范围及特点,P103,第二节 顶管法,2.1,概述,2.1.1,顶管法施工的基本原理,先在,工作坑,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。,2.1.2,顶管施工的分类,按所顶进的管子口径大小分：,大口径,（,2m,以上）、,中口径,（,1.2,1.8m,）、,小口径,（,0.5,1.0m,）和,微型顶管,（,0.075,0.4m,）、四种。,按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离）分：,普通距离顶管和长距离顶管,（,100m,或,500m,）。,按顶管机的类型分：,手掘式人工顶管、挤压顶管、水射流顶管和机械顶管,2.2,顶管施工工艺,2.2.1,工艺流程,施工准备测量放线工作井开挖工作井布置,（,工作井设计,工作井基础施工后背安装设备安装）,管道顶进管道接口,2.2.2,施工要点,1.,施工准备：编制,施工方案,，根据施工方案，进行,人、机、料的准备、现场的准备,2.,测量放线：,中心桩的测设,施工控制桩的测设,井底轴线和高程的测设和控制,3.,工作井的设计,工作井的种类,工作井按其作用分为,顶进井（始发井）和接收井,。,顶进井是,安放所有顶进设备,的场所，也是顶管掘进机的,始发场所,，是承受主顶油缸推力的反作用力的构筑物，,供工具管出洞、下管节、挖掘土砂的运出、材料设备的吊装、操纵人员的上下,等使用。,接收井是接收顶管机或工具管的场所，与工作井相比，接收井布置比较简单。,实质上是方形或圆形的小基坑，其支护类型同普通基坑，其平面尺寸较小，支护经常采用钢筋混凝土沉井和钢板桩。,根据工作井方向，可分为,单向井，双向井，多向井和交汇井,等形式,工作井在施工结束后，,一部分将改为阀门井、检查井。,工作井地面影响范围一般按井深的,1.5,倍计算，在此范围内的建筑物和管线等均应采取必要的技术措施加以保护,井内布置内容,井内布置内容主要包括,前止水墙、后座墙、基础底板及排水井,等。在顶管工作井内，还布置有,工具管、环形顶铁、弧形顶铁、基坑导轨、主顶千斤顶及千斤顶架、后靠背。,在顶进井的地面上，布置行车或其他类型的起吊运输设备。,1-,管节；,2-,洞口止水系统,3-,环形顶铁；,4-,弧形顶铁,5-,顶进导轨；,6-,主顶油缸,7-,油缸架；,8-,测量系统；,9-,后靠背；,10-,后座墙；,11-,井壁,1-,预制的混凝土管；,2-,运输车；,3-,扶梯；,4-,主顶油泵；,5-,吊装设备；,6-,安全护栏；,7-,润滑注浆系统；,8-,操纵房；,9-,配电系统；,10-,操纵系统；,11-,后座；,12-,测量系统；,13-,主顶油缸；,14-,导轨；,15-,弧形顶铁；,16-,环形顶铁；,17-,已顶入的混凝土管；,18-,运土车；,19-,机头,顶管工作井位置的选定，应符合下列要求,：,一般宜选在设计图中管道的,检查井室位置,。,便于排水、出土和运输；,工作井避免设在高压线下或巷口,/,单位大门口,尽量设在管道下游以利排水。,对,电源、水源较近，交通方便,可利用坑壁土体作后背支承；,对建（构）筑物易于采取保护和安全措施,工作井的选择还应在,地下管线较少部位。,工作井尺寸计算：,底宽,W,D,2B,2b,W,工作井底宽（,m,）,B,管两侧操作宽度（,m,），一般为每侧,1.2m,1.6m,；,b,撑板厚度（,m,）；支撑板时为,0.05,；木板桩为,0.07,D,管外径（,m,）；,长、宽、深,底长,L=L1+L2,十,L3,L4,十,L5,L1,管子顶进后，,尾部压在导轨上的最小长度,;,采用钢筋混凝土管时，为,0.30.6m,，钢管不小于,0.6m,；使用工具管时，,工具管长度如大于上述铺轨长度的要求，,L1,应取工具管长度,；,L2,管节长度（,m,）；,L3,出土工作间长度，根据出土工具而定，宜为,1.0m,1.8m,；,L4,液压油缸长度（千斤顶长度）（,m,）；,L5,后背所占工作井长度，包括横木、立铁、横铁，取,0.85m,。,工作竖井深度应符合下式：,H,h1+h2+h3+D,H=h1,h2+D,（无基础及垫层时）,式中：,H,工作井地面至井底的深度（,m,）；,h1,地面至管道顶部外缘的深度（,rn,）；,h2,管道外缘底部至导轨底面的高度（,m,）；,h3,基础及其垫层的厚度，,不应小于该处井室的基础及垫层厚度（,m,）。,4.,工作井、导轨及基础施工,工作井三种施工方法：,开槽式（支撑式）：开挖土方，板桩撑，内支撑要求,撑木以下最小高度不小于,3.0,米,；适用于任何土质，但,深度不宜大于,7,米,沉井式：在钢筋混凝土井筒内挖土，井筒随挖土靠自重或加重下沉，直到要求的深度，最后用钢筋混凝土封底。,适用于在地下水位以下修建工作坑,连续墙式：先,深孔成槽，用泥浆护壁，然后放入钢筋网，浇筑混凝土,时将泥浆挤出，井内挖土封底而形成工作坑。造价低，工期短,导轨,作用：引导管子按设计的中心线和坡度线顶进,保证管子位置正确,.,（牢固与准确对管子的顶进质量影响很大,导轨必须符合管子中心,高程和坡度的要求,）,导轨的种类：,木导轨和钢导轨,（轻轨和重轨,管径大的采用重轨）,两导轨间净距计算（,P108,公式,4-6,）：,导轨安装好以后应按设计检查轨面高程、坡度及方向,基础,枕木基础：,当工作,井底无水，土质坚实，,可挖土槽埋设枕铁或枕木。枕铁或枕木长度宜采用,2m,3m,，宜,比导轨外缘两边各长出,200mm,300mm,，其埋设间距可根据管重、顶力和土质选取,400mm,800mm,。枕铁宜用型钢制成，并附有固定导轨的特制螺栓，枕铁应直顺、平整；采用枕木时，,截面不小于,150mm150mm,。,卵石木枕基础：,当,有地下水但渗水量不大,地基为细粒的粉砂土,为了防止安装导轨时扰动地基土,可铺一层,10,厘米厚的卵石或级配砂石,增加承载能力。简单实用，造价比混凝土低。,混凝土木枕基础：,当工作,井底有水、土质松软、管径较大,时，应浇筑水泥混凝土基础，将枕铁或枕木埋设于混凝土中、宜结合管道基础设计，确定混凝土面的高程及宽度，水泥混凝土基础的,宽度宜比管径大,400mm,，,厚度可采用,200mm,300mm,，混凝土的标号可为,C15,或,C20,。,混凝土基础顶面应低于枕铁或枕木面,10mm,20 mm,。,5.,后背安装,后座墙和后靠背,后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体，是主推千斤顶的支承结构。,在沉井工作坑中，后座墙一般就是工作井的后方井壁。,在钢板桩工作坑中，可以在工作坑内的后方与钢板桩之间挠筑一座,与工作坑宽度相等的、厚度为,0.51.0m,的、其下部最好能插入到工作井底板以下,0.5,1.0m,的钢筋混凝土墙,，目的是使推力的反力能比较均匀地作用到土体中去。,后靠背是靠主顶千斤顶尾部的,厚铁板或钢结构件,，其厚度在,300mm,左右。钢后靠的作用是尽量把主顶千斤顶的反力分散开来，防止将混凝土后座压坏。,（,1,）核算后背受力宽度和高度，应根据需要的总顶力，使,其不大于土壤的总被动土压力,。后背土壤的总被动土压力可按下式计算；,问题：侧土压力的种类和大小,单位宽度,后背墙的情况,（,2,）后背墙的安装应符合下列要求；,应有足够的,刚度和强度,；,壁面应平整且,与管道顶进方向垂直,；,底端应在工作坑底以下，不小于,50,；,壁面应于后背土体紧贴，孔隙部分应用砂石料填塞密实；,根据后背施工设计安装,后背，紧贴土体的后背材料,，如型钢、预制后背、方木等,应横放,，,在其前面放置立铁，立铁前放置横铁,。组成后背墙各构件应固定；,结构简单、拆装方便、稳定可靠、就地取材。,6.,设备安装（附属设备,顶进设备安装）,工作平台和工作棚安装,P112,应在顶管工作坑开挖或支护完成后进行。,工作平台承重主梁应根据静载、动载及其他附加荷载计算选用,主梁两端伸出工作坑壁不得小于,1.2m,。,平台口的,长度和宽度各大于管节长度,0.8m,。,根据起吊设备能力及吊重,核算起重架,；,工作井上的平台孔口必须安装,安全护栏、防汛墙和防雨设施。,井内应设置便于上、下的,安全通道,。,顶进设备安装,顶力计算,顶铁安装,顶铁按照放置位置和用途的不同，分为,横顶铁，顺（直）顶铁、立顶铁和环形顶铁,环形顶铁：置于于,管道端面,，厚度为,300500mm,，其作用是,将顶力均匀分布于管道端面,，以免被顶坏。,直顶铁：放置与,环形顶铁与横顶铁之间,，,用于调节千斤顶与顶进管节之间的间距,，因此，其长度根据千斤顶的行程和管节的长度确定，两个端面要求平整且平行，否则顶进时容易外弹；包括,U,行顶铁和马蹄形顶铁,横顶铁：放置在,千斤顶和直顶铁之间，将千斤顶的顶力传递给两侧的的直顶铁上,立顶铁：,放置于千斤顶的后坐上，使后坐力均匀而分散地传递给后座墙。,U,形顶铁开口是向上的，便于管道内出土。马蹄形顶铁的开口方向与弧形顶铁相反，是倒扣在基坑导轨上的。,（,a,）环形顶铁（,b,）,U,形顶铁（,c,）马蹄形顶铁,顶铁安装应符合下列要求：,应有足够的,刚度,，无歪斜扭曲现象,;,顶铁放置在管道两侧，且顶铁中心线应与管道中心线平行、,对称直顺,；顶铁与导轨和顶铁之间的接触面不得有泥土、油污。,更换顶铁时，应,先使用长度大的顶铁,，以减少顶铁连接数量；顶铁的,允许连接长度,，,应根据顶铁的截面尺寸确定。,当采用顶铁截面为,200mm300mm,时，使用的长度不得大于,1.5m,，且应在中间加横向顶铁相连。,顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫,。在顶力作用下，管节承压面应力接近其设计顶镐压力强度时，必须采用措施减少管节承压面应力。,主顶装置安装,主顶装置由,主顶油缸、主顶油泵和操纵台及油管,等四部分构成。供给主顶千斤顶以压力油的是主顶油泵；油泵和千斤顶之间用高压软管连接。,安装注意事项,千斤顶在工作坑的布置方式与采用个数有关,P114,液压油缸的,油路应并联,，保证各千斤顶活塞行程一致,千斤顶的,着力中心宜位于管子总高的,l,4,左右处，且不小于组装后背高度的,l,3,。,多台液压油缸宜配置,千斤顶架,，使其布置对称。,使用一台液压油缸时，其,中心应与管道中心的垂线对称，使用多台液压油缸时，各液压油缸中心线应与管道中心垂线对称,。,配套设备,止水圈,顶管机操作台,送水、排泥泵,皮带输送机,出土车,7.,管道顶进,顶进程序,挖土,运土,顶进,测量,纠偏,挖土,挖土方式：,人工开挖,机械开挖,挤压土开挖,水力掘进,人工开挖挖土要求：,挖土深度一般等于千斤顶出镐长度,，土质好，可超前,0.5,米（注意不能太多）,挖土高度保持管壁和土壁平行，不得超挖。,密实土质，上方可有大于等于,1.5,厘米空隙，下方,135,度中心角范围内不得超挖。（防止管端下沉）,人工开挖,手掘式顶管机,顶管机：,将挖掘机等挖土机械和工具管，皮带运输机，泥浆运输机等运土机械，操纵台，仪表，动力装置等,集成的整体设备,手掘式顶管机主要由切土刃角、纠偏装置、接口等组成。,所用的工具管有一段式和两段式。一段式工具管与混凝土管之间的结合不太可靠，常会产生渗漏现象；发生偏斜时纠偏效果不好；因此，现多用两段式，前后两段之间安装有纠偏油缸，后壳体与后面的正常管节连接在一起。,顶管配套设备,出土车,机械开挖设备,机械开挖：在被顶进管道前安装机械钻进挖土设备，配上皮带运土机,伞式挖掘机,结构：工具管、切削机构（刀盘、刀齿）、驱动机构（减速装置、主轴）、动力设施（电机、油泵）、装载机构（铲斗、皮运机）及校正机构,适用：,800mm,以上，黏土、粉质黏土、砂质粉土和沙土，不适合弱土层和含水土层。,螺旋掘进机,结构：钻头、螺旋输送器、液压机构、道轨机架、土斗,适用：,200300mm,，松散砂土、淤泥土、软黏土等，短距离顶进（,2030m,）,机械手挖掘机,结构：工具管、刀盘、减速箱、电机,适用：黏性土,泥水平衡式顶管机,泥水平衡顶管机是指采用,机械切削泥土、利用泥浆压力来平衡地下水压力和土压力、采用水力输送弃土,的整体设备,泥水平衡式工具管主要由,刀盘装置、纠偏装置、泥水装置（密封舱）、进排泥装置,等组成。在前、后壳体之间有纠偏千斤顶，在掘进机上下部安装进、排泥管。,优点：,适用的土质范围较广,，尤其适用于施工难度极大的含水层及粉砂质土层中；可保持挖掘面的稳定，对周围土层的影响小，地面变形小；,可连续出土，施工进度快,。,缺点：,施工场地大，设备费用高,，需在地面设置泥水处理、输送装置；机械,设备复杂,，且各系统间相互连锁，一旦某一系统故障，必须全面停止施工。,水力冲土法,水力冲土,：,机头设切土网格，,切入土体后，再,用高压水枪冲散,挤入网格的泥土，,泥浆由吸泥设备，,直接压送至地,面贮泥池。,顶管配套设备,送水、排泥泵,泥浆沉淀池,运土：管内水平运输和工作坑垂直提升,管内水平运输：人工，卷扬机牵引或皮带运输机,垂直提升：卷扬机，龙门吊或其它机械,顶进,操作步骤：,P116,注意事项：,P117,长距离顶管技术和设备,长距离管道的主要困难：顶进坑内主千斤顶的推顶力有限，不足以克服管道长距离顶进时遇到的总阻力。,解决措施：增加主千斤顶的顶力、,减少管道周边与地层的摩擦力、中途设置辅助千斤顶,（中继环）、减小顶管承受的正面阻力等。,中继环,中继环（又称中继间、中间站）即在管道顶进的,中途设置辅助千斤顶,，靠辅助千斤顶提供的动力继续顶进管段，延长顶管的顶进长度，满足敷设长距离管道的需要。,中继环是一个由钢材制成的圆环，,内壁上设置有一定数量的短行程千斤顶,，产生的推顶力可用于推进中继环前方的管道。,中继环推进过程,应先启用最前面的中继环,，将其前方的管道连同工具管一起向前顶进，后面的中继环和主千斤顶保持不动，,直至达到该中继环的一个顶程为止,接着后面的中继环开始推顶作业,，将两个中继环之间的管道向前推进。与此同时，,前面的一个中继环的千斤顶排放油压，活塞杆缩进套筒,。可见，这时被推进的只是该中继环和前面一个中继环之间的管段。,在顶进作业中，,主千斤顶在每个循环中都最后推进,。借助中继环的逐级接力过程，可将顶管的顶推距离延长，以适应长距离顶管施工的需要。,注浆减阻措施,在管壁与坑道之间注入泥浆，形成泥浆套，可减少它们之间的摩擦阻力，一次顶进长度可增加,23,倍,测量,测量方法：,水准仪法；垂球法；激光经纬仪法,（,P122,，自学）,顶进长度在,50cm,范围内，可采用垂球拉线或水准仪的方法，距离大于,50cm,，采用激光经纬仪测量,顶管校正,偏差的原因：,工具管迎面阻力分布不均、管壁周围摩擦力不均、千斤顶顶力偏离中心,校正原则：,勤顶、勤挖、勤测、勤纠,校正方法：,挖土校正、斜撑校正、工具管校正、衬垫校正,纠偏：先纠正高低偏差，后纠正左右偏差,（,7,）管节接口,顶管用的钢筋混凝土管节的管口形式是凸口式，其接口的处理分两个阶段进行。,在一节管子顶进以后，另一节管子下到工作坑里时，将两节管子的管口对齐，并在凸缘处填塞一圈浸过沥青的麻辫；管内壁的接口处用金属内胀圈将管子撑紧，使顶管过程中管子接口处不致产生错口。,对接面的处理,管节全部顶进后，拆除内胀圈，再在接口处填水泥砂浆并与管内壁抹平，接口就完成。,为加强管节接口，常在管口外侧安装外套环，再安放橡胶圈，增加防渗效果。,对接缝的处理,管节接口,管节接口,对接面有缓冲材料,对接缝有密封材料,顶管法的关键技术,方向控制,：与设计轴线一致；导轨的安装、测量与纠偏,顶力大小及顶进方式,：管尾顶进方式，顶进距离受到限制 ，一般采用中继环接力；,承压壁后靠结构,管道的顶进：顶进程序；人工挖土的要求；机械开挖的设备；顶进的操作过程及注意事项；长距离顶管的措施；测量与纠偏（测量方法、管道校正的方法）；管道的接口,如何连接？,盾构法的工作原理,盾构法是使用所谓的“盾构”机械，在软岩和土体中推进，一边防止土砂的崩坍，一边在其内部进行开挖、同时完成隧道永久衬砌铺设的一种施工工法。,盾构工作基本原理,先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。,在盾壳的掩护下，切削刀盘可以安全地开挖地层，一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。,尾部可以装配预制管片，迅速拼装成隧道永久衬砌，并将衬砌与土层之间用水泥砂浆填实，防止周围地层的变形。,盾构推进主要依靠,盾构内部设置的千斤顶,，用千斤顶,顶在拼成的衬砌环,上使它推进到已挖好的空洞内，然后缩回活塞杆，为下一环衬砌拼装创造条件,盾构法和顶管法的主要异同点,相同点：,1,）二者都属于定向钻孔法、是地下工程的主要施工方法。,2,）二者都要开挖工作基坑（工作井和接收井）。,3,）二者工作面的开挖方法，出、进洞施工技术基本相似。,4,）二者都要注意接缝防水处理、地表沉降控制、周边环境保护等问题，长距离都要进行注压浆。,不同点,1,）,管道拼接方式不同,。,盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。,盾构法的衬砌为管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为管节，且每环管节是一次预制成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接收井位置。,2,）,顶进方式不同。,盾构千斤顶布置在盾构机内部，而顶管法施工的主顶进装置布置在工作井内，如果顶力不足要加设中继间。,3,）,应用场合不同。,盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的施工；顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。,