给水排水管道不开槽施工.ppt

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1、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

2、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）

3、、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（

4、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

5、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

6、-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1.2m1.6m；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

7、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

8、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

9、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、

10、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

11、，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

12、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30050

13、0mm，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，

14、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

15、 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。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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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、

21、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

22、 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

23、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。