第四章給水排水管道不開槽施工

第四章給水排水管道不開槽施工第一節概述第二節掘進頂管第三節盾構法（自學）第四節其他暗挖法（自學）第五節盾構施工方案編制實例（自學）學習目標1.掌握頂管法施工原理，了解頂管法的分類及其特點，掌握頂管法的施工步驟，了解頂管法主要施工設備，熟悉頂管法關鍵技術；2.了解盾構法的工作原理，盾構構造、分類及適用范圍，了解盾構法的施工工藝；3.了解其它不開槽施工技術；重點和難點

頂管法的施工步驟和關鍵技術

第一節概述1.1概念管道的不開槽施工是指不開挖地表的條件下完成管線的鋪設、更換、修復和定位的工程施工技術。不開槽敷設的管道的形狀和材料，采用最多的是各種圓形預制管道．如鋼管、普通鋼筋混凝土管、以及其他各種合金其他非圓形的預制或現澆的鋼筋混凝土管。地下管道不開槽敷設管的方法很多，常用的有頂管法、盾構法、牽引法、夯管法等1.2適應范圍及特點P103第二節頂管法

2.1概述2.1.1頂管法施工的基本原理先在工作坑內設置支座和安裝液壓千斤頂，借助主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進機從工作坑內穿過土層一直推到接收坑內吊起，與此同時，緊隨工具管或掘進機后面，將預制的管段頂入地層。邊頂進，邊開挖地層，邊將管段接長的管道埋設方法。2.1.2頂管施工的分類

按所頂進的管子口徑大小分：大口徑（Ф2m以上）、中口徑（1.2～1.8m）、小口徑（0.5～1.0m）和微型頂管（0.075～0.4m）、四種。按一次頂進的長度（指頂進工作坑和接收工作坑之間的距離）分：普通距離頂管和長距離頂管（100m或500m）。按頂管機的類型分：手掘式人工頂管、擠壓頂管、水射流頂管和機械頂管2.2頂管施工工藝2.2.1工藝流程施工準備→測量放線→工作井開挖→工作井布置（工作井設計→工作井基礎施工→后背安裝→設備安裝）→管道頂進→管道接口2.2.2施工要點1.施工準備：編制施工方案，根據施工方案，進行人、機、料的準備、現場的準備

2.測量放線：中心樁的測設——施工控制樁的測設——井底軸線和高程的測設和控制3.工作井的設計⑴工作井的種類工作井按其作用分為頂進井（始發井）和接收井。頂進井是安放所有頂進設備的場所，也是頂管掘進機的始發場所，是承受主頂油缸推力的反作用力的構筑物，供工具管出洞、下管節、挖掘土砂的運出、材料設備的吊裝、操縱人員的上下等使用。接收井是接收頂管機或工具管的場所，與工作井相比，接收井布置比較簡單。實質上是方形或圓形的小基坑，其支護類型同普通基坑，其平面尺寸較小，支護經常采用鋼筋混凝土沉井和鋼板樁。根據工作井方向，可分為單向井，雙向井，多向井和交匯井等形式工作井在施工結束后，一部分將改為閥門井、檢查井。

工作井地面影響范圍一般按井深的1.5倍計算，在此范圍內的建筑物和管線等均應采取必要的技術措施加以保護⑵井內布布置內內容井內布布置內內容主主要包包括前止水水墻、、后座座墻、、基礎礎底板板及排排水井井等。在在頂管管工作作井內內，還還布置置有工具管管、環環形頂頂鐵、、弧形形頂鐵鐵、基基坑導導軌、、主頂頂千斤斤頂及及千斤斤頂架架、后后靠背背。在頂進進井的的地面面上，，布置置行車車或其其他類類型的的起吊吊運輸輸設備備。1-管節；；2-洞口止止水系系統3-環形頂頂鐵；；4-弧形頂頂鐵5-頂進導導軌；；6-主頂油油缸7-油缸架架；8-測量系系統；；9-后靠背背；10-后座墻墻；11-井壁1-預制的的混凝凝土管管；2-運輸車車；3-扶梯；；4-主頂油油泵；；5-吊裝設設備；；6-安全護護欄；；7-潤滑注注漿系系統；；8-操縱房房；9-配電系系統；；10-操縱系系統；；11-后座；；12-測量系系統；；13-主頂油油缸；；14-導軌；；15-弧形頂頂鐵；；16-環形頂頂鐵；；17-已頂入入的混混凝土土管；；18-運土車車；19-機頭⑶頂管工工作井井位置置的選選定，，應符符合下下列要要求：一般宜宜選在在設計計圖中中管道道的檢查井井室位位置。便于排排水、、出土土和運運輸；；工作井井避免免設在在高壓壓線下下或巷巷口/單位大大門口口,盡量設設在管管道下下游以以利排排水。。對電源、、水源源較近近，交交通方方便可利用用坑壁壁土體體作后后背支支承；；對建（（構））筑物物易于于采取取保護護和安安全措措施工作井井的選選擇還還應在在地下管管線較較少部部位。。⑷工作作井尺尺寸計計算：：底寬W＝D＋2B＋2bW———工作井井底寬寬（m）B———管兩側側操作作寬度度（m），一一般為為每側側1.2m～1.6m；b———撐板厚厚度（（m）；支支撐板板時為為0.05；木板板樁為為0.07D———管外徑徑（m）；長、寬寬、深深底長L=L1+L2十L3＋L4十L5L1———管子頂頂進后后，尾部壓壓在導導軌上上的最最小長長度;采用鋼鋼筋混混凝土土管時時，為為0.3———0.6m，鋼管管不小小于0.6m；使用用工具具管時時，工具管管長度度如大大于上上述鋪鋪軌長長度的的要求求，L1應取工工具管管長度度；L2———管節長長度（（m）；L3———出土工工作間間長度度，根根據出出土工工具而而定，，宜為為1.0m～1.8m；L4———液壓油油缸長長度（（千斤斤頂長長度））（m）；L5———后背所所占工工作井井長度度，包包括橫橫木、、立鐵鐵、橫橫鐵，，取0.85m。工作豎豎井深深度應應符合合下式式：H＝h1+h2+h3+DH=h1＋h2+D（無基基礎及及墊層層時））式中：：H———工作井井地面面至井井底的的深度度（m）；h1———地面至至管道道頂部部外緣緣的深深度（（rn）；h2———管道外外緣底底部至至導軌軌底面面的高高度（（m）；h3———基礎及及其墊墊層的的厚度度，不應小小于該該處井井室的的基礎礎及墊墊層厚厚度（（m）。4.工作井井、導導軌及及基礎礎施工工⑴工作作井三三種施施工方方法：：開槽式式（支支撐式式）：：開挖挖土方方，板板樁撐撐，內內支撐撐要求求撐木以以下最最小高高度不不小于于3.0米；適用用于任任何土土質，，但深度不不宜大大于7米沉井式式：在在鋼筋筋混凝凝土井井筒內內挖土土，井井筒隨隨挖土土靠自自重或或加重重下沉沉，直直到要要求的的深度度，最最后用用鋼筋筋混凝凝土封封底。。適用于于在地地下水水位以以下修修建工工作坑坑連續墻墻式：：先深孔成成槽，，用泥泥漿護護壁，，然后后放入入鋼筋筋網，，澆筑筑混凝凝土時將泥泥漿擠擠出，，井內內挖土土封底底而形形成工工作坑坑。造造價低低，工工期短短⑵導軌軌作用：：引導導管子子按設設計的的中心心線和和坡度度線頂頂進,保證管管子位位置正正確.（牢固固與準準確對對管子子的頂頂進質質量影影響很很大,導軌必必須符符合管管子中中心,高程和和坡度度的要要求）導軌的的種類類：木導軌軌和鋼鋼導軌軌（輕軌軌和重重軌,管徑大大的采采用重重軌））兩導軌軌間凈凈距計計算（（P108公式4-6）：導軌安安裝好好以后后應按按設計計檢查查軌面面高程程、坡坡度及及方向向⑶基礎礎枕木基基礎：：當工作作井底無無水，，土質質堅實實，可挖土土槽埋埋設枕枕鐵或或枕木木。枕枕鐵或或枕木木長度度宜采采用2m～3m，宜比導軌軌外緣緣兩邊邊各長長出200mm～300mm，其埋埋設間間距可可根據據管重重、頂頂力和和土質質選取取400mm～800mm。枕鐵鐵宜用用型鋼鋼制成成，并并附有有固定定導軌軌的特特制螺螺栓，，枕鐵鐵應直直順、、平整整；采采用枕枕木時時，截面不不小于于150mm×150mm。卵石木木枕基基礎：：當有地下下水但但滲水水量不不大,地基為為細粒粒的粉粉砂土土,為了防防止安安裝導導軌時時擾動動地基基土,可鋪一一層10厘米厚厚的卵卵石或或級配配砂石石,增加承承載能能力。。簡單單實用用，造造價比比混凝凝土低低。混凝土土木枕枕基礎礎：當工作作井底有有水、、土質質松軟軟、管管徑較較大時，應應澆筑筑水泥泥混凝凝土基基礎，，將枕枕鐵或或枕木木埋設設于混混凝土土中、、宜結結合管管道基基礎設設計，，確定定混凝凝土面面的高高程及及寬度度，水水泥混混凝土土基礎礎的寬度宜宜比管管徑大大400mm，厚度可可采用用200mm～300mm，混凝凝土的的標號號可為為C15或C20。混凝土土基礎礎頂面面應低低于枕枕鐵或或枕木木面10mm～20mm。5.后背安安裝—后座墻墻和后后靠背背后座墻墻是把把主頂頂油缸缸推力力的反反力傳傳遞到到工作作坑后后部土土體中中去的的墻體體，是是主推推千斤斤頂的的支承承結構構。在沉井井工作作坑中中，后后座墻墻一般般就是是工作作井的的后方方井壁壁。在鋼板板樁工工作坑坑中，，可以以在工工作坑坑內的的后方方與鋼鋼板樁樁之間間撓筑筑一座座與工作作坑寬寬度相相等的的、厚厚度為為0.5~1.0m的、其其下部部最好好能插插入到到工作作井底底板以以下0.5～1.0m的鋼筋筋混凝凝土墻墻，目的的是使使推力力的反反力能能比較較均勻勻地作作用到到土體體中去去。后靠背背是靠靠主頂頂千斤斤頂尾尾部的的厚鐵板板或鋼鋼結構構件，其厚厚度在在300mm左右。。鋼后后靠的的作用用是盡盡量把把主頂頂千斤斤頂的的反力力分散散開來來，防防止將將混凝凝土后后座壓壓壞。。（1）核算算后背背受力力寬度度和高高度，，應根根據需需要的的總頂頂力，，使其不大大于土土壤的的總被被動土土壓力力。后背背土壤壤的總總被動動土壓壓力可可按下下式計計算；；問題：：側土土壓力力的種種類和和大小小單位寬寬度后背墻墻的情情況（2）后背背墻的的安裝裝應符符合下下列要要求；；應有足足夠的的剛度和和強度度；壁面應應平整整且與管道道頂進進方向向垂直直；底端應應在工工作坑坑底以以下，，不小小于50㎝㎝；壁面應應于后后背土土體緊緊貼，，孔隙隙部分分應用用砂石石料填填塞密密實；；根據后后背施施工設設計安安裝后背，，緊貼貼土體體的后后背材材料，如型型鋼、、預制制后背背、方方木等等應橫放放，在其前前面放放置立立鐵，，立鐵鐵前放放置橫橫鐵。組成成后背背墻各各構件件應固固定；；結構簡簡單、、拆裝裝方便便、穩穩定可可靠、、就地地取材材。6.設備安安裝（（附屬屬設備備,頂進設設備安安裝））⑴工作作平臺臺和工工作棚棚安裝裝P112應在頂頂管工工作坑坑開挖挖或支支護完完成后后進行行。工作平平臺承承重主主梁應應根據據靜載載、動動載及及其他他附加加荷載載計算算選用用．主梁兩端端伸出工工作坑壁壁不得小小于1.2m。平臺口的的長度和寬寬度各大大于管節節長度0.8m。根據起吊吊設備能能力及吊吊重核算起重重架；工作井上上的平臺臺孔口必必須安裝裝安全護欄欄、防汛汛墻和防防雨設施施。井內應設設置便于于上、下下的安全通道道。⑵頂進設設備安裝裝①頂力計計算②頂鐵安安裝頂鐵按照照放置位位置和用用途的不不同，分分為橫頂鐵，，順（直直）頂鐵鐵、立頂頂鐵和環環形頂鐵鐵環形頂鐵鐵：置于于于管道端面面，厚度為為300———500mm，其作用用是將頂力均均勻分布布于管道道端面，以免被被頂壞。。直頂鐵：：放置與與環形頂鐵鐵與橫頂頂鐵之間間，用于調節節千斤頂頂與頂進進管節之之間的間間距，因此，，其長度度根據千千斤頂的的行程和和管節的的長度確確定，兩兩個端面面要求平平整且平平行，否否則頂進進時容易易外彈；；包括U行頂鐵和和馬蹄形形頂鐵橫頂鐵：：放置在在千斤頂和和直頂鐵鐵之間，，將千斤斤頂的頂頂力傳遞遞給兩側側的的直直頂鐵上上立頂鐵：：放置于千千斤頂的的后坐上上，使后后坐力均均勻而分分散地傳傳遞給后后座墻。。U形頂鐵開開口是向向上的，，便于管管道內出出土。馬馬蹄形頂頂鐵的開開口方向向與弧形形頂鐵相相反，是是倒扣在在基坑導導軌上的的。（a）環形頂頂鐵（b）U形頂鐵（c）馬蹄形頂鐵鐵頂鐵安裝應符符合下列要求求：應有足夠的剛度，無歪斜扭曲曲現象;頂鐵放置在管管道兩側，且且頂鐵中心線線應與管道中中心線平行、、對稱直順；頂鐵與導軌軌和頂鐵之間間的接觸面不不得有泥土、、油污。更換頂鐵時，，應先使用長度大大的頂鐵，以減少頂鐵鐵連接數量；；頂鐵的允許連接長度度，應根據頂鐵的的截面尺寸確確定。當采用頂鐵截截面為200mm××300mm時，使用的長長度不得大于于1.5m，且應在中間間加橫向頂鐵鐵相連。頂鐵與管口之之間應采用緩緩沖材料襯墊墊。在頂力作用用下，管節承承壓面應力接接近其設計頂頂鎬壓力強度度時，必須采采用措施減少少管節承壓面面應力。③主頂裝置安安裝主頂裝置由主頂油缸、主主頂油泵和操操縱臺及油管管等四部分構成成。供給主頂頂千斤頂以壓壓力油的是主主頂油泵；油油泵和千斤頂頂之間用高壓壓軟管連接。。安裝注意事項項千斤頂在工作作坑的布置方方式與采用個個數有關P114液壓油缸的油路應并聯，保證各千斤斤頂活塞行程程一致千斤頂的著力中心宜位位于管子總高高的l／4左右處，且不不小于組裝后后背高度的l／3。多臺液壓油缸缸宜配置千斤頂架，使其布置對對稱。使用一臺液壓壓油缸時，其其中心應與管道道中心的垂線線對稱，使用用多臺液壓油油缸時，各液液壓油缸中心心線應與管道道中心垂線對對稱。⑶配套設備止水圈頂管機操作臺送水、排泥泵皮帶輸送機出土車7.管道頂進頂進程序︰挖土—運土—頂進—測量—糾偏⑴挖土挖土方式：人工開挖\機械開挖\擠壓土開挖\水力掘進人工開挖挖土土要求：①挖土深度一般般等于千斤頂頂出鎬長度，土質好，可可超前0.5米（注意不能能太多）②挖土高度保持持管壁和土壁壁平行，不得得超挖。密實土質，上上方可有大于于等于1.5厘米空隙，下下方135度中心角范圍圍內不得超挖挖。（防止管管端下沉）人工開挖手掘式頂管機機頂管機：將挖掘機等挖挖土機械和工工具管，皮帶帶運輸機，泥泥漿運輸機等等運土機械，，操縱臺，儀儀表，動力裝裝置等集成的整體設設備手掘式頂管機機主要由切土土刃角、糾偏偏裝置、接口口等組成。所用的工具管管有一段式和和兩段式。一一段式工具管管與混凝土管管之間的結合合不太可靠，，常會產生滲滲漏現象；發發生偏斜時糾糾偏效果不好好；因此，現現多用兩段式式，前后兩段段之間安裝有有糾偏油缸，，后殼體與后后面的正常管管節連接在一一起。頂管配套設備備出土車機械開挖設備備機械開挖：在在被頂進管道道前安裝機械械鉆進挖土設設備，配上皮皮帶運土機傘式挖掘機結構：工具管管、切削機構構（刀盤、刀刀齒）、驅動動機構（減速速裝置、主軸軸）、動力設設施（電機、、油泵）、裝裝載機構（鏟鏟斗、皮運機機）及校正機機構適用：800mm以上，黏土、、粉質黏土、、砂質粉土和和沙土，不適適合弱土層和和含水土層。。螺旋掘進機結構：鉆頭、、螺旋輸送器器、液壓機構構、道軌機架架、土斗適用：200—300mm，松散砂土、、淤泥土、軟軟黏土等，短短距離頂進（（20——30m）機械手挖掘機機結構：工具管管、刀盤、減減速箱、電機機適用：黏性土土泥水平衡式頂頂管機泥水平衡頂管管機是指采用用機械切削泥土土、利用泥漿漿壓力來平衡衡地下水壓力力和土壓力、、采用水力輸輸送棄土的整體設備泥水平衡式工工具管主要由由刀盤裝置、糾糾偏裝置、泥泥水裝置（密密封艙）、進進排泥裝置等組成。在前前、后殼體之之間有糾偏千千斤頂，在掘掘進機上下部部安裝進、排排泥管。優點：適用的土質范范圍較廣，尤其適用于于施工難度極極大的含水層層及粉砂質土土層中；可保保持挖掘面的的穩定，對周周圍土層的影影響小，地面面變形小；可連續出土，，施工進度快快。缺點：施工場地大，，設備費用高高，需在地面設設置泥水處理理、輸送裝置置；機械設備復雜，且各系統間間相互連鎖，，一旦某一系系統故障，必必須全面停止止施工。水力沖土法水力沖土：機頭設切土網網格，切入土體后，，再用高壓水槍沖沖散擠入網格的泥泥土，泥漿由吸泥設設備，直接壓送至地地面貯泥池。頂管配套設備備送水、排泥泵泵泥漿沉淀池⑵運土：管內內水平運輸和和工作坑垂直直提升管內水平運輸輸：人工，卷卷揚機牽引或或皮帶運輸機機垂直提升：卷卷揚機，龍門門吊或其它機機械⑶頂進操作步驟：P116注意事項：P117⑷長距離頂管管技術和設備備長距離管道的的主要困難：：頂進坑內主主千斤頂的推推頂力有限，，不足以克服服管道長距離離頂進時遇到到的總阻力。。解決措施：增增加主千斤頂頂的頂力、減少管道周邊邊與地層的摩摩擦力、中途途設置輔助千千斤頂（中繼環）、、減小頂管承承受的正面阻阻力等。中繼環中繼環（又稱稱中繼間、中中間站）即在在管道頂進的的中途設置輔助助千斤頂，靠輔助千斤斤頂提供的動動力繼續頂進進管段，延長長頂管的頂進進長度，滿足足敷設長距離離管道的需要要。中繼環是一個個由鋼材制成成的圓環，內壁上設置有有一定數量的的短行程千斤斤頂，產生的推頂頂力可用于推推進中繼環前前方的管道。。中繼環推進過過程應先啟用最前前面的中繼環環，將其前方的的管道連同工工具管一起向向前頂進，后后面的中繼環環和主千斤頂頂保持不動，，直至達到該中中繼環的一個個頂程為止接著后面的中中繼環開始推推頂作業，將兩個中繼繼環之間的管管道向前推進進。與此同時時，前面的一個中中繼環的千斤斤頂排放油壓壓，活塞桿縮縮進套筒。可見，這時時被推進的只只是該中繼環環和前面一個個中繼環之間間的管段。在頂進作業中中，主千斤頂在每每個循環中都都最后推進。借助中繼環環的逐級接力力過程，可將將頂管的頂推推距離延長，，以適應長距距離頂管施工工的需要。注漿減阻措施施在管壁與坑道道之間注入泥泥漿，形成泥泥漿套，可減減少它們之間間的摩擦阻力力，一次頂進進長度可增加加2—3倍⑸測量測量方法：水準儀法；垂垂球法；激光光經緯儀法（P122，自學）頂進長度在50cm范圍內，可采采用垂球拉線線或水準儀的的方法，距離離大于50cm，采用激光經經緯儀測量⑹頂管校正偏差的原因：：工具管迎面阻阻力分布不均均、管壁周圍圍摩擦力不均均、千斤頂頂頂力偏離中心心校正原則：勤頂、勤挖、、勤測、勤糾糾校正方法：挖土校正、斜斜撐校正、工工具管校正、、襯墊校正糾偏：先糾正正高低偏差，，后糾正左右右偏差（7）管節接口頂管用的鋼筋筋混凝土管節節的管口形式式是凸口式，，其接口的處處理分兩個階階段進行。在一節管子頂頂進以后，另另一節管子下下到工作坑里里時，將兩節節管子的管口口對齊，并在在凸緣處填塞塞一圈浸過瀝瀝青的麻辮；；管內壁的接接口處用金屬屬內脹圈將管管子撐緊，使使頂管過程中中管子接口處處不致產生錯錯口。對接面的處理理管節全部頂進進后，拆除內內脹圈，再在在接口處填水水泥砂漿并與與管內壁抹平平，接口就完完成。為加強管節接接口，常在管管口外側安裝裝外套環，再再安放橡膠圈圈，增加防滲滲效果。對接縫的處理理管節接口管節接口對接面有緩沖沖材料對接縫有密封封材料頂管法的關鍵鍵技術方向控制：與設計軸線線一致；導軌軌的安裝、測測量與糾偏頂力大小及頂頂進方式：管尾頂進方方式，頂進距距離受到限制制，一般采采用中繼環接接力；承壓壁后靠結結構管道的頂