给水排水工程施工室外地下管道不开槽施工.ppt

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,*,给水排水工程施工,中国建筑工业出版社,目录,第七章 室外地下管道不开槽施工,第一节 概述,第二节 掘进顶管法,第三节 挤压土顶管,第四节 管道牵引不开槽铺设,第五节 盾构法施工,第七章 室外地下管道不开槽施工 第一节 概述,穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物铺管，或在城市道路下铺管，常常采用不开槽施工。不开槽敷设的室外地下管道的形状和材料，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沟。,不开槽施工与开槽施工比较，管道不开槽施工的土方开挖和回填工作量减少很多，不必拆除地面障碍物，一般也不必拆除浅埋地下障碍物，施工占地面积减少很多；不会影响地面交通；穿越河底铺管时既不影响正常通航，也不需要修建,围堰或进行水下作业，能消除冬季和雨季对开槽施工的影响，也不会因管道埋没较深而增加开挖土方量；工程立体交叉施工时，不会影响上部工程施工；管道不必设置基础和管座；可减少对管道沿线的环境污染等。为此，室外地下管道不开槽施工得到广泛应用。,不开槽施工一般适用于非岩性土层。在岩石层、含水层施工、或遇地下障碍物，都需要有相应的附加措施。因此，施工前应详细勘察施工地段的水文地质和地下障碍物等情况。,管道不开槽施工方法很多，主要可分为以下几类。,(1)人工、机械或水力掘进顶管；,(2)不出土的挤压土层顶管；,(3)盾构掘进衬砌成型管道或管廓等。,采用何种方法，要根据管子的材料和各项尺寸、土层性质、管线长度及其其他因素，如穿越障碍物性质及占地范围等选择。,第二节 掘进顶管法,掘进项管的工作过程如图7-1所示。先开挖工作坑，再按照设计管线的位置和坡度，在工作坑底修筑基础、设置导轨，把管子安放在导轨上项进。项进前，在管前端开挖坑道，然后用千斤顶将管子顶入。一节管顶完，再连接一节管子继续顶进。千斤顶支承于后背，后背支承于原土后座墙或人工后座墙上。除直管外，顶管也可用于弯管的施工。,为了便于管内操作和安放施工设备，管子直径，采用人工掘进时，一般不应小于900mm；采用螺旋水平钻进，一般在3001000mm。,一、人工掘进顶管,(一)工作坑及其布置,工作坑亦称竖井，其位置根据地形、管线设计、地面障碍物情况等因素决定。排水管道顶进的工作坑通常设在检查井位置上。,1.工作坑种类和尺寸,管道只向一个方向顶进的工作坑称单向坑。向一个方向顶进而又不会因顶力增大而导致管端压裂或后背破坏所能达到的最大长度，称为一次顶进长度。单向坑最大顶进距离为一次项进长度。一次项进长度因管材、项进土质、后背和后座墙种类及其强度，顶进技术、管子埋没深度不同而异。为了增加从一个工作坑顶进的管道有效长度，可以采用双向坑。根据不同功能，其他工作坑还有：转向坑、多向坑、交汇坑、接收坑,含水弱土层通常采用混凝土基础。基础尺寸根据地基承载力、施工荷载、操作要求而定。基础宽不少于管外径，长度至少为1.21.3单节管长。基础一般厚度为1525cm，C10混凝土，卵石垫层厚约10cm。,为了安放导轨，应在混凝土基础内预埋方木轨枕。方木轨枕分横铺与纵铺两种。,密实地基土可采用木筏基础，由方木铺成，如图7-8所示。平面尺寸与混凝土基础相同，分密铺和疏诵两种。疏铺木筏基础的方木净距约为40cm。,在粉砂地基并有少量地下水时，为了防止扰动地基，可铺设厚为1020cm的卵石或级配砂石，在其上安装轨枕，铺设导轨。,3.导轨,导轨的作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶入土中，保证管子在将要项入土中前的位置正确。,导轨用轻轨(图7-9)、重轨、型钢或滚轮做成。根据管径和管重选择导轨，也可采用方木，还必需作抹角处理，因施工不便，目前现已很少使用。,两导轨间净距A可由下式求得：,(7-1),导轨中距A0(见图7-10)的计算公式如下：,(7-2),式中 D管子内直径(m)；,t管壁厚(m)；,h钢导轨高度(m)；,C管外壁与基础面的间隙约为13cm。,导轨高程按管线坡度铺设。导轨用道钉固定于木筏基础的轨枕上，或固定于混凝土基础,内预埋的轨枕上。在每条导轨选68点，测每点高程，检查安装质量。还可采用按轮式导轨(图7-11)。这种导轨的优点是可以调节两导轨的中距，而且减少导轨对管子的摩擦。,施工时，导轨可能产生各种质量事故。如从工作坑一侧开挖坡道下管时，管子从侧面撞导轨，使之向管中心位移，垂直下管，管子撞击导轨，使之向两测位移；导轨可能因基础下沉而下沉；基础纵向开裂，其中一半下沉，使两个导轨面高程不一致等。这些事故都需采用相应措施予以补救。,4.后座墙与后背,(1)形式和构造,后座墙与后背是千斤项的支承结构，经常采用原土后座墙。这种后墙造价经济，修建方便。枯土、粉质粘土均可做原土后座墙。根据施工经验管顶埋深24m浅覆土原土后座墙的长度一般需47m、选择工作坑位置时，应考虑有无原土后座墙可以利用。,无法建立原土后座墙时，可修建人工后座堵。人工后座堵的种类很多，图7-12所示为其中的一种。,后背的作用是减少对后座墙的单位面积的压力，图7-13所示为后背的构造，其中钢板桩后背适用于弱土层。,在工作坑双向项进时，已顶进的管段作为未项进管段的后背。双向项进时，就不必设后背和后座墙。,转向顶进比工作坑后背布置如图7-14所示。,(2)后背的计算,应该保证后背在顶力或后座墙土压力作用下不会破坏，不发生不允许的均匀压缩变形及不均匀的压缩变形。,后背和后座墙在顶力作用下产生压缩，压缩方向与项力作用方向一致。停止顶进，顶力消失，压缩变形也随之消失。这种弹性变形现象称后座现象。由于后座墙土体和后背材料的弹性性质、后背各部件之间和后背与后座够之间存在安装孔隙，顶力作用时，首先是安装孔隙“消失”，随即是土体和材料的弹性压缩。位移量0.52cm的,轻微后座现象是正常的。大位移量会使千斤顶的有效顶程减少，而且后座墙的大量位移会导致被动土压力出现。,减少大位移量后座现象的有效措施之一就是保证后背各部件之间接触紧密、后背与后座墙之间的孔隙灌砂捣实。,为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。须根据承受荷载顶力大小而设计。,计算分3类情况：第一类是浅覆土后背，后座土质的稳定性较好，可利用后座墙土体的抗变强度，则采用简单的后背构造，第二类是深覆土,后背，可利用后座墙土体的抗变强度，但应采用板桩后背承受后座土压力；第三类是借土与基础间的摩擦力，支承千斤顶的顶力如图7-15所示。,浅覆土后背按挡土墙受力，有3种状态：,第一种状态，是后背修建完毕尚未顶进，此时后背受后座墙土体的主动土压力，如图7-15(a)所示。,作用于后背挡土墙的主动土压力，砂土为：,(7-3),式中 Ea主动土压力(KN/m)；,土的重力密度(kN/m3)：,H土体高度(m)；,B后背宽度(m)；,土的自然摩擦角(度)。,粘土为：,(7-4),式中 c粘性土的粘聚力(kN/m,2,)；,其他符号同式(7-3)。,如果后座土体的稳定性并未导致土体的正位移，后背就没受挡土墙土压力。,第二种状态，是后座墙土体产生主动土压力滑移，如图7-15(b)所示，并导致坑底ef段负(压缩)位移，发生对后背的被动土压力Ep。由于ef段一般为0.5m，被动土压力的发主可能性是存在的。,第三种状态：是后座墙和后背受顶力作用，产生负位移。当负位移达到一定值时，产主土体对后背的被动土压力Ep，如图7-15(c)所示。,作用于后背挡土墙的被动土压力Ep,砂土为；,(7-5),式中各符号含义与式(7-3)相同。,粘土为；,(7-6),式中各符号含义与式(7-4)相同。,产生被动土压力的条件取决于负位移量与后座墙高度的比值，而且这个比值对各种土是不同的。图7-16所示为内摩擦角,35,，密度为,17.6kN/m3的砂土后座对后背挡土墙的土压力系数。,在施工中，后座不可能达到被动土压力由此发生的位移值，实际作用于后背的土压力都要小于被动土压力。一般采用土抗力系数K。反映这种关系。因比，后背所受的土压力值，砂土为：,(7-7),式中 Kr土抗力系数。,其他符号同式(7-3)。,浅覆土项管一般采用支撑或板桩加固工作坑壁。这种情况下，显著改善了后背的受力条件，从而可以采用较小的土抗力系数值。后背土抗力计算一般还处于实验与经验阶段，各国有不同的受力假定，使用不同的计算方法和算式。,由于影响因素很多，以及这些因素对土压力值的定量影响不易确定，后背强度和刚度计算的精确结果难于取得，目前施工所采用的大多为经验估算的方法。,5.工作坑的垂直运输,地面与工作坑底之间的土方、管子和顶管没备等的垂直运输方法很多，一般可采用单轨电动吊车三脚架一卷扬机等。由,于三脚架起重设备不能作水平运输，采用这种方法还需搭地面操作平台。,6.工作平台,直槽形工作坑一般需在坑口地面搭设工作平台。工作平台的结构与尺寸取决于管子情况若用槽钢横梁支承的工作平台，其中平台口尺寸应保证管子的下放。,7.顶进口处理,管子入土处的坑壁应不支设支撑，土质较差时，为了防止管顶处土方塌落，可设混凝土护管装置。采用触变泥浆顶管时，防止泥浆从管外壁和坑道壁之间向工作坑泄漏，应安置顶进口装置，使钢环上的橡胶垫阻止泥浆的外溢。,工作坑布置时，还应解决电源、坑内排水、地面排水、防雨、地面运输、堆料场、地面临时工作场、照明、扶梯和工人工地生活设施等问题。,(二)顶力计算及顶进设备,1.顶力计算,顶管施工时，千斤顶的顶力克服管壁与土壁之间的摩擦力和首节管端面土的抗剪强度,而把管,子顶向前进。千斤顶工作顶力W应为：,W=K(W,1,+W,2,)=K2P,v,(1+K,a,)+P,0,fDL+W,2,(7-8),式中 W,1,管外壁与土之间的摩擦力；,W,2,管端切土阻力，,f土与管壁的摩擦系数；,K安全系数(取1.11.2)；,K,a,主动土压力系数；,P,v,垂直压力；,P,0,管子每米长的重量；,L顶进长度。,W,l,取决于对管子的土压力大小和摩擦系数f值。管子所受的压力如图7-17所示，其中P,l,为管顶的垂直土压力，P,2,为地面荷载所产生的土压力的压力，P,1,为Pl的地基反力作用于管子，P,2,为地面荷载的地基反力，P,3,为管重的地基反力，P,4,为侧土压力。,作用于管子的土压力有下列几种情况：,(1)土压力按土柱作用于管子，单位面积的垂直土压力值为；,P,v,=,H (KN/m,2,)(7-9),则单位管长的垂直土压力值为，,P1=DH (KN/m)(7-10),式中 D管外径(m)；,土的重度(kN/m3)，,H管项覆土深度(m)。,P2按管项穿越的构筑物和轮压确定的土压力。而 PvP,1,+P,2,P,1,+P,2,；,P3等于管子的重量，按每米管长计算。,P4按主动土压力计算，即,P4=(P1+P2)tg2(45,-/2,)=P,v,K,a,(7-11),式中 K,a,主动土压力系数；,土的内摩擦角。,(2)当土质密实，土的坚实系数f,KP,0.8，覆土深度H2.5B时(图7-18)，管顶土压力并不按土柱重量作用，而按土卸拱线下的土重近似地计算。,卸荷拱高度h1为：,h,1,=B/2f,KP,(m),(7-12),式中 B卸荷拱宽度(m)。,(7-13),作用在管上方的压力即为卸荷拱所包围的土体积重量，按近以矩形计算，则单位宽度的压力为：,(7-13),则 (7-14),式中 D管外径(m)，,土的重度(L/m,3,)；,土内摩擦角；,h,l,卸荷拱高度(m)。,土压力按卸菏拱计算时，P2等于0，而,(7-15),(3)如果由于土质密实而在管顶或管两侧的坑道壁与管壁间留有孔隙，则管项土压力等于0。管侧土压力根据坑道与管子接触的中心包角(图7-19)大小确定。当,为90,时，侧压力也接近为0。因此，管子可能在较长时期内不受管上方土压力的作用。这种情况，顶力仅需克服由管自重引起的管与土间的摩擦力。,但是，由于重力和各种荷载的作用，管顶土经过一定时间后会坍塌，并堵塞孔隙。如果管顶土的密实度和管道的埋置深度符合卸荷拱的形成条件，卸荷拱线下的土方就会坍落。经过更长的时间，管上全部土都会坍落。,在有些情况下，要计算附加荷载引起的垂直土压力。例如土的附加应力。例如穿越有车行的铁轨，高填方、管子浅覆土时的地面建筑荷载等，都应考虑土中附加压力所引起的项进摩擦阻力。已经形成卸荷拱时，地面荷载就不必考虑。,侧向土压力按主动土压力计算。引起侧向土压力的有土的自重应力和附加应力。,管前端顶进阻力W,2,，取决于很多因素，如管壁的厚度、管前段与土的接触情况、土质、误差的种类等等，一般根据经验确定。,由于土质变化，坑道开挖形状不规则、土含水量变化、管壁粗糙程度不一、项进技术水平参差、顶进中间停歇等各种原因，顶力不易事先精确计算。图7-20所示为粉质粘土中顶进两条直径900mm钢筋混凝土管实际顶力与顶道长度的两种关系曲线。,2.顶进设备,顶进设备种类很多，目前大多采用液压千斤顶顶管，如图7-21所示为包括千斤顶在内的油压回路。电动机使油泵工作，把工作油加压到工作压力，由管路输送，经分配器、控制阀进入千斤顶。电能经油泵转换为机械能，千斤项又把压力能转换为机械能，对负载作功顶入管子。机械能输出后，工作油以一个大气压状态回到油箱。,顶管的千斤顶一般可分：用于顶进管子的顶进千斤顶，用于校正管子位置的校正千斤顶，用于中继间顶管的中继千斤顶。顶进千斤顶一般采用的顶力为200400t。油压系统的工作油应具有,的技术特性；适宜的粘度；较高的化学稳定性，良好的润滑性；不燃或难燃性；低压缩性；良好的防锈性；不会导致油压系数中密封材料膨胀、硬化或熔解等。项管施工中经常采用的是变压器油。顶程有0.5、1.0、1.5、3.0m等种。,顶进千斤顶按其作用不同可分为单作用千斤顶和双作用千斤顶，按其构造又可分为活塞式和柱塞式。施工中常用的为单扦千斤项，又称双作用于斤顶。液压千斤顶按活塞休行程伸出的数目，又可分为单行程、双行程和多行程千斤顶。为了减少缸体长度而又要增加行程长度，可采用多行程千斤顶。应采用长行程千斤顶以减少搬放顶铁等工作时间，减少液压系统启动、效率渐增、回油等时间，减少后座现象的频数提高顶管速度。,千斤顶在工作坑内的布置方式分单列、并列和环周列，图722所示。当要求的顶力较大时，可采用数个千斤顶并列顶进，但是，如果由于某种原因致使各千斤顶出程速度不同等将使管于偏斜或实际总顶力减少。,采用顶铁(图7-23)传递顶力。顶铁由各种型钢拼接制成。根据安放位置和传力作用不同，可分顺铁、横铁、立铁、弧铁和团铁。顺铁是千斤顶的顶程小于单节管子长度时，在顶进过程中陆续安放在千斤顶与管子之间传递顶力的。当千斤项的行程等于或大于一节管子长度时，就可不用顺铁。弧铁和圆铁是宽度为管壁厚的全圆形项铁，包括半圆形的各种弧度的弧形顶铁以及全,圆形顶铁。此外，还可做成各种结构形式的传力顶铁。顶铁应按受力条件作强度和刚度的设计计算。,千斤顶顶力的合力位置应该和顶进抗力的位置在同一轴线上，避免产生顶进力偶，使管子不发生位置误差。顶进抗力即为土壁与管壁摩擦阻力和管前端的切土阻力。当上半部管壁与坑壁间有孔隙时，根据施工经验千斤顶在管端面的着力点应在管子垂直直径的1/41/5处(图7-24)。这是因为，管子水平直径以下部分管壁与土壁摩擦，摩擦阻力的合力大致位于管子垂直直径的1/41/5处。当管子全局与土接触摩擦时，可使用4个、6个，甚至更多个，千斤顶按管于环周列对称布置,见图7-22(c)所示。,(三)前方人工挖土和运土,工作坑布置完毕，开始挖土和顶进。管内挖土分人工和机械两种。密实土层内坑壁与管上方可有12cm间隙，以减少顶进阻力。孔隙范围愈大，即管壁与坑道壁接触所形成的管中心包角愈小，顶进阻力愈小，但管子偏移随意性增大。如果不允许构筑物地基沉降，管壁与坑壁间就不应留孔隙，而且最好是少许切土顶进。,人工每次掘进深度，一般等于千斤顶的顶程。土质较好，挖土技术水平较好，每次挖深在0.50.6甚至在1m左右；开挖纵深过大，坑道开挖形状就不易控制，并易引起管子位置偏差。因此,长顶程千斤顶用于管前方人工挖土情况下，全顶程可分若干次顶进。地面有震动荷载时，要严格限制每次开挖纵深。,土质松散或有流砂时，为了保证安全和便于施工，在管前端安装管檐，如图7-25所示。施工时，先将管檐顶入土中，工人在檐下挖土。,管檐的长度可用下式计算：,l,=D/tg,(7-17),式中,l,管檐长度；,D管外径；,土的自然倾斜角。,除管檐外，还可采用工具管(图7-26)装在顶进管段的最前端。施工时把工具管先顶土中，工人在工具管内挖土。,产生顶管施工位置误差的原因很多，主要是由于坑道开挖形状不正确，使管子循已开挖的坑道前进而引起的。因此，必须注意保证开挖断面形状的正确。,前方挖出的土，应及时运出管端避免管端因堆土过多而下沉，并改善工作环境。可用卷扬机牵引或电动、内燃的运土小车在管内进行有有轨或无轨运土两种，也可用皮带运输机运土。土运到工作坑后，由起重设备用运到工作坑外。,二、机械掘进,管端人工挖土劳动强度大，效率低，劳动环境恶；较小直径管子工人无法进入挖土。管端机械挖土可以避免上述缺点。,机械掘进与人工掘进的工作坑布置一般相同，不同处主要是管端挖土与运土的方法。,机械挖土一般分切削掘进一输送带连续运土或车辆往复循环运运土，切削掘进一螺旋输送器运土；水力掘进一泥浆输送等。,(一)切削掘进,切削掘进有工作面呈平锥形的切削轮偏心径向切削、工作面呈锥形的偏心纵铀向切削。,偏心径向切削,主要由切削轮，刀齿组成。切削轮用于支承或安装切削臂，固定于主轮并由主轮旋转而转动。切削轮分盘式和刀架式两种，盘式切削轮的盘面上安装切削臂，也可直接安装刀齿而进行全断面同时切削。刀架式是在切削轮上安装悬臂式切削臂。刀齿架做成任意锥角的锥形。大直径管子，锥角较大，锥形平缓。在松散土层掘进时，切削头可安装在工具管内。,偏心水平钻机切削机构的旋转轴线与管子轴线同向。,刮刀、刀齿架或切削圆盘切下的土自由落下，然后由刮土环的隔板提起落在皮带运输机上。,偏心水平钻机有两种安装方法：一种是安装在钢筒内的整体工具式；另一种是装配式，施工前安装在顶进的第一节管子内。采用工具管的优点是钻机构造较简单、现场安装方便，但是它只适用于一种管径，而且顶进过程中遇到障碍，只能开槽将其取出。,图7-27为直径1050mm的整体刀架掘进式偏心水平钻机。,偏心水平钻机用于粘土、粉质粘土和砂土中钻进。在弱土层中顶进时，由于设备重量较大，常因引起管端下沉导致顶进位置误差。在含水土层内，土方不易自刀齿架卸下，而且，工作条件恶化。在这种情况，经常采用工作面封闭的水力,顶进，见后叙述。,(二)水平钻进法,螺旋掘进机一般用于小直径钢管顶进。管子按设计方向和坡度要放在导向架上，管前由旋转切削式钻头切土，并由螺旋输送器运土切削钻头与输送器安装在管内，并由电动机带动工作。电动机等动力和传动装置也安装在导向架上，可随着掘进面向前移动。管子、钻头和螺旋输送器借千斤顶顶进。随着掘进距离的延长，可继续接长螺旋输送器。一般情况下，管节和螺旋输送器段节长度相等。,这种施工方法安装方便，但是顶进过程小可能产生较大的下沉误差。由于钻扦与螺旋叶片的分量，当钻头切削片安装方向不准时，也会产生较大的水平或垂直误差。而且，误差产生后不易纠正。因此，这种方法适用于短距离顶进，一般最大顶进长度在7080m。,600mm以下的小口径钢管顶进方法有很多种。如真空振动法顶进。这种方法适用于直径为200300mm管子在松散土层。如松散砂土、砂粘土、淤泥土、软粘土等土层内掘进。,这种方法项距一般为2030m。,(三)纵向切削挖掘,图7-28所示的纵向切削挖掘设备。掘进机构为球形框架或刀架，刀架上安装刀臂，切齿装于刀臂上。切削旋转的轴线垂直于管子中心线，刀架纵向掘进，切削面呈半球状。由于纵向掘进，混凝土产生横向掘进力矩而使工具管转动。同时，由于刀架高速旋转而使切下的土借离心力向工具管右抛掷，便于运输出管外，这种掘进装置的电动机装于工具管顶部，使工作面操作空间增大。该设备构造简单易于制作，拆装、维修方便，便于调向，挖掘效率高，适用于粉质粘土和粘土。,(四)项管盾构法,在坚硬或密实土层内顶管，或大直径管道顶进时，管前端阻力很大。为了不减少工作坑，千斤顶的顶进长度，可采用盾构顶管法施工。这种方法的特点是前方切土由一特制的顶管盾构来完成工作坑千斤顶只是管壁与坑壁间的摩阻力，将顶管盾构后的管子顶入盾尾。顶管厉构法与一船盾构法的区别是盾构衬砌环内不是安装砌块，而是项入管子。顶管盾构的构造与一般人工掘进盾构相同。,(五)水力掘进,水力掘进是利用高压水枪射流将切入工作管管口的土冲碎，水和土混合成泥浆状态输送出工作坑。,在高地下水头的弱土层、流砂层或穿越水下(河底、海底)饱和土层，可采用水力掘进顶管，见图7-29所示。,水力掘进工具的前段为冲泥舱。为了防止流砂或淤泥涌入管内，冲泥舱是密封的。在刃脚处安装网格，网孔的面积取决于土的性质。在吸泥口处再安装格栅，防止粗颗粒进入泥浆输送管道。水冲射方向可由人工控制，泥浆由于水射器的作用，进入吸口并压至泥浆输送管道，在有充足工作水水源和泄泥场条件下，这种掘进方法使饱和弱土层内顶管过程大为简化。,掘进方向由较正环控制。在校正环内安装校正千斤顶和校正铰。冲泥舱和校正铰之间由于校正铰的铰接而可做相对转动，开动相应的校正千斤顶可使冲泥舱作上下、左右转动，调整掘进方向。,工具管的后段是气闸室。为了在冲泥舱内检修、清理故障等，工人由小密门进入冲泥舱。此时，应维持工作面稳定和防止地下水涌入，保证操作工人安全。为此，需要提高工具管内的气压。气压系统包括设在工作坑地面的空压机和输气管道。气闸室是工人进出高压区时升压和降压之用。,在冲泥舱、校正环和后段气闸室之间应有可靠的密封。通常采用橡胶止水带密封，橡胶圆条填塞于密封槽内，如图7-30所示。,当工作坑附近没有方便的工作水水源和泥浆排放稀释水系时，应对泥浆进行脱水处理，泥浆脱水处理可分一次分离和二次分离两种。,在高地下水头及饱和弱土层内水力掘进，铺设的管材采用钢管和永久性焊接口。钢管应作防腐层。,水力掘进工作坑布置如图7-31所示。,工作坑地面布置如图7-32所示。,钢管在地面进行防腐处理与预接口，将短管节焊接，然后由门架起重机吊入工作坑内。在坑内与已顶入土中管子焊接连接。千斤顶呈环圆布置，后背为混凝土墙，与工作坑壁连接。工作水经泵房加压由进水管输入，泥浆由出泥管经水射器作用输送到地面。触变泥浆在泥浆房拌制，经泥浆泵加压，由泥浆管输送到管前端注浆口和中途泥浆槽。中途泥浆槽为中途补浆的贮浆槽，气压顶进的压缩空气由空压机房供给，经进气管输入。为了提供良好的工作条件，管内空调的进风管和回风管也铺设进出管道。各种管路系统郡应采用可拆卸接口，以便在管道项进延长时将各种,管相应延长。激光经纬仅固定安装在专门的机架上。,混凝土沉井工作坑浇灌时，应在混凝士墙上留设洞口，作为始顶时工具管的入口。用钢板将预留洞口临时封闭，以便工作坑内安装、调试工作进行。始顶时，将钢板切割取出。采用这种方法，钢板只能从工作坑内取出，不易保证施工安全。还有采用条木封口(图7-33)方法，在工作坑前方钻孔的目的是提供条木顶散的条件。当工具管向前顶进，数块条木落入钻孔内时，整个封口就瓦解散卸。落人钻孔内的条木由泥浆吊桶取出，而大部分条木由冲泥舱取出。,直径50500mm管道也可采用水射顶管。水泵加压的高压工作水经喷嘴喷出，冲成泥浆，由管道流至集水坑。,此外，在工作坑壁应做止水装置，防止触变泥浆或流砂渗入工作坑内。在管线的另一端，也应开挖工作坑，用以取出工具管。,三、管子的临时连接,一节管子顶完，再将另一节管子下入工作坑。继续顶进前，应将两节管子连接好，以提高管段的整体性和减少误差。,顶进时的管子连接，分永久性和临时性两种。钢管采用永久性的焊接。顶进过程中管子永久性连接，导致管子的整体顶进长度越长，管子位置偏移随意性就愈小；但是一旦产生顶进,位置误差积累，校正较困难。因此，整体焊接钢管的始顶阶段，应在始顶时随时进行测量，避免积累误差。,钢筋混凝土管通常采用钢板卷圆的整体型内套环临时连接，在水平直径以上的套环与管壁间楔人木楔如图7-34所示。这种内套环的优点是重量轻，安装方便但刚性较差。为了提高刚性，可用肋板加固。两管间设置柔性材科(油麻、油毡)，以防止管端压裂。由于临时连接口的非密封性，因而不能用于未降水的高地下水水头的含水层内顶进，顶进工作全部完成后，拆除内套环，再进行永久性内接口。,四、中继间顶进、泥浆套顶进和蜡覆顶进,顶端施工的一次顶进长度取决于顶力大小，管材强度，后座墙强度，顶进操作技术水平等。通常情况下，一次顶进长度最大达60100m。当顶进距离超过一次顶进长度时，可以采用中继间顶进，对向项进，泥浆套顶进，蜡覆顶进等方法，提高在一个工作坑内的项进长度，减少工作坑数目。,(一)中继间顶进,来用中继间施工比当工作坑达一次顶进长度时，安设中继间。中继间为种可前移的顶进装置。外径与顶进管的外径相同，中继间千斤顶在管全周上等距或对称非等距布置。中继间之前的,管子用中继间千斤顶顶进，而工作坑内千斤顶(顶镐)将中继间及其后的管子顶进。中继间施工并不提高千斤顶一次顶进长度，只是减少工作坑数目，安装一个中继间，可增加一个一次顶进长度。安装多个中继间可用于一个工作坑长距离顶管。图7-35所示为一种中继间。施工结束后，拆除中继千斤顶而中继间钢外套环留在坑道内。在含水土层内，中继间与前后管之间的连接应有良好的密封。另一类型中继间如图7-36。施工结束比拆除中继间千斤顶和中继间接力环。后中继间将前段管顶进，弥补前中继间千斤顶拆除后所留下的间隙。采用中继间的主要缺点是顶进速度降低。通常情况下，每安装一个中继间，实际延长,米顶进速度降慢一倍。但是，当安装多个中继间比间隔的中继间可以同时工作，以提高顶进速度。,(二)泥浆套顶进,在管壁与坑壁间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壁之间摩擦阻力，一次顶进长度可较非泥浆套顶进增加23倍。长距离顶管时，经常采用中继间一泥浆套顶进。,触变泥浆的触变性在于，泥浆在输送和灌注过程中具有流动性、可泵性和承载力，经过一定静置时间，泥浆固结，产生强度。,触变泥浆的主要成分是膨润土。膨润土是颗粒粒径小于2,m主要矿物成分是SiAlSi(硅铝硅)的微晶高岭土。矿物成分的组成和性能指标因产地不同而不同。膨润土的相对密度为2.52.95，密度为8.311.3kN/m,3,。用于触变泥浆的膨润土的膨胀倍数应大于6。膨润倍数愈大，其造浆率就愈高。还应具有稳定的胶质价，不致因重力作用而颗粒沉淀，保证泥浆的稠度。曾经用于顶管施工的两种膨润土的物理指标，如表7-1所列。,触变泥浆的相对密度应为1.131.17，粘度6080s，静切力1525mg/cm,2,，胶体率不低于98%,泥浆的失水量一般不应超过50mL/h，泥皮厚度为25mm，pH值8.5。触变泥浆的配合比应由试配确定，曾经采用过的重量配合比为：,膨润土：水：碱A：B：C23：77：0.03A,膨润土内掺入工业碱是为了提高泥浆的稠度。泥浆稠度应根据土的渗透系数和孔隙率确定，还应具有良好的可泵性。此外，为了提高粘土颗粒的分散性，防止颗粒相互吸附凝聚，可掺入经甲基纤维素。为了提高泥浆的泵送性，降低泥浆粘度和静切力，可掺入占膨润土重量12%的腐植酸盐，如硝基腐植酸钠、腐酸铵等。铁铬木质素硫酸盐也可降低泥浆的粘度和静切力。在不允许发生沉降的地面，顶管时，应采用自凝泥浆。在自凝泥浆中，为了在顶进完毕后使泥浆固结，掺入氢氧化钙(固化剂)；并掺入松香酸钠(塑化剂)以提高流动性，为了施工时保持流动性，可,掺入工业萄糖(缓凝剂)。这些成分的掺人量都应根据实验确定。,触变泥浆由泥浆搅拌机拌制，储于泥浆槽内；由泵加压，经输泥管输送到前工具管的泥浆封闭环，经由封闭环上开设的注浆孔注入到坑壁与管壁间孔隙，形成泥浆套，如图7-37所示。工具管应有良好的密封，防止泥浆从土具管前端漏出(图7-38)。注入压力根据地下水位而定，常用0.080.1MPa。,在管子顶入土内的工作坑壁修建后封闭，防止泥浆从工作坑壁漏出。图7-39是橡胶止水带的后封闭，在工作坑壁修建混凝土墙，预埋焊接有螺栓的钢管，止水胶带由螺母固紧。,项进距离过长，泥浆压力下降，则应在适当部位补浆。泥浆从补浆罐，经泵加压从留设在管壁的补浆孔压入泥浆套(图7-40)。一般在离灌浆罐1520m处设第一个补浆孔，随后补浆孔间距为306u0m。为了防止压力泥浆破坏坑壁，应在管子的泥浆流注孔外侧设套环。,管子在泥浆套内处于悬浮顶进，一般情况下，混凝土管所受浮力为管自重的1.48倍，钢管所受浮力为管自重的3.8倍。由于悬浮顶进，不但减少了顶进的摩擦阻力，而且改善了管道在顶进时的约束条件，使管道的施工应力减小。泥浆的厚度为1520mm。管四周的泥浆套厚度应均匀。当管道发生位置偏侈时，会使管四周泥浆厚度不均,甚至“消失”泥浆。因此，适当增加泥浆套的厚度是必要的。,(三)蜡覆顶进,管子表面覆蜡，在某些地段内施工，曾减少了20%的顶力。蜡覆是用喷灯在管表面熔蜡覆盖。蜡覆既减少顶进摩擦力，又提高管表面平整度。但是，当熔蜡散布不均匀时，会导致新的“粗糙”。,还有一种润滑剂为沥青混合料。材料配比为：30号石油沥青：石墨：汽油l：2：3或1：2：4(体积比)。配制时，先把沥青加热至熔化，加入汽油稀，然后加入石墨搅拌成稠糊状。顶管时，涂于管外壁表面。,此外，为了减少工作坑数目，可同时采用对向顶和双向顶。对向顶是在相邻的两个工作坑内对向顶进，管子在坑道内吻合。双向顶是在一个工作坑内同时或先后向相对两个方向顶进。,五、管道测量和误差校正,掘进顶管敷设的管道，通常情况下，重力流管道的中心水平允许娱差为30mm，高程误差为+10mm和-20mm。误差超过允许值，就要校正管子位置。,产生顶管误差的原因很多，大部分是由于坑道开挖形状不正确引起的。开挖时不注意、坑道形状质量、坑道一次挖进深度较大、在砂砾石层开路都会导致开挖形状不正确。工作面土质不均，管子向软土一侧偏斜。千斤顶安装位置不,正确导致管子受偏心顶力、并列的两个千斤顶的出程速度不一致、管子两侧顺铁长度不等、后背倾斜，均会导致水平误差。在弱土层或流砂层内顶进管端很易下陷，机械掘进的机头重量也会使管头下陷；管前端堆土过多使管端下陷；顶力作用点不在管壁与坑壁摩擦力合力同一轴线，产生顶进力偶，均会产生高程误差。,由于顶进时管子间已有连接，误差是逐渐积累和逐渐校正的，形成误差和消除误差的长度为一弯折段。顶管施工中的误差校正是指将已偏斜的顶进方向校正到正确的方向。管道弯折还将作为永久误差而留存。随后顶进的管子都经越这一弯折区时，导致对所有经越的管口连接产生误差应力。因此，应该在误差很小时就进行校正。,随时注意使第一节管子位置正确，就可能保证全段位置正确。项管测量是在施工过程中对第一节管子进行测量。,顶管测量分中心水平测量和高程测量两种。,中心水平误差用经纬仪测量或垂线检查。垂线检查是在工作坑相对两壁的两个中心钉连线，用垂球下引，然后再引中心线进入管内。在最前端放一水准中线尺。引进管内的中心线交于此中心线尺，就可测出中心水平误差值(图7-41)。,高程误差是用水准仪在工作坑内测量。根据工作坑内水准点标高，测出前端管的实际高程见图7-42所示。,上述方法测量并不准确，由于观察所需时间较长，影响工作进度，测量是定时间隔进行比容易造成误差积累。,激光测量可避免这些缺点。激光经纬仪照射到管前端的指示牌，见图7-43所示，即可测量误差值。这种方法可兼作中心和高程测量。,中心水平误差校正，最常采用挖土方法纠正即管子偏向一侧，则该侧少挖些土，另一侧多挖些土，顶进时管子就偏向空隙大的一测而使误差校正。为了强制管子向正确方向偏移，有时还可支设斜撑。见图7-44所示。,下陷的管段可用如图7-45所示方法校正。,管子发生错口时，可采用图7-46所示方法校正。,如果需要消除永久性高程误差，可采用如图7-47所示方法，先在管道的弯折段和正常段之间用千斤顶顶离2030cm距离，并用硬木撑住。前段用一般方法把首节管校正到正确位置，后段管子经越前段弯新处时，采用多挖土或卵石填高的方法把管节调整到正确位置后再顶进。,人工校正误差的方法很多，应根据坑道土质、误差种类和误差大小，采用相应的校正方法。误差值很小时，校正是容易的。积累误差很大，校正便增加了困难。,除了人工校正以外，还可采用校正环全断面千斤顶校正。这种方法是在首节工具管之后安装校正环，在校正环内上下、左右安装4个校正千斤顶。当发现首节工具管位置误差时，开动相应的千斤顶即可按正。,六、扫进顶管的内接口,管子顶进完毕，将临时连接拆除，进行内接口。内接口应有一定强度和水密性，并且保证管底流水面的平整度。接口方法根据管口形状而定。,图7-48所示为平口钢筋混凝土管油麻石棉水泥内接口。施工时，在内涨圈连接前把麻辫填入,两管之间。顶进完毕，拆除内涨圈，在管口缝隙处填打石棉水泥或填塞膨胀水泥砂浆。这种内接口防渗性较好。,企口管的接口如图7-49所示。图7-49(a)为油麻石棉水泥或膨胀水泥接口，管壁外侧油毡为缓压层。图7-49(b)内接口的外半圈采用聚氯乙烯胶泥接口。聚氯乙烯胶泥按重量由煤焦油；聚氯乙烯树脂；邻苯二甲酸二丁脂；硬脂酸钙：滑石粉100：15：15：1：15配合，加热浇注成带条状，填塞在两管外半圈管口之间，填塞前在管口表面涂刷煤焦油：二甲苯1：45的冷底子油。顶力将聚氯乙烯胶泥带条挤压紧密。顶完后，在管口内半圈的接缝处填塞硫铝酸盐微膨胀水泥砂浆。这种接口具有抗渗性。,这些接口的优点是：管底面平齐、水流通畅、管内不易产生滞留杂物、便于养护。,管子顶进完毕，工作坑内各种机具拆除后，装在小车上，用钢丝绳借卷扬机拉到工作坑内并运到地面。,第三节 挤压土顶管,挤压土项管分两种：不出土挤压顶管和出土挤压顶管。,一、不出土挤压顶管,顶管用于小直径管子不出土顶管。这种方法是利用千斤顶、卷扬帆等设备将管子直接顶进土层内，管周围土被挤密。顶力取决于管径、原土的孔隙率、含水量。在低压缩性土层中，如管道埋没较浅，地面可能隆起。在一般土层中，采用这种方法的最大管径和最小埋深如表7-2所示。这种方法适用于钢管和水煤气管，也可用于铸铁管。在潮湿粘土、砂土土层中顶进阻力较小，干,砂阻力较大。,顶进时，管子最前端安装管尖如图7-50(a)所示。管尖的长细比一船为1：0.3。采用偏心管尖可以减少土与管壁的摩擦力。也可在管前端安装开口管帽，管予开始顶进时，土顶人管帽，形成土塞，如图7-50(b)所示。当土塞长度为管径的57倍时，就可以阻止土继续进入。,顶进的工作坑平面布置如图7-51所示。工作尾坑长度由单节管长决定。液压千斤顶安装在机架上，由后背支承。管子由夹持器固定于千斤项活塞上。,夹持器如图7-52所示。由瓦楞筒与三辫瓦楞铁组成，管子夹在瓦楞铁中间。这种夹持器的特点尾千斤顶出程时，瓦楞铁也向前而挤紧管壁，夹住管子顶入土中，回程时，瓦楞铁的螺栓沿滑槽向后滑，瓦楞铁与管壁松脱，不会将已顶进的管子带回。瓦楞筒和瓦楞铁的锥度一般为7,10,。,顶进过程中，两节管用螺纹或焊接连接，或用麻石棉水泥接口。,这种方法适用于直径100mm以下的管子，施工容易，机具简单。但缺点是顶进位置容易偏斜，遇有地下障碍物如石块等，无法再行顶进。由于管径较小，管段刚性较差，有时管子可能贴障碍物边滑过，产生较大的顶进误差，甚至无法在,穿过地面障碍物后的预定地点范围内找到。当管于偏移位置过大肘，可将管子拉出，另换地点顶进。,根据这种方法的特点，大直径管子在中密土层中就难以顶进，但在饱和淤泥层，例如河底淤积层、沼泽地段，大直径管子仍可顶进。,二、出土挤压顶管,这种方法适用于大直径管子在松散土层中不开槽敷设。挤压工具管如图7-53所示。,工具管切口直径大于割口直径，二者呈偏心布置。工具管切口中心与割口中心的间距,如图7-54所示。偏心距增大，使被挤压土柱与管底的间距增大，便于土柱装载。土由工具管切口挤压进入渐缩段而至割口。挤压土柱断面减少，密实度提高。挤压土柱达到一定长度后，系紧设在割口的钢丝绳，将挤压土柱割下，落入弧形运土,斗车，运至工作坑