給水排水工程施工不開(kāi)槽施工PPT課件

1、第2章 8.9 管道的不開(kāi)槽施工 一、概述 二、掘進(jìn)頂管 三、盾構(gòu)法 四、其他暗挖法 本章內(nèi)容 管道的不開(kāi)槽施工是指不開(kāi)挖地表的條件下完成管線的鋪設(shè)、更 換、修復(fù)、檢測(cè)和定位的工程施工技術(shù)。 不開(kāi)槽敷設(shè)的管道的形狀和材料，采用最多的是各種圓形預(yù)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(yù)制或現(xiàn)澆的鋼筋混凝土管溝。 地下管道不開(kāi)槽敷設(shè)管的方法很多，常用的有頂管法、盾構(gòu)法、 牽引法、夯管法等 一、概述 一、概述 不開(kāi)槽施工一般在下列情況時(shí)采用： (1)管道穿越鐵路、公路、河流或建筑物時(shí)； (2)街道狹窄，兩側(cè)建筑物多時(shí)； (3)在交通量大的市區(qū)街道施工，管道既不能改線又不能

2、斷絕交通時(shí)； (4)現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，與地面工程交叉作業(yè)，相互干擾，易發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)； (5)管道覆土較深，開(kāi)槽土方量大，并需要支撐時(shí)。 一、概述 不開(kāi)槽施工具有如下特點(diǎn)： (1)施工面占地面積少，施工面移人地下，不影響交通、污染環(huán)境； (2)穿越鐵路、公路、河流、建筑物等障礙物時(shí)可減少拆遷，節(jié)省資金 與時(shí)間，降低工程造價(jià)； (3)施工中不破壞現(xiàn)有的管線及構(gòu)筑物，不影響其正常使用； (4)大量減少土方的挖填量，利用管底下邊的天然土作地基，可節(jié)省管 道的全部混凝土基礎(chǔ)； (5)不開(kāi)槽施工較開(kāi)槽施工降低40左右的工程造價(jià)。 一、概述 不開(kāi)槽施工存在以下問(wèn)題： (1)土質(zhì)不良或管頂超挖過(guò)多時(shí)，竣工后地面下沉

3、，路表裂縫，需要采 用灌漿處理； (2)必須要有詳細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料，否則將出現(xiàn)不易克 服的困難； (3)遇到復(fù)雜的地質(zhì)情況時(shí)，如松散的砂礫層、地下水位以下的粉土， 施工困難、工程造價(jià)增高。 影響不開(kāi)槽施工的因素包括：地質(zhì)、管道埋深、管道種類(lèi)、管材及接 口、管徑大小、管節(jié)長(zhǎng)、施工環(huán)境、工期等，其中主要因素是地質(zhì)和 管節(jié)長(zhǎng)。 二、頂管法 l（一）基本程序 l（二）頂管施工工藝的選擇 l（三）頂力計(jì)算 l（四）工作坑 l（五）設(shè)備安裝 l（六）頂管施工的接口形式 l（七）頂進(jìn) l（八）測(cè)量與糾偏 l（九）頂管施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 1）在敷設(shè)管道前，管線的一端事先建造一個(gè)工作坑，在坑 內(nèi)的頂進(jìn)

4、軸線后布置后背墻、千斤頂、導(dǎo)軌等設(shè)施。 （一）基本操作程序 2）將敷設(shè)的首節(jié)管道放在千斤頂前面的導(dǎo)軌上，管道的最前端安裝 工具管，進(jìn)行管道高程和中心位置的調(diào)整。 3）以工具管開(kāi)路，進(jìn)入工具管的泥土被不斷挖掘排出管外。 4）完成開(kāi)挖過(guò)程后，開(kāi)啟千斤頂，被頂進(jìn)管道緩慢前進(jìn)，到達(dá)一定位 置后停止，再重復(fù)上述過(guò)程。 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖；頂進(jìn)方法的選用和頂管段單元長(zhǎng)度的確定； 工作坑位置的選擇及其結(jié)構(gòu)類(lèi)型的設(shè)計(jì)；頂管機(jī)頭選用及各類(lèi)設(shè)備 的規(guī)格、型號(hào)及數(shù)量；預(yù)力計(jì)算和后背設(shè)計(jì)；洞口的封門(mén)設(shè)計(jì)；測(cè) 量、糾偏的方法；垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸布置；下管、挖土、運(yùn)土或 泥水排除的方法；減阻措施；控制地面隆起、沉降措施；

5、地下水排 除方法；注漿加固措施；安全技術(shù)措施等。 （一）基本操作程序 頂管的施工組織應(yīng)包括以下主要內(nèi)容： 按照管前掘進(jìn)方式不同，頂管施工分為普通掘進(jìn)式 （人工掘進(jìn)）、擠壓式、機(jī)械式、半機(jī)械式、水力掘 進(jìn)式等。 （二）頂管施工工藝的選擇 按照前方防塌方式不同，分為機(jī)械平衡、土壓平衡、水 壓平衡、氣壓平衡等。 任何一種頂管施工方法，都有其局限性。因此，對(duì)具 體土層等條件，必須選擇與之相適應(yīng)的頂管施工工藝。 通常，根據(jù)頂進(jìn)管道的口徑大小，將其分為小口徑 （D800mm）、中口徑（800mmD1800mm）、大 口徑（D1800mm）； 從經(jīng)濟(jì)角度看，頂管的管徑上限是4000mm。 （二）頂管施工工藝

6、的選擇 頂管的總頂力分兩部分：正面阻力和四周的摩擦阻力 （三）頂力計(jì)算 頂力計(jì)算的通用公式 式中 P計(jì)算的總頂力，KN； 管道所處土層的重力密度，KN/m3； D1管道直徑，m； H管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m； 管道所處土層的內(nèi)摩擦角；w管道單位長(zhǎng)度的自重，KN/m； L管道的計(jì)算頂進(jìn)長(zhǎng)度，m； f頂進(jìn)時(shí)，管道表面與周?chē)翆又g的摩擦系數(shù)，取值可按表4-2選用； PF頂進(jìn)時(shí)，工具管的迎面阻力（KN），其取值，宜按不同頂進(jìn)方法由表4-3所列公式計(jì) 算。 F PLwDtgDHHDfP/)2/45()2(2 1 02 11 （三）頂力計(jì)算 頂管的頂力應(yīng)大于工具管的迎面阻力、管道周?chē)翂毫?duì)管道產(chǎn)

7、 生的阻力以及管道自重與周?chē)翆赢a(chǎn)生阻力之和。 F PLPP)(P 21 式中 P計(jì)算的總頂力，KN； P1頂進(jìn)時(shí)，管道單位長(zhǎng)度上周?chē)翂毫?duì)管道產(chǎn)生的阻力，KN； P2頂進(jìn)時(shí)，管道單位長(zhǎng)度的自重與其周?chē)翆又g產(chǎn)生的阻力，KN； PF頂進(jìn)時(shí)，工具管的迎面阻力（KN），其取值，宜按不同頂進(jìn)方法由表4-3所列公式計(jì) 算。 （三）頂力計(jì)算 頂力估算 經(jīng)驗(yàn)公式一 P=2D0Lf 式中，P頂力，KN；D0管子外徑，m；L管子頂進(jìn)長(zhǎng)度，m； f摩擦系數(shù) 黏土、天然含水量的砂土、人工挖土形成打拱頂管時(shí)，P=(1.53.0)W，其 中，W為待頂管段的全部重量，KN。 經(jīng)驗(yàn)公式二 含水量低的砂質(zhì)土、沙礫、回填

8、土、人工挖土不形成土拱頂管時(shí)， P=3.0W，其中，W為待頂管段的全部重量，KN。 （三）頂力計(jì)算 主要包括土層的穩(wěn)定性及覆蓋厚度，地下水的影響，管道的材料、 管道的重量，頂進(jìn)的方法和操作的熟練程度，頂力計(jì)算方法和選用， 計(jì)算頂進(jìn)長(zhǎng)度，減阻措施以及經(jīng)驗(yàn)等等 頂力影響因素 上述因素中，土層的穩(wěn)定性、覆蓋土層的厚度和頂力計(jì)算方法的選 用尤為突出，而且彼此具有密切的關(guān)系。 工作坑也稱(chēng)為豎井，是頂管施工起始點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)向點(diǎn)的臨 時(shí)措施，是掘進(jìn)頂管的工作場(chǎng)所。 （四）工作坑 工作坑中有：頂進(jìn)系統(tǒng)、導(dǎo)軌、后背及后座墻、密封門(mén)、排水坑等設(shè)備。 工作坑的布置：（其位置確定） (1)根據(jù)管線設(shè)計(jì)，排水管線可選

9、在檢查井下面； (2)單向頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)選在管道下游端，以利排水； (3)考慮地形和土質(zhì)情況，有無(wú)可利用的原土后背； (4)工作坑與被穿越的建筑物要有一安全距離； (5)距水、電源較近的地方。 （四）工作坑 工作坑的種類(lèi)及尺寸 根據(jù)工作坑頂進(jìn)方向，可分為單向坑、雙向坑、交匯坑和多向坑 等形式，如圖42所示。 工作坑尺寸是指工作坑底的平面尺寸。 工作坑的尺寸與管徑大小、管節(jié)長(zhǎng)度、覆蓋深度、頂進(jìn)形式、施工方法有關(guān)， 并受土的性質(zhì)、地下水等條件影響，還要考慮各種設(shè)備布置位置、操作空間、 工期長(zhǎng)短、垂直運(yùn)輸條件等多種因素。 （四）工作坑 工作坑的施工方法有開(kāi)槽式、沉井式及連續(xù)墻式等。 開(kāi)槽式工作坑 這種工

10、作坑的縱斷面形狀有直槽式、梯形槽式。 工作坑支撐采用板樁撐。工作坑支撐時(shí)首先應(yīng)考慮撐木以下到工作坑的空間， 此段最小高度應(yīng)為3.0m，以利操作。撐木要盡量選用松杉木，支撐節(jié)點(diǎn)的地 方應(yīng)加固以防錯(cuò)動(dòng)，發(fā)生危險(xiǎn)。 支撐式工作坑適用于任何土質(zhì)，與地下水位無(wú)關(guān)，且不受施工環(huán)境限制，但 深度太深操作不便，一般挖掘深度以不大于7m為宜。 （四）工作坑 工作坑的施工方法有開(kāi)槽式、沉井式及連續(xù)墻式等。 沉井式工作坑 在地下水位以下修建工作坑，可采用沉井法施工。 過(guò)程：沉井法即在鋼筋混凝土井筒內(nèi)挖土，井筒隨井筒內(nèi)挖土，靠自重或 加重使其下沉，直至沉至要求的深度，最后用鋼筋混凝土封底。 沉井式工作坑采用平面形狀有

11、單孔圓形沉井和單孔矩形沉井。 （四）工作坑 工作坑的施工方法有開(kāi)槽式、沉井式及連續(xù)墻式等。 連續(xù)墻式工作坑 連續(xù)墻式工作坑采取先深孔成槽，用泥漿護(hù)壁，然后放入鋼筋網(wǎng)，澆筑 混凝土?xí)r將泥漿擠出形成連續(xù)墻段，再在井內(nèi)挖土封底而形成工作坑。 與同樣條件下施工的沉井式工作坑相比，可節(jié)約一半的造價(jià)及全部的支 模材料，工期縮短。 （四）工作坑 工作坑的附屬設(shè)施附屬設(shè)施 工作坑的附屬設(shè)施主要有工作臺(tái)、工作頂進(jìn)口裝置等。 (1)工作臺(tái)位于工作坑頂部地面上，由U形鋼支架而成，上面鋪設(shè)方 木和木板。在承重平臺(tái)的中部有下管孔遭，蓋有活動(dòng)蓋板。下管后， 蓋好蓋板。管節(jié)堆放平臺(tái)上，卷?yè)P(yáng)機(jī)將管提起，然后推開(kāi)蓋板再向 下吊

12、放。 (2)工作棚 工作棚位于工作坑上面，目的是防風(fēng)雨、雪以利操作。 工作棚的覆蓋面積要大于工作坑平面尺寸。工作棚多采用支拆方便、 重復(fù)使用的裝配式工作棚。 (3)工作坑內(nèi)還要解決坑內(nèi)排水、照明、工作坑上下扶梯 等問(wèn)題。 頂進(jìn)設(shè)備主要包括： 千斤頂、高壓油泵、頂鐵、下管及運(yùn)出設(shè)備等。 （五）設(shè)備安裝 1、導(dǎo)軌 導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)管子按設(shè)計(jì)的中心線和坡度頂進(jìn)，保證管子在頂人土之前 位置正確。 導(dǎo)軌要求:應(yīng)選用鋼質(zhì)材料制作，兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，其縱坡應(yīng)與管 道設(shè)計(jì)坡度一致，安裝后的導(dǎo)軌應(yīng)牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，并應(yīng)經(jīng)常 檢查校核。 類(lèi)型：導(dǎo)軌有木導(dǎo)軌和鋼導(dǎo)軌。常用的是鋼導(dǎo)軌，鋼導(dǎo)軌又分輕軌

13、和重軌，管 徑大的采用重軌。 1、導(dǎo)軌 （五）設(shè)備安裝 一般的導(dǎo)軌都采取固定安裝，但有一種滾輪式的導(dǎo)軌(如圖48所 示)，具有兩導(dǎo)軌間距調(diào)節(jié)，以減少導(dǎo)軌對(duì)管子摩擦。這種滾輪式 導(dǎo)軌用于鋼筋混凝土管頂管和外設(shè)防腐層的鋼管頂管。 （五）設(shè)備安裝 1、導(dǎo)軌 導(dǎo)軌基礎(chǔ) (1)枕木基礎(chǔ)工作坑底土質(zhì)好、堅(jiān)硬、無(wú)地下水，可采用埋設(shè)枕木作為導(dǎo)軌 基礎(chǔ)，如圖49所示。枕木一般采用15cm15cm方木，方木長(zhǎng)度24m， 間距一般4080cm一根。 (2)卵石木枕基礎(chǔ) 適用于雖有地下水但滲透量不大，而地基土為細(xì)粒的粉 砂土，為了防止安裝導(dǎo)軌時(shí)擾動(dòng)基土，可鋪一層l0cm厚的卵石或級(jí)配砂石， 以增加其承載能力，并能保持

14、排水通暢。在枕木間填粗砂找平。這種基礎(chǔ) 形式簡(jiǎn)單實(shí)用，較混凝土基礎(chǔ)造價(jià)低，一般情況下可代替混凝土基礎(chǔ)。 (3)混凝土木枕基礎(chǔ) 適用于地下水位高，地基承載力又差的地方，在工作 坑澆筑20cm厚的C10混凝土，同時(shí)預(yù)埋方木作軌枕。這種基礎(chǔ)能承受較大的 荷載，工作面干燥無(wú)泥濘，但造價(jià)較高。 2、千斤頂與油泵 （五）設(shè)備安裝 千斤頂是掘進(jìn)頂管的主要設(shè)備，目前多采用液壓千斤頂。常用千 斤頂性能見(jiàn)表44。 千斤頂在工作坑內(nèi)的布置與采用個(gè)數(shù)有關(guān)，如圖414所示。 一臺(tái)千斤頂，其布置為單列式，應(yīng)使千斤頂中心與管中心的垂線對(duì)稱(chēng)。 使用多臺(tái)并列式時(shí)，其布置為雙列和環(huán)周列。頂力合作用點(diǎn)與管壁反作 用力作用點(diǎn)應(yīng)在同一

15、軸線上，防止產(chǎn)生頂進(jìn)力偶，造成頂進(jìn)偏差。根據(jù) 施工經(jīng)驗(yàn)，采用人工挖土，管上半部管壁與土壁有間隙時(shí)，千斤頂?shù)闹?力點(diǎn)作用在管子垂直直徑的1415處為宜。 2、千斤頂與油泵 （五）設(shè)備安裝 高壓油泵。由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵工作，一般選用額定壓力32MPa的柱塞泵， 經(jīng)分配器、控制閥進(jìn)入千斤頂，各千斤頂?shù)倪M(jìn)油管并聯(lián)在一起，保證各 千斤頂活塞的行程一致。 液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟恚焊鶕?jù)帕斯卡定律，在水力系統(tǒng)中的一個(gè)活塞 上施加一定的壓強(qiáng)，必將在另一個(gè)活塞上產(chǎn)生相同的壓強(qiáng)增量。如果 第二個(gè)活塞的面積是第一個(gè)活塞的面積的10倍，那么作用于第二個(gè)活 塞上的力將增大為第一個(gè)活塞的10倍，而兩個(gè)活塞上的壓強(qiáng)仍然相等。 3

16、、頂鐵 （五）設(shè)備安裝 頂鐵是傳遞頂力的設(shè)備，如圖415所示，要求它能承受頂進(jìn)壓 力而不變形，并且便于搬動(dòng)。 根據(jù)頂鐵放置位置的不同分為：橫頂鐵、順頂鐵和U形頂鐵三種。 1)橫向頂鐵它安在千斤頂與方頂鐵之間，將千斤頂?shù)捻斖屏鬟f給兩側(cè) 的方頂鐵上。使用時(shí)與頂力方向垂直，起梁的作用。 2）順頂鐵(縱向頂鐵) 放置在橫向頂鐵與被頂?shù)墓茏又g，使用時(shí)與頂力 方向平行，起柱的作用 3)U形頂鐵安放在管子端面，順頂鐵作用其上。其作用是使順頂鐵傳遞的頂力 較均勻地分布到被頂管端斷面上，以免管端局部頂力過(guò)大壓壞混凝土管端。 鋼管采用焊接接口。當(dāng)頂進(jìn)鋼管采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿和肋板保護(hù)層時(shí)， 焊接后應(yīng)補(bǔ)做焊口處外

17、防腐處理。 鋼筋混凝土管接口形式較多 （六）頂管施工的接口形式 掘進(jìn)頂管完畢，拆除臨時(shí)連接，進(jìn)行內(nèi)接口，接口形式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng) 條件，管道使用要求，管口形式等因素選擇。 管道頂進(jìn)的過(guò)程包括挖土、頂進(jìn)、運(yùn)土、測(cè)量、糾偏等工序。 從管節(jié)位于導(dǎo)軌上開(kāi)始頂進(jìn)起至完成這一頂管段止，始終控 制這些工序，就可保證管線的軸線和高程的施工質(zhì)量。 （七）頂進(jìn) 1 1前挖土和運(yùn)土前挖土和運(yùn)土 管子在頂進(jìn)中是循已挖好的土壁前進(jìn)，管前挖土是保證頂進(jìn)質(zhì)量及地上 構(gòu)筑物安全的關(guān)鍵，管前挖土的方向和開(kāi)挖形狀，直接影響頂進(jìn)管位的 準(zhǔn)確性，管前周?chē)趹?yīng)嚴(yán)格控制。 (1)挖土。 控制：對(duì)于密實(shí)上質(zhì)，管端上方可有大于等于15cm空隙，以

18、減少頂進(jìn) 阻力，管端下部135。中心角范圍內(nèi)不得超挖，保持管壁與土壁相平，也 可預(yù)留1cm厚土層，在管子頂進(jìn)過(guò)程中切去，這樣可防止管端下沉。在 不允許頂管上部土壤下沉地段頂進(jìn)時(shí)(如鐵路、重要建筑物等)，管周?chē)?一律不得超挖。如圖416所示。 （七）頂進(jìn) 1 1前挖土和運(yùn)土前挖土和運(yùn)土 控制：管前挖土深度，一般等于千斤頂出鎬長(zhǎng)度，如土質(zhì)較好，可超 前0.5m。超挖過(guò)大，土壁開(kāi)挖形狀就不易控制，容易引起管位偏差和 上方土坍塌。 在松軟土層中頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)采取管頂上部土壤加固或管前安設(shè)管檐或工 具管，如圖4-17所示。操作人員在其內(nèi)挖土，開(kāi)挖工具管迎面的土體 時(shí)，不論是砂類(lèi)土或黏性土，都應(yīng)自上而下分層開(kāi)

19、挖。有時(shí)為了方便 而先挖下層土，尤其是管道內(nèi)徑超過(guò)手工所及的高度時(shí)，先挖中下層 土很可能給操作人員帶來(lái)危險(xiǎn)。防止坍塌傷人。 (1)挖土。 （七）頂進(jìn) 1 1前挖土和運(yùn)土前挖土和運(yùn)土 包括：從工作面挖下來(lái)的土，通過(guò)管內(nèi)水平運(yùn)輸和工作坑的垂直提升 運(yùn)至地面；除保留一部分土方用作工作坑的回填外，其余都要運(yùn)走棄 掉。 裝置：管內(nèi)水平運(yùn)輸可用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引或電動(dòng)、內(nèi)燃的運(yùn)土，也可用皮 帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)土。土運(yùn)到工作坑后，由地面裝置的卷?yè)P(yáng)機(jī)、龍門(mén)吊或其 他垂直運(yùn)輸機(jī)械吊運(yùn)到工作坑外運(yùn)走。 (2)運(yùn)土 （七）頂進(jìn) 操作過(guò)程： (1)安裝好頂鐵擠牢，管前端已挖一定長(zhǎng)度后，啟動(dòng)油泵，千斤頂進(jìn)油，活塞伸出 一個(gè)工作行程，將

20、管子推向一定距離。 (2)停止油泵，打開(kāi)控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。 (3)添加頂鐵，重復(fù)上述操作，直至需要安裝下一節(jié)管子為止。 (4)卸下頂鐵，下管，在混凝士管接口處放一圈麻繩，以保證接口縫隙和受力均勻。 (5)在管內(nèi)口處安裝一個(gè)內(nèi)脹圈，作為臨時(shí)性加固措施，防止頂進(jìn)糾偏時(shí)錯(cuò)口，其 裝置如圖418所示。脹圈直徑小于管內(nèi)徑58cm，空隙用木楔背緊，脹圈用 78mm厚鋼板焊制、寬200300mm。 (6)重新裝好頂鐵，重復(fù)上述操作。 2頂進(jìn) （七）頂進(jìn) 頂進(jìn)時(shí)注意事項(xiàng)： (1)頂進(jìn)時(shí)應(yīng)遵照“先挖后頂，隨挖隨頂”的原則。應(yīng)連續(xù)作業(yè)，避免 中途停止，造成阻力增大，增加頂進(jìn)的困難。 (2)首節(jié)管子頂進(jìn)

21、的方向和高程，關(guān)系到整段頂進(jìn)質(zhì)量，應(yīng)勤測(cè)量、勤 檢查，及時(shí)校正偏差。 (3)安裝頂鐵應(yīng)平順無(wú)歪斜扭曲現(xiàn)象，每次收回活塞加放頂鐵時(shí)，應(yīng) 換用可能安放的最長(zhǎng)頂鐵，使連接的頂鐵數(shù)目為最少。 (4)頂進(jìn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管前土方坍塌、后背傾斜，偏差過(guò)大或油泵壓力 表指針驟增等情況，應(yīng)停止頂進(jìn)，查明原因，排除故障后，再繼續(xù)頂 進(jìn)。 2頂進(jìn) （七）頂進(jìn) 與前面的挖土運(yùn)土的關(guān)系：機(jī)械掘進(jìn)與人工掘進(jìn)的工作坑布置基 本相同，不同處主要是管端挖土與運(yùn)土。機(jī)械取土頂管是在被頂 進(jìn)管子前端安裝機(jī)械鉆進(jìn)的挖土設(shè)備，配上皮帶運(yùn)土，可代替人 工挖、運(yùn)土。 過(guò)程：當(dāng)管前土被切削形成一定的孔洞后，開(kāi)動(dòng)千斤頂，將管子 頂進(jìn)一段距離，機(jī)

22、械不斷切削，管子不斷頂入。 同樣，每頂進(jìn)一段距離，需要及時(shí)測(cè)量及糾偏。 3機(jī)械掘進(jìn) （七）頂進(jìn) 水力掘進(jìn)主要設(shè)備在首節(jié)混凝土管前端裝工具管，工具管內(nèi)包括封板、噴 射管、真空室、高壓水管、排泥系統(tǒng)等。其裝置如圖422所示。 工作原理：水力掘進(jìn)頂管依靠環(huán)形噴嘴射出的高壓水，將頂入管內(nèi)的土沖 散，利用中間噴射水槍將工具管內(nèi)下方的碎土沖成泥漿。經(jīng)過(guò)格網(wǎng)流入真 空室，依靠射流原理將泥漿輸送至地面儲(chǔ)泥場(chǎng)。 4水力掘進(jìn)頂管 （七）頂進(jìn) 控制：水力掘進(jìn)就控制土壤沖成的泥漿在工具管內(nèi)進(jìn)行，防止高壓 水沖擊管外，造成擾動(dòng)管外土層，影響頂進(jìn)的正常進(jìn)行或發(fā)生較大 偏差。所以頂人管內(nèi)土壤應(yīng)有一段長(zhǎng)度，俗稱(chēng)土塞。 水力掘

23、進(jìn)頂管法的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)效率高，其沖土、排泥連續(xù)進(jìn)行； 設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低；改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；水力掘進(jìn)便于 實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，邊頂進(jìn)，邊水沖，邊排泥。 缺點(diǎn)：需要耗用大量的水，頂進(jìn)時(shí)，方向不易控制，容易發(fā)生偏差； 而且需要有存泥漿場(chǎng)地 4水力掘進(jìn)頂管 （七）頂進(jìn) 擠壓土頂管使頂進(jìn)、挖土、裝土三個(gè)工序成一個(gè)整體，提高了勞動(dòng) 生產(chǎn)率，分為出土擠壓頂管和不出土頂管兩種。 (1)出土擠壓土頂管 主要設(shè)備包括帶有擠壓口的工具管、割土工具和運(yùn)土工具，工具管 如圖423所示。 過(guò)程：割土工具沿?cái)D壓口周?chē)贾贸梢蝗η矣娩摻z繩固定，每隔 200mm左右使用R形卡子。用卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割土柱；運(yùn)土 工

24、具是將切割的土柱運(yùn)至工作坑，再經(jīng)吊車(chē)吊出工作坑的斗車(chē)。 5擠壓土頂管 （七）頂進(jìn) (2)不出土頂管 實(shí)質(zhì)：不出土頂管是利用千斤頂將管子直接頂人土內(nèi)，管周?chē)耐帘?擠壓密實(shí)。 5擠壓土頂管 適用：不出土頂管的應(yīng)用取決于土質(zhì)，一般應(yīng)用在天然含水量的黏性土、粉 土。管材以鋼管為主、也可以用于鑄鐵管。管徑一般要小于300mm，管徑愈小 效果愈好。 不出土頂管的主要設(shè)備是擠密土層的管尖和擠壓切土的管帽，如圖4-24所示。 過(guò)程：管尖安裝在管子前端，頂進(jìn)時(shí)，土不能擠進(jìn)管內(nèi)。管帽安裝在管子前 端，頂進(jìn)時(shí)，管前端土擠入管帽內(nèi)，擠進(jìn)長(zhǎng)度為管徑的46倍時(shí)，土就不再 擠入管帽內(nèi)，而形成管內(nèi)土塞。再繼續(xù)頂進(jìn)，土沿管壁

25、擠入鄰近土的空隙內(nèi)， 使管壁周?chē)纬擅軐?shí)擠壓層、擠壓層和原狀層三種土層。 （七）頂進(jìn) 6長(zhǎng)距離頂進(jìn)技術(shù) 背景：由于一次頂進(jìn)長(zhǎng)度受頂力大小、管材強(qiáng)度、后背強(qiáng)度諸因素 的限制，一次頂進(jìn)長(zhǎng)度約在4050m，若再要增長(zhǎng)，可采用中繼間、 泥漿套頂進(jìn)等方法，提高一次頂進(jìn)長(zhǎng)度，可減少工作坑數(shù)目。 中繼間是在頂進(jìn)管段中間設(shè)置的接力頂進(jìn)工作間，此工作間內(nèi)安裝中繼千斤 頂，擔(dān)負(fù)中繼間之前的管段頂進(jìn)。中繼間千斤頂推進(jìn)前面管段后，主壓千斤 頂再推進(jìn)中繼間后面的管段。此種分段接力頂進(jìn)方法，稱(chēng)為中繼間頂進(jìn)。 中繼間的特點(diǎn)是減少頂力效果顯著，操作機(jī)動(dòng)，可按頂力大小自由選擇， 分段接力頂進(jìn)。但也存在設(shè)備較復(fù)雜、加工成本高、操

26、作不便、降低工效 的不足。 （七）頂進(jìn) 6長(zhǎng)距離頂管 在管壁與坑壁間注入觸變泥漿，形成泥漿套，可減少管壁與土壁 之間的摩擦阻力，一次頂進(jìn)長(zhǎng)度可較非泥漿套頂進(jìn)增加23倍。 長(zhǎng)距離頂管時(shí)，經(jīng)常采用中繼間泥漿套頂進(jìn)。 觸變泥漿的要求是泥漿在輸送和灌注過(guò)程中具有流動(dòng)性、可變性 和一定的承載力，經(jīng)過(guò)一定的固結(jié)時(shí)間，產(chǎn)生強(qiáng)度。 （八）測(cè)量與糾偏 1、測(cè)量 目的：頂管施工時(shí)，為了使管節(jié)按規(guī)定的方向前進(jìn)，在頂進(jìn)前要求按 設(shè)計(jì)的高程和方向精確地安裝導(dǎo)軌、修筑后背及布置頂鐵，這些工作要 通過(guò)測(cè)量來(lái)保證規(guī)定的精度。 測(cè)量要求：應(yīng)建立地面與地下測(cè)量控制系統(tǒng)，控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不易擾動(dòng)、 視線清楚、方便校核、利于保護(hù)處。 2

27、、糾偏（校正） 在管道頂進(jìn)的全部過(guò)程中應(yīng)控制工具管前進(jìn)的方向，并應(yīng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果 分析偏差產(chǎn)生的原因和發(fā)展趨勢(shì)，確定糾偏的措施。 要求：為了保證管道的施工質(zhì)量，必須及時(shí)糾偏，做到“勤頂、勤挖、 勤測(cè)、勤糾”。尤其是在開(kāi)始頂進(jìn)階段，更應(yīng)及時(shí)糾偏。 2、糾偏 （八）測(cè)量與糾偏 1)出現(xiàn)偏差的原因 管道在頂進(jìn)的過(guò)程中，由于工具管迎面阻力的分布不均，管 壁周?chē)Σ亮Σ痪颓Ы镯旐斄Φ奈⑿∑牡榷伎赡軐?dǎo)致工具管 前進(jìn)的方向偏移或旋轉(zhuǎn)。 2)校正方法 (A)挖土校正。采用在不同部位減挖土量的方法，以達(dá)到校正的目的。即管 子偏向一側(cè)，則該側(cè)少挖些土，另一側(cè)多挖些土，頂進(jìn)時(shí)管子就偏向空隙大 的一側(cè)而使誤差校正。

28、這種方法消除誤差的效果比較緩慢，適用于誤差值不 大于10mm的范圍，如圖435所示。 2、糾偏 （八）測(cè)量與糾偏 2)校正方法 (B)斜撐校正法。偏差較大時(shí)或采用挖土校正法無(wú)效時(shí)，可用圓木或方木， 一端支撐于管子偏向一側(cè)的內(nèi)管壁上，另一端支撐在墊有木板的管前土層上， 開(kāi)動(dòng)千斤頂，利用木撐產(chǎn)生的分力，使管子得到校正，斜撐校正如圖436 所示，下陷管段校正，如圖437所示，錯(cuò)口管的校正如圖438所示。 2、糾偏 （八）測(cè)量與糾偏 2)校正方法 (c)工具管校正。校正工具管是頂管施工的一項(xiàng)專(zhuān)用設(shè)備。根據(jù)不同管徑采 用不同直徑的校正工具管。校正工具管主要由工具管、刃腳、校正千斤頂、 后管等部分組成，如

29、圖439所示。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)首節(jié)工具管位置誤差時(shí)，啟動(dòng)各方向千斤頂?shù)纳炜s，調(diào)整工具管刃 腳的走向，從而達(dá)到校正的目的。 2、糾偏 （八）測(cè)量與糾偏 2)校正方法 (D)襯墊校正。對(duì)淤泥、流砂地段的管子，因其基礎(chǔ)承載力弱，常出現(xiàn)管子 低頭現(xiàn)象，這時(shí)在管底或管子的一側(cè)加木楔，使管道沿著正確的方向頂進(jìn)。 正確的方法是將木楔做成光面或包一層薄鋼板，稍有些斜坡，使之慢慢恢復(fù) 原狀。使管道由B方向A方前進(jìn)(A是正確方向)。如圖4-40所示。 頂進(jìn)管道的施工質(zhì)量應(yīng)符合下列規(guī)定： 1、管內(nèi)清潔，管節(jié)無(wú)破損； 2、允許偏差應(yīng)符合下表的規(guī)定； 3、有嚴(yán)密性要求的管道應(yīng)按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)； 4、鋼筋混凝土管道的接口應(yīng)填料

30、飽滿(mǎn)、密實(shí)，且與管節(jié)接口內(nèi)側(cè)表面 齊平，接口套環(huán)對(duì)正管縫，貼緊，不脫落； 5、頂管時(shí)地面沉降或隆起的允許量應(yīng)符合施工設(shè)計(jì)的規(guī)定。 （九）頂管施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 第2章8.9 管道的不開(kāi)槽施工 一、概述 二、掘進(jìn)頂管 三、盾構(gòu)法 四、其他暗挖法 本章內(nèi)容 盾構(gòu)施工盾構(gòu)施工：用帶防護(hù)罩的特制機(jī)械(即盾構(gòu))在破碎巖層或土 層中掘進(jìn)隧洞的施工方法?？赏瑫r(shí)有序進(jìn)行掘進(jìn)、出碴、拼裝 預(yù)制混凝土襯砌塊。 廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于鐵路隧道、地下鐵道、地下隧道、水下隧道、水 工隧洞、城市地下綜合管廓、地下給排水管溝的修建工程。 三、盾構(gòu)法施工 盾構(gòu)機(jī)組成：盾構(gòu)機(jī)主要有五部分，殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、排土系統(tǒng)及推土 系統(tǒng)、襯砌拼

31、裝系統(tǒng)和輔助注漿系統(tǒng)。盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、襯砌拼裝 系統(tǒng)為基本組成。 盾構(gòu)殼體，主要由3 3部分部分組成，按掘進(jìn)方向：前部為切削環(huán)、中部為支 承環(huán)，尾部為襯砌環(huán)，如圖所示。 盾構(gòu)的分類(lèi)及選用盾構(gòu)的分類(lèi)及選用 三、盾構(gòu)法施工 根據(jù)挖掘形式可分為手工挖掘盾構(gòu)、半機(jī)械化盾構(gòu)和機(jī)械化盾構(gòu)。 根據(jù)切削環(huán)與工作面的關(guān)系，可分開(kāi)放式或密閉式。 當(dāng)土質(zhì)為松散的粉砂、細(xì)砂，液化土常為了保持工作面穩(wěn)定，應(yīng) 采用密閉式盾構(gòu)。當(dāng)需要對(duì)工作面進(jìn)行支撐時(shí)，可采用如氣壓盾 構(gòu)或泥水壓力盾構(gòu)。 形狀：大多數(shù)盾構(gòu)的形狀為圓形，也有橢圓形、半圓形、馬蹄形 及箱形等其他形式。 三、盾構(gòu)法施工 盾構(gòu)機(jī)各部分作用：盾構(gòu)機(jī)各部分作用：

32、（1）開(kāi)挖系統(tǒng)：包括切削環(huán)部分、支撐環(huán)部分、盾尾部分 切削環(huán)部分位于盾構(gòu)體的最前端：其前端做成刃口，以減少切土?xí)r對(duì)地層 的擾動(dòng)；該部分也是容納作業(yè)人員和安裝挖掘機(jī)械的部位。 支撐環(huán)部分處于盾構(gòu)體的中間：承擔(dān)地層對(duì)盾構(gòu)的土壓力、千斤頂?shù)捻斄?以及刃口、盾尾、砌塊拼裝時(shí)的荷載。 盾尾部分：主要是掩護(hù)襯砌的拼裝，并且防止水、土及注漿材料從盾尾間 隙進(jìn)入盾構(gòu)。 （2）推進(jìn)系統(tǒng)：依靠千斤頂將盾構(gòu)向前移動(dòng)。 （3）襯砌拼裝系統(tǒng)：作為盾構(gòu)千斤頂?shù)暮蟊吵惺茼斄Γ┕r(shí)作為支撐 結(jié)構(gòu)，施工結(jié)束后作為永久性承載結(jié)構(gòu)。 三、盾構(gòu)法施工 工作原理：利用尾部已裝好的襯砌塊作為支點(diǎn)向前推進(jìn)，用刀盤(pán)切割 土體,同時(shí)排土和拼

33、裝后面的預(yù)制混凝土襯砌塊。 盾構(gòu)法施工的基本條件 1、線位上允許建造用于盾構(gòu)進(jìn)出洞和出碴進(jìn)料的工作井； 2、隧道要有足夠的埋深，覆土深度宜不小于6m； 3、相對(duì)均質(zhì)的地質(zhì)條件； 4、如果是單洞則要有足夠的線間距，洞與洞及洞與其它建（構(gòu)）筑物之 間所夾土（巖）體加固處理的最小厚度為水平方向1.0m，豎直方向1.5m； 5、從經(jīng)濟(jì)角度講，連續(xù)的施工長(zhǎng)度不小于300m。 三、盾構(gòu)法施工 盾構(gòu)法施工的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1、安全開(kāi)挖和襯砌，掘進(jìn)速度快； 2、盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)， 施工勞動(dòng)強(qiáng)度低。 3、不影響地面交通與設(shè)施，同時(shí)不影響地下管線等設(shè)施； 4、穿越河道時(shí)不影響航

34、運(yùn)，施工中不受季節(jié)、風(fēng)雨等氣候條件 影響，施工中沒(méi)有噪音和擾動(dòng)； 5、在松軟含水地層中修建埋深較大的長(zhǎng)隧道往往具有技術(shù)和經(jīng) 濟(jì)方面的優(yōu)越性。 三、盾構(gòu)法施工 盾構(gòu)法施工的優(yōu)缺點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 1、斷面尺寸多變的區(qū)段適應(yīng)能力差； 2、新型盾構(gòu)購(gòu)置費(fèi)昂貴，對(duì)施工區(qū)段短的工程不太經(jīng)濟(jì)。 盾構(gòu)法施工步驟 第一，在置放盾構(gòu)機(jī)的地方打一個(gè)垂直井，再用混泥土墻進(jìn)行加固； 第二，將盾構(gòu)機(jī)安裝到井底，并裝配相應(yīng)的千斤頂； 第三，用千斤頂之力驅(qū)動(dòng)井底部的盾構(gòu)機(jī)往水平方向前進(jìn)，形成隧道； 第四，將開(kāi)挖好的隧道邊墻用事先制作好的混泥土襯砌加固，地壓較高時(shí) 可以采用澆鑄的鋼制襯砌加固來(lái)代替混泥土襯砌。 盾構(gòu)外徑外徑D D可

35、由下式確定： D=d+2(h+x+t) 式中 d管端竣工內(nèi)徑； t盾構(gòu)的外殼厚度； h一次襯砌和二次襯砌的總厚度； x襯砌塊與盾完間的空隙量 襯砌塊與盾殼間的空隙量襯砌塊與盾殼間的空隙量x為： x=ML/D0 式中 L砌塊環(huán)上頂點(diǎn)能轉(zhuǎn)動(dòng)的最大水平距離； M襯砌環(huán)遮蓋部分的襯砌長(zhǎng)度；D0砌塊環(huán)外徑。 盾構(gòu)的尺寸確定 三、盾構(gòu)法施工 l盾構(gòu)全長(zhǎng)L為: l L=L1+L2+L3 l式中 L1切削環(huán)長(zhǎng)度；L2支承環(huán)長(zhǎng)度；L3襯砌環(huán)長(zhǎng)度 盾構(gòu)在頂進(jìn)時(shí)的阻力可根據(jù)盾構(gòu)的形式和構(gòu)造確定。頂進(jìn)阻力p可由下式 確定： p=p1+p2+p3+p4+p5 式中 p1盾構(gòu)外殼與土的摩擦力； p2盾構(gòu)內(nèi)壁與砌塊環(huán)的摩擦

36、力； p3盾構(gòu)切削環(huán)切入土層的切土阻力； p4盾構(gòu)自重產(chǎn)生的摩擦力； p5開(kāi)挖面支撐阻力或閉腔擠壓盾構(gòu)土層正面阻力。 盾構(gòu)千斤頂頂力計(jì)算盾構(gòu)千斤頂頂力計(jì)算 三、盾構(gòu)法施工 三、盾構(gòu)法施工 盾構(gòu)法施工注意 1.做好施工前的準(zhǔn)備工作：勘察、確定施工方案、測(cè)量定線、 襯塊預(yù)制、盾構(gòu)機(jī)械組裝、降低地下水位、土層加固及工作坑 開(kāi)挖 2.開(kāi)始工作坑及始頂工作坑要滿(mǎn)足工作要求 開(kāi)挖面支撐土壓力或密閉式擠壓盾構(gòu)土層正面土壓力P5可按下式計(jì)算： 開(kāi)挖支撐面上的主動(dòng)土壓力為： p5=EaD2/4 式中 Ea主動(dòng)土壓力。 閉腔擠壓盾構(gòu)的地層正面阻力為 p5=E平D2/4 式中 Ep被動(dòng)土壓力。 盾構(gòu)千斤頂?shù)目傢斄

37、為： P=Kp=(1.52)p 式中 K安全系數(shù)。 第四章 管道的不開(kāi)槽施工 一、概述 二、掘進(jìn)頂管 三、盾構(gòu)法 四、其他暗挖法 本章內(nèi)容 四、其他暗挖法 淺埋暗挖法、管道牽引、管棚法 淺埋暗挖法 發(fā)展背景發(fā)展背景：明挖法嚴(yán)重干擾交通，破壞環(huán)境，大量建筑物與管線的拆遷 已不可能。即使拆遷，昂貴的拆遷費(fèi)用也難以承受。盾構(gòu)法解決了這些 難題，但其靈活性差，特別是昂貴的盾構(gòu)機(jī)械，會(huì)大大提高工程造價(jià)。 淺埋暗挖法是一種在離地表很近的地下進(jìn)行各種類(lèi)型地下洞室暗挖施工 的方法。在明挖法、盾構(gòu)法不適應(yīng)的條件下，如北京長(zhǎng)安街下的地鐵修 建工程，淺埋暗挖法顯示了巨大的優(yōu)越性。 四、其他暗挖法 淺埋暗挖法、管道牽

38、引、管棚法 淺埋暗挖法 施工步驟施工步驟是：先將鋼管打入地層，然后注入水泥或化學(xué)漿液，使地層加 固；地層加固后，進(jìn)行短進(jìn)尺開(kāi)挖，一般每循環(huán)在0.5-1.0米左右；隨后 即作初期支護(hù)，施作防水層；最后，完成二次支護(hù)。 四、其他暗挖法 淺埋暗挖法、管道牽引、管棚法 管道牽引 牽引管牽引管就是一種可以穿越鐵路、公路的管道，一般在路基下裝設(shè)水泥套就是一種可以穿越鐵路、公路的管道，一般在路基下裝設(shè)水泥套 管或鋼套管，牽引管從套管中牽引過(guò)去，以保證管道和鐵路、公路的安管或鋼套管，牽引管從套管中牽引過(guò)去，以保證管道和鐵路、公路的安 全。牽引管的韌性好，粘接性非常好，可以保證管道工程的順利鋪設(shè)。全。牽引管的韌

39、性好，粘接性非常好，可以保證管道工程的順利鋪設(shè)。 四、其他暗挖法 淺埋暗挖法、管道牽引、管棚法 管道牽引 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)地表干擾小，具有較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果。主要包括水平定向鉆進(jìn)、 頂管、微型隧道、爆管、沖擊等技術(shù)方法。 應(yīng)用：目前被廣泛應(yīng)用于給水、排水、電力、通信、燃?xì)獾阮I(lǐng)域的新管道 建設(shè)和舊管道修復(fù)，也可以應(yīng)用于文物、古建筑的保護(hù)等方面。 過(guò)程：先在埋管前后修建兩座工作坑，在工作坑間用水平鉆鉆成略大于穿 過(guò)鋼絲繩直徑的通孔，在后方工作坑內(nèi)安管、挖土、出土等操作與普通頂 管法一樣，在前方工作坑內(nèi)安張拉千斤頂，通過(guò)張拉千斤頂牽引鋼絲繩拉 著管節(jié)前進(jìn)直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 四、其他暗挖法 淺埋暗挖法、管道牽引、管棚法 管棚法 管棚法或稱(chēng)傘拱法，是地下結(jié)構(gòu)工程淺埋暗挖時(shí)的超強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)。其實(shí)質(zhì) 是在擬開(kāi)挖的地下隧道或結(jié)構(gòu)工程的襯砌拱圈隱埋弧線上，預(yù)先鉆孔并安 設(shè)慣性力矩較大的厚壁鋼管，起臨時(shí)超前支護(hù)作用，防止土層坍塌和地表 下沉，以保證掘進(jìn)與后續(xù)支護(hù)工藝安全運(yùn)作。 發(fā)展：管棚法最早是作為隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道施工中穿 越破碎帶、松散帶、軟弱地層，涌水、涌砂層發(fā)揮了重要作用。由于預(yù)埋 超前管棚做頂板及側(cè)壁支撐為后續(xù)的隧道開(kāi)挖奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且施 工快、