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（Ф2m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⑴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⑵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⑶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。⑷工作井尺寸计算：底宽W＝D＋2B＋2bW——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0.07D——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0.3——0.6m，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⑴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⑵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⑶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150mm×150mm。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～20mm。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0.5~1.0m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）⑴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。⑵顶进设备安装①顶力计算②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300——500mm，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200mm×300mm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。③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。⑶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⑴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：①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）②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：200—300mm，松散砂土、淤泥土、软黏土等，短距离顶进（20——30m）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