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第6章地下给水排水管道不开槽施工6.1不开槽施工概述为了减少开槽施工可能造成的环境污染、影响交通、占用土地等矛盾，于是就有了不开槽施工的技术。管道不开槽施工的方法种类：掘进顶管方法挤压土顶管方法盾构掘进衬砌成型管道或管廊方法管道不开槽施工方法的适应范围交通要道（公路、铁路）下施工繁华街道下施工（或狭窄街道）穿越障碍物（建筑物等）施工过河管道施工管道埋深大、开挖量大时各种不方便开挖地段的施工管道不开槽施工方法的主要特点减少大量挖方和运方不影响交通和现状运行设施施工不受雨天影响降低工程造价（地质条件好）安全性相对好需要特殊的工具施工进度相对慢受地质条件的一些限制（必须勘探）6.2掘进顶管施工6.2.1概述掘进顶管施工的原理：在管线上的工作坑中，先按照设计高程和走向开挖洞口，然后采用特殊的顶进工具将需要安装的管道跟进，每掘进一段洞口就顶进一段管子，直至最后将施工管道全部铺设完毕。6.2.2人工掘进人工掘进顶管就是依靠人工开挖、出土，然后用千斤顶将管子跟进的施工方法。劳动强度大，效率较低。人工掘进顶管需要的条件包括：工作坑、液压顶进设备、挖土工具、出土设备、测量设备、校正工具、照明及通风设备等。6.2.3工作坑工作坑是顶管的现场设施，在整个顶管过程中，承担着下管、出土、排水、顶管、测绘、校正等任务，最终可用作建设检查井。1）工作坑种类：单向坑、双向坑、多向坑、转向坑、交汇坑等。2）工作坑位置选择1）尽量选择在管线上的附属构筑物位置（闸门井、检查井等）；2）地质条件较好，原状土密度较大，可用作后背的天然条件；3）单向顶进的工作坑，最好设在管线的下游方向。3）工作坑尺寸设计工作坑的规格大小（坑长、坑宽）主要取决于：后背的构造、顶铁（横、顺）长度、千斤顶的长度、管节长度、管径大小、支撑构造、导轨高度、基础及垫层厚度等。L=a+b+c+d+e+2f+g(m)W=D+2B+2b(m)W=D+(2.5~3)(m)4）工作坑的施工方法开槽式：采用直接开挖方式建造工作坑，并用板桩进行支撑。沉井式：采用沉井施工技术建造工作坑，根据水文地质情况决定是否封底。连续墙式：首先采用钻孔成槽，然后放入钢丝网，在浇筑混凝土形成连续墙。5）工作坑基础土槽木枕基础：在原土地基上直接安放枕木而成。简单、造价低。卵石木枕基础：在原土地基上先铺设一层卵石或石子，再安放枕木而成。可增加承载能力。混凝土木枕基础：在原土地基上先浇筑20cm后的C10混凝土基础，同时预埋方木做轨枕而成。工作面安全，造价高。6）导轨方便管子跟进、并符合设计要求的轨道推进装置。可以采用钢导轨和木导轨两种。安装的要求和方法根据管径大小、管壁厚度、导轨架空高度、管道外壁与基础面之间的间距计算确定。7）后座墙与后背工作坑中面向顶进坑口的墙体和支撑，是千斤顶作用的工作面。其支撑力的大小可以根据管径大小、土体摩擦系数、顶进长度等参数计算得出。支设后背的材料有：钢板、方木、立铁等。8）附属设施工作台：用于放置管节，并方便下管的操作平台。工作棚：防风、防雨、防雪、防日晒的临时性工棚。顶进口装置：防止顶进口发生坍塌事故所采取的措施。6.2.4顶力计算及顶进设备1）顶力计算千斤顶所需阻力R可用下式求得：R=K[f*(2PV+2PH+PB)+PA]K—安全系数，一般取1.2f—管壁与周围土之间的摩擦系数PV—管顶上所受到的土压力（KN)PH—管侧所受到的土侧压力（KN)PB—顶进管道的总重量（KN)PA—管端部的贯入阻力（KN)2）顶进设备A.千斤顶按照构造形式分有：活塞式和柱塞式按照左右方式分有：单作用和双作用顶管施工常采用双作用液压千斤顶。根据顶管施工中目的的不同，又分为：顶进管子的顶进千斤顶、校正管子的校正千斤顶、进行中继间顶进的中继千斤顶。B.顶铁主要作用是：延长千斤顶的行程、传递千斤顶的顶力、扩大管节端面的承压面积。根据顶铁在顶进过程中安放位置和传力作用的不同，一般分为：顺铁、横铁、立铁、弧铁和圆铁等。顶铁必须有足够的强度和刚度。人工顶进施工方法6.2.5机械掘进顶管施工1）挖掘机械的种类伞状挖掘机：掘进头部形如伞状，主要用于大型管道的施工。其结构包括：工具管、切削机构、驱动机构、动力设施、装载机构、校正机构等。适合于粘土、砂土等地层施工，不适合于弱土层和含水土层。螺旋掘进机：采用旋转切削式钻头切土，并用螺旋输送机运土。适合于800以下的管道施工。顶进方便，最大顶矩可达80米，但是容易产生偏差。机械手挖掘机：采用弧形刀臂切削土体，挖成的工作面为半球型，安全并便于土的管内输送。2）盾顶法在首节工具管的前端装设有盾头，其内部安装有多台盾头千斤顶，由盾头千斤顶负责盾头顶进，克服迎面阻力，并承担校正功能。随后的管节依靠主压千斤顶顶进，从而可延长顶进距离。盾顶法适合于大管径和密实土层的顶进施工。3）水力掘进利用高压水枪射流切削工作管口的土体，剥离下来的土与水混合后成为泥浆状，然后采用泥泵将其输送至工作坑外。水力掘进方法适合于钢管的顶进施工，在地下水位较高的弱土层中采用。采用本施工技术时，要防止泥浆排放可能造成的污染。6.2.6延长顶进技术为了减少工作坑，可采取延长顶进技术。1）中继间顶进在顶进管段的中间设置接力顶进工作间，由中继间内的千斤顶负担中继间前面管段的顶进，主压千斤顶推进中继间后面的管道。采用中继间顶进，可以大幅度减少顶力、更好地保护管道、方便调整顶进的方向。但是成本高、效率低。2）泥浆套顶进在管壁和坑壁之间注入触变泥浆，以减少管壁与土壁之间的摩擦力，使顶进长度较非触变泥浆的方法增加2~3倍。触变泥浆的主要成分是膨润土和水，要求流动性好便于泵输送，经过一定时间固结后可产生强度。为提供泥浆的稳定性，可以根据情况添加碳酸钠、羟甲基纤维素、腐殖酸盐、铁铬木质素磺酸盐等。6.2.7顶管施工质量检验1）顶管测量水准仪控制平面与高程位置十字架+水准仪垂球法测平面与高程位置垂球+中心线激光径纬仪测平面与高程位置指示牌+激光径纬仪2）顶管校正凡管道偏离中心线和高程的误差超过了规范允许的误差范围，就必须及时进行校正，业内称之纠偏。顶管校正作业就是采用合理的方法使之回到原来的设计位置。偏差是积累的，随时矫正才能保证施工安全。纠偏的方法：1）挖土纠偏法2）顶木纠偏法3）加垫钢板纠偏法4）激光导向法（控制指挥液压传动机构）6.2.8掘进顶管的内接口平口石棉水泥或膨胀水泥砂浆接口企口石棉水泥或膨胀水泥砂浆接口企口聚氯乙烯胶泥与膨胀水泥砂浆接口6.3挤压土顶管施工6.3.1挤压土顶管的优点及适应条件1）主要优点不用人工挖土和出土，甚至完全不出土，使顶进、挖土、装土一气呵成，生产效率高。操作过程设备简单、操作方便、施工质量有保障。2）适用条件含水量较大的粘性土、各种软土、淤泥等情况；覆土的厚度大于顶入管径的2.5倍以上；顶进的距离不宜太大；顶管通过的地方必须距地下构筑物或埋设物1.5米以上。6.3.2出土挤压顶管即采用机械挖出部分土，再将管子顶进的施工方法。1）常用设备工具管：内部设有挤压口，且切口直径大于挤压口直径；割土工具：负责将挤压到工具管内土柱割断；运土工具：将割断的土柱输送至工作坑，然后通过起吊设备将土送往地表。2）挤压工艺安管——将工具管安装到设计的位置上（包括高程和中心轴线；顶进——推进装土斗车，并连续顶进管段（装满斗车之前）；出土——斗车满土后，送入工作坑，在提升到地表倾倒；测量——采用激光测量控制管道的走向，允许误差小于20mm。6.3.3不出土挤压顶管通过钻头推进，使土体向旁边挤压形成需要的空洞，被顶进的管道则随后跟进，最后将管道安装好。适合于含水的粘性土、粉土等，一般是顶小口径的钢管，或铸铁管。6.4管道牵引施工技术由前面工作坑的千斤顶或卷扬机，通过钢丝线将管子从下游工作坑拉到上游工作坑中的过程。操作工艺：开挖工作坑——安装设备——打牵引孔——穿钢丝线——挖土——出土——顶进牵引方法：普通牵引——实际上是挖土、出土、牵引顶进。适合800以上的管径施工。贯入牵引——借助盾头式工具管先将工具管和管道牵引进入土内，管子就位完毕再挖出管子内的土。适合800以上的管径施工。顶进牵引——前面牵引盾头，后面顶进管子。挤压牵引——前面牵引锥头挤出空间，后面焊接钢管不断跟进。6.5盾构施工1）技术简述盾构是地下掘进和砌衬的大型施工专用设备，一般由三部分组成：前部切削环、中部支撑环、尾部砌衬环。切削环承担挖土、出土并起保护作用。支撑环负责顶进，并安装成套顶进设备。砌衬环承担衬砌砌块，完成地下开挖工程。2）盾构适应范围及其特点适应于：水下隧道、水工隧道、城市地下综合管廊、地下给水排水管沟、地下隧道、地下铁路等的施工。盾构技术适合任何土层的施工，盾构开挖的断面可以根据需要随意设计，盾构采用机械挖土效率高，盾构的施工路线可变性好。