HOBAS-CC-GRP顶管技术

HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.1HOBASCC-GRP顶管技术HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.2一、顶管技术•顶管是地下管道非开挖施工的一种。管道敷设改明挖为暗挖是这一施工方法的特点。非开挖施工对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下构筑物和管线复杂的城市来说是非常重要的。敷设新的地下管道沿用开槽敷设已感到越来越困难，甚至难以实施。为了减少对交通、市民正常活动的干扰，减少不必要的房屋拆迁，减少对市容和环境的影响，顶管已成为市政基础设施施工中的最佳方案。HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.3二、顶管分类•按口径分：按顶管管道口径大小分为小口径（DN＜800mm）、中口径（800mm≤DN＜1800mm）、大口径(DN≥1800mm)三种。•按顶进距离分：中短距离、长距离和超长距离。这里所说的距离是指管道单向一次顶进长度（单仓顶距）。长距离顶管与中短距离顶管的区分以是否采用中继环比较合适，根据目前顶管技术的水平，顶管长度一般在300米左右采用中继环，而超长距离顶管是专指千米以上的顶管。•按管材分：钢管顶管、混凝土顶管、玻璃钢顶管和其他管材顶管。•按地下水位分：干法顶管和水下顶管。管道顶进土层有无地下水，对施工方法的选择非常重要，选择不当会危及顶管施工安全或影响施工成本。•按管轴线分：直线顶管和曲线顶管HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.4三、施工工艺•采用顶管施工敷设管道前，在管线两端要先建造一个工作井和一个接受井，然后在工作井内布置一组行程较长的油缸（简称主油缸），安装好导轨和工具管。准备就绪后，将要敷设的管道放在导轨上，第一节管道与工具管连接好后，启动主油缸顶进，以工具管开路，推进管道穿过井壁上的穿墙孔把管道压入土中，与此同时，进入工具管的泥土被不断挖掘排出管外。当主油缸达到最大行程后缩回，放入顶铁，主油缸继续顶进。如此不断加入顶铁，管道不断推进，直至管道几乎全部顶入，缩回主油缸，吊出全部顶铁，将下一节管道吊下坑，连接好继续顶进。如此循环施工，直至顶完全程。HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.5四、适用范围•适用管径：顶管管径的经济上限为DN4000，更大时采用盾构法。•适用土层：顶管适用土层很广，淤泥、粘性土和粉性土，也适用于砂土、卵石、碎石、风化残积土等非粘性土。不同土质要采用不同类型的工具管，这需要特别注意。工具管选用不当是某些工程失事的主要原因。HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.6五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（一）、HOBAS管的特点与钢筋混凝土管相比，HOBAS管有如下优点：•耐腐蚀，免维护，使用寿命长（50年以上）•输送流量大(GRP管n=0.009-0.01;混泥土管n=0.013-0.014)•强度高，纵向顶力大(GRP管σ=90MPa；混泥土管C50)•管壁与土的摩阻力小，施工顶力小（2/3）•重量轻，运输吊装方便，例如：DN2000混凝土顶管3499kg/m，而DN2000HOBAS顶管850kg/m•施工土方量可减少30%（混凝土管OD2420，HOBASOD2046）•施工速度快，是混凝土管的3倍•耐差异沉降能力强•可用于压力输送介质的管道•可输送腐蚀性强的介质HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.7五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（二）、接口形式•非压力输送管线用的顶管采用“F”型接头，套筒材质为不锈钢，碳钢（防腐处理）和玻璃钢，结构型式如下图。HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.8五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（二）、接口形式•橡胶密封圈形式为楔型结构，材质为三元乙丙橡胶，氯丁橡胶。也可按客户要求定制橡胶密封圈。•压力输送管线用的顶管应采用玻璃钢或不锈钢套筒式接头，其结构型式如下图。HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.9五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（三）、HOBAS顶管规格直径/长度/壁厚/刚度/允许顶力HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.10五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（四）、制作流程HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.11五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（五）、制作标准•企业标准：《顶进施工用的离心浇铸玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂夹砂管》Q/ZDG03-2008•国家标准：《玻璃纤维增强塑料顶管》GB/TXXXXX-2008HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.12五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（六）、顶力1、极限顶力：指在管的轴向方向承受均匀的使管产生破坏的压力。极限顶力采用下式进行计算：Fb=Dtminzb/1000式中：Fb---极限顶力(kN)zb---管的轴向压缩强度（MPa）D---平均管径（=OD-t或ID+t），(mm)tmin---管端处加工后的最小壁厚（mm）HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.13五、离心浇铸玻璃钢夹砂管（HOBAS管）（六）、顶力2、允许顶力：指实际顶管施工工程中，沿管的轴向方向承受外加的允许顶力。管允许顶力是管极限顶力除安全系数，其定义式为：F=Fb/kj式中：F---允许顶力（kN）Kj---安全系数，取3.5HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.14六、顶管主要设备1、工具管：工具管是顶管的关键机具，应具有掘进、防坍、出泥和导向等功能，人工掘进工具管有刃口工具管、挤压式工具管，机械掘进工具管有土压平衡式工具管、泥水平衡式工具管、多刀盘土压平衡式工具管（全断面切削工具管）、机械挖掘式工具管及局部气压工具管。不管那种工具管都要有纠偏装置2、中继环：中继环是长距离顶进的关键设备。距离较长的管道，一方面因管道四周的摩阻力越来越大，单凭主站油缸顶推是不够的。另一方面主站所能施加的顶力也受到管道允许顶力和后背允许顶力的制约。中继环的作用是分散主站的顶力，管道由中继环分段顶进。采用中继环顶管，就是将一根长管道分成数个区段，区段与区段之间加入中继环，每只中继环只承担顶推前面区段的管道，后面区段由它后面的中继环顶推，最后区段由主站承担顶推。下面三种情况要考虑增加中继环：2.1总顶力超过主站的最大顶力；2.2总顶力超过了管道的允许顶力；2.3总顶力超过了后背墙的最大允许顶力HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.15六、顶管主要设备3、顶进系统：安装在工作井内的顶推设备统称为顶进系统，它由导规、主油缸、顶铁、后背及后座等组成。主油缸是顶进系统的核心，油缸应左右对称布置，同时油缸轴线与管轴线平行。主油缸的顶力有1000kN、2000kN、3000kN和4000kN，行程不应小于1米，最好为长行程油缸，一节管道一次顶进，不需顶铁。4、出泥和通风设备5、测量设备HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.16七、触变泥浆减阻1.触变泥浆：触变泥浆是由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成，其中膨润土是主要成分，水占大部分。2.减阻技术：触变泥浆通过管道上注浆孔压注在管壁的四周，形成具有一定厚度的泥浆套（1-2.5cm），顶进的管道是悬浮在触变泥浆中向前移动的，从而减少管壁和土体之间的摩阻力。HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.17八、顶管阻力分析1.采用触变泥浆的顶管，摩阻力与管道的弯曲大小关系最密切，其次是触变泥浆套的完整程度，最后是管道穿越的土层的性质。2.顶力计算：顶管的顶力分正面阻力和四周的摩擦阻力。F=F1+F2式中F——总顶力（kN）F1----工具管正面阻力（kN）F2----管道摩阻力(kN)F2=f2·LL----管道总长度（m）f2----单位长度管道摩阻力（kN/m）HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.18八、顶管阻力分析2．1正面阻力不同工具管的正面阻力各不相同。可按以下计算：2.1.1挖掘式工具管F1=（D-t）tR2.1.2挤压式工具管F1=0.25D2（1-e）R2.1.3网格挤压工具管F1=0.25D2R2.1.4局部气压工具管F1=0.25D2（R+Pn）HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.19八、顶管阻力分析2.1.5土压平衡式工具管和泥水平衡式工具管F1=0.25D2H式中F1---工具管正面阻力(kN);D---工具管外径(m);t---工具管刃脚厚度(m);R---挤压阻力，取300–500kN/m2---网格截面参数，取0.6–1.0;Pn---气压强度(kN/m2);----土的重度(kN/m2);H----管顶覆土高度(m);e----开口率.HEA/1102HOBAS.Makethingshappen.20八、顶管阻力分析2．2单位长度管道摩阻力管道的摩擦阻力是指管壁与土之间的摩擦阻力，在正常情况下，单位长度管道摩擦阻力可按下式计算：f2=Df式中D---管道外径（m）F---管壁与土的平均摩阻力(kN/m2),按下表取用。触变泥浆中管壁与土的平均摩阻力土的类别软粘土粉性土粉细砂中粗砂混凝土管3.0-5.05.0-8.08.0-11.011.0-16.0钢管3.0-4.04.0-7.07.0-10.010.0-13.0CC-GRP管3.04.05.0