頂管與箱涵法施工

1、第七章 頂管與箱涵法施工o7.1 概述o7.2 頂管法施工o7.3 水平定向鉆施工o7.4 箱涵法施工7.1 概述o在城市市政管道和地下通道工程中，普遍采用明挖法施工。但在管道埋深較大、交通干線附近和周圍環(huán)境對(duì)位移、地下水有嚴(yán)格限制的地段則采用非開挖施工法更為安全與經(jīng)濟(jì)。常用的非開挖工法有：頂管法、水平定向鉆法、箱涵法。7.1 概述7.2 頂管法施工o頂管法是將管道用大功率的頂推設(shè)備頂進(jìn)至終點(diǎn)來(lái)完成鋪設(shè)任務(wù)的施工方法。 o頂管法施工過(guò)程如下：頂管的工作井-頂管出口孔壁對(duì)面?zhèn)葔槌袎罕冢渖习惭b液壓千斤頂和承壓墊板-然后以工具管為先導(dǎo)，將預(yù)制管節(jié)按設(shè)計(jì)軸線逐節(jié)頂入土層中-直到下一工作井的進(jìn)口孔壁

2、。7.2 頂管法施工o60年代開始，頂管技術(shù)不斷得到開發(fā)和推廣；o70-80年代，先后引進(jìn)和開發(fā)了長(zhǎng)距離頂管、中繼間、泥漿減阻、計(jì)算機(jī)控制、激光導(dǎo)向系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，管道頂進(jìn)最大長(zhǎng)度已超過(guò)千米。o嘉興污水處理排海頂管工程一次頂進(jìn)2050m，創(chuàng)造了同類頂管工程的世界記錄。o頂管適用土層很廣，特別適用于粘性土、粉性土和砂土，也適用于卵石、碎石、風(fēng)化殘積土等非粘性土。o頂管法主要用于管徑300-4000的地下管道施工，設(shè)備能夠平衡地下水壓力和土壓力，能控制地表的隆起和沉降，具有激光定向功能，頂進(jìn)速度200-300/min。7.2.1 頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備工具管o工具管，又叫做機(jī)頭，它是頂管的關(guān)鍵機(jī)具，一

3、般有以下功能：掘進(jìn)、防坍塌、出泥和導(dǎo)向。不同工具管有不同的特性，所以應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求等選擇合適的工具管。o按照功能工具管分類如下：o（1）按掘進(jìn)功能，可分為：手掘式、擠壓式、半機(jī)械式、機(jī)械式和水力挖掘式工具管。o（2）按防坍塌功能，可分為：機(jī)械平衡式、泥水平衡式、土壓平衡式、水壓平衡式和氣壓平衡式工具管。o（3）按出泥功能，可分為：干出泥式和泥水出泥式工具管。 7.2.1 頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備o中繼間o頂管的關(guān)鍵設(shè)備式工具管，而長(zhǎng)距離頂進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備是中繼間。距離較長(zhǎng)的管道，由于管道四周的摩阻力越來(lái)越大，一方面主千斤頂?shù)捻斄τ邢?，不可能無(wú)限增加，另一方面主千斤頂?shù)捻斄σ彩艿焦艿?/p>

4、允許應(yīng)力和后背墻允許應(yīng)力的制約。為了解決上述問題就出現(xiàn)了中繼間。o采用中繼間技術(shù)就是將一條長(zhǎng)管道分為多個(gè)區(qū)段，并在區(qū)段之間加入中繼環(huán)，中繼環(huán)的作用時(shí)分散主戰(zhàn)的頂力。而且一般主戰(zhàn)的頂力要大于中繼環(huán)的頂力。7.2.1 頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備o觸變泥漿減阻o在頂管中為了減少管壁四周的摩阻力，觸變泥漿套的形成依賴于工具管。o在長(zhǎng)距離和超常距離頂管中，由于施工工期較長(zhǎng)，觸變泥漿容易因失水而失去作用，因此在管道沿程，從工具管開始每隔一定距離都需設(shè)置注漿孔，及時(shí)補(bǔ)充新的觸變泥漿。通常在中繼環(huán)附近設(shè)置注漿孔。7.2.1 頂管法施工關(guān)鍵設(shè)備o糾偏o糾偏是指工具管偏離設(shè)計(jì)軸線后，利用工具管的糾偏機(jī)構(gòu)，改變管端的方向，

5、減少偏差的過(guò)程。其目的是使管道沿設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。o由于工具管產(chǎn)生的偏差都將全部保留在整條管線上，而且工具管的糾偏也是非常重要的，糾偏的好壞將直接影響頂管施工的質(zhì)量。7.2.2 頂管法施工中頂力計(jì)算o頂管施工前必須首先計(jì)算頂力,然后才能根據(jù)計(jì)算出的頂力進(jìn)行施工設(shè)計(jì).o與頂管直接有關(guān)的施工設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括: 千斤頂?shù)倪x用規(guī)格及數(shù)量,不采用中繼間的最大頂進(jìn)距離,采用中繼間的數(shù)量及其間距,管端能承受的最大頂力,是否采用潤(rùn)滑劑,后背墻的設(shè)計(jì),以及不同方案的對(duì)比等.o如果在頂進(jìn)過(guò)程中，管道所受的應(yīng)力大于其極限應(yīng)力，就會(huì)引起管道的變形和破壞，影響管道正常的安裝和使用。所以，為了避免損害管道及接點(diǎn)處發(fā)生應(yīng)力集中

6、，精確的估算頂進(jìn)過(guò)程中頂力的大小在結(jié)構(gòu)上也是必要的.7.2.2 頂管法施工中頂力計(jì)算o根據(jù)工程的特點(diǎn)以及實(shí)測(cè)頂力的變化情況，總結(jié)出影響頂力的主要因素如下：o（1）地質(zhì)條件的影響; （2）管徑的影響; （3）注漿的影響。o（4）頂進(jìn)的施工操作。若頂進(jìn)過(guò)程中停止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，重新啟動(dòng)時(shí)，頂力會(huì)明顯增大。因?yàn)橥ｎD時(shí)間長(zhǎng)，四周松土?xí)湓诠鼙谏?，同時(shí)水分也會(huì)從減阻漿液中離析出來(lái)，失去減阻支撐作用，造成頂進(jìn)阻力的增大。o（5）管線偏差的影響。在頂進(jìn)過(guò)程中不斷出現(xiàn)偏差，若校正過(guò)多，也會(huì)引起阻力的增加，從而使總頂力增大。一般在進(jìn)出洞口處，管線的偏差較大，糾偏次數(shù)也多，頂力增加較為顯著。7.2.2 頂管法施工中頂

7、力計(jì)算o上海市政經(jīng)驗(yàn)公式o 上海結(jié)合該地區(qū)土層的具體條件，結(jié)合觸變泥漿頂管工程的成熟經(jīng)驗(yàn)，提出了頂力計(jì)算公式。oF=KDL o式中：D-管道外徑（m）；o L-頂進(jìn)距離（m）；o K-采用觸變泥漿時(shí)每平方米管道的外側(cè)頂力，上海地區(qū)取K812KN/m2；o注意：其他地區(qū)要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)上式進(jìn)行修正后方可使用。7.2.2 頂管施工中頂力計(jì)算（2）頂力計(jì)算 按照理論公式計(jì)算：F1588KN。 按照半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 頂管正面摩阻力 F1310KN; 頂管側(cè)壁摩擦力 F22410KN。 總頂力：FF1F2310+24102720KN。流 花 路解放北路以太廣場(chǎng)中 華 大 酒 店（1）工程概況）工程概況

8、本工程為廣州地鐵排水恢復(fù)工程本工程為廣州地鐵排水恢復(fù)工程,地下位置復(fù)雜地下位置復(fù)雜,采用小口徑土壓平衡采用小口徑土壓平衡頂管法施工，施工采用注漿減阻。頂管法施工，施工采用注漿減阻。 右圖為施工平面圖。右圖為施工平面圖。7.2.2 頂管法施工中頂力計(jì)算 施工時(shí)每施工時(shí)每2020cm cm 記錄記錄一次頂力值（見圖）一次頂力值（見圖）。實(shí)測(cè)最大頂力為實(shí)測(cè)最大頂力為800KN。正面阻力的平均值越為正面阻力的平均值越為300KN 。 管側(cè)摩阻力，在前管側(cè)摩阻力，在前40m40m。根據(jù)實(shí)測(cè)值反算出的管側(cè)摩阻力系數(shù)僅為。根據(jù)實(shí)測(cè)值反算出的管側(cè)摩阻力系數(shù)僅為0.3KN/m0.3KN/m2 2；在后；在后41

9、m41m，反算出系數(shù)為反算出系數(shù)為3.3KN/m3.3KN/m2 2，比經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的頂力值，比經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的頂力值小很多。因此，實(shí)際工程中要根據(jù)具體情況動(dòng)態(tài)修正計(jì)算參數(shù)，積累當(dāng)?shù)匦『芏?。因此，?shí)際工程中要根據(jù)具體情況動(dòng)態(tài)修正計(jì)算參數(shù)，積累當(dāng)?shù)氐氖┕そ?jīng)驗(yàn)。的施工經(jīng)驗(yàn)。頂進(jìn)距離（m）頂力7.2.4 頂管法施工工程實(shí)例o垂直頂升工程布設(shè)反力座及千斤頂反力座施工流程圖管節(jié)出洞管節(jié)接長(zhǎng)終頂處理鋼悶板特制鋼框頂鐵第一節(jié)管節(jié)就位管節(jié)千斤頂特制鋼框封堵壓漿利用特制鋼框固定管節(jié)，防止其回落 (1) 在每次頂升前，測(cè)量立管的垂直度和中心偏移情況； (2) 豎管的第一個(gè)節(jié)段頂升至水平隧道頂部，將水平隧道頂部切

10、割出與豎管管節(jié)截面尺寸一致的鋼殼作為可拆式封板，并與豎管頂部相互焊接作為豎管的鋼悶板； (3) 管節(jié)接長(zhǎng)時(shí)，利用特制鋼框固定已頂升完成的管節(jié)，以防止其回落； (4) 豎直頂升完最后一節(jié)，與水平隧道利用螺栓及特制底框連接固定。 (5) 在豎管與水平管交接處鋼管外壓注水泥漿，進(jìn)行最后的封堵壓漿，以增強(qiáng)立管與水平隧道的水密性和連接穩(wěn)定強(qiáng)度。 (1) 在施工頂管前，還應(yīng)對(duì)每根立管所組成的管節(jié)進(jìn)行試拼裝，進(jìn)行編號(hào)，在頂進(jìn)過(guò)程中按編號(hào)對(duì)號(hào)入座，以確保每座立管的拼裝精度； (2) 管節(jié)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30、抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S8； (3) 管節(jié)法蘭連接應(yīng)在法蘭間敷設(shè)墊層，墊層材科可用壓密性較好的瀝青防水涂料或彈性

11、較好的氯丁核膠密封條； (4) 鋼材采用環(huán)氧基重防蝕涂料和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)聯(lián)合防腐。7.2.3 頂管法的施工工藝o動(dòng)畫顯示7.3 水平定向鉆施工o7.3.1 水平定向鉆施工原理o7.3.2 水平定向鉆施工前勘察o7.3.3 水平定向鉆工程實(shí)例水平導(dǎo)向鉆的施工工藝o導(dǎo)向o擴(kuò)孔（300、400、500、 600）o回拖管材水平定向鉆導(dǎo)向鉆進(jìn)原理o大多數(shù)的導(dǎo)向鉆進(jìn)使用一種射流輔助切削鉆頭，鉆頭通常是一個(gè)斜面，因此當(dāng)鉆桿不停地回轉(zhuǎn)時(shí)，可鉆出一個(gè)直孔，而當(dāng)鉆頭朝著某個(gè)方向推進(jìn)而不轉(zhuǎn)時(shí)，鉆孔向一方偏向推進(jìn)。o在鉆孔向前推進(jìn)時(shí)，通過(guò)追蹤安裝在鉆頭內(nèi)發(fā)射器的信號(hào)來(lái)確定導(dǎo)向鉆的深度與方向鉆孔軌跡的設(shè)計(jì)方法o確定

12、造斜點(diǎn)（直線段變?yōu)榍€段起點(diǎn)）o確定曲線段的曲率半徑o計(jì)算每根鉆桿的曲率半徑鉆桿號(hào)鉆桿斜率鉆桿深度備注1-25-0.752-21-1.383-17-1.897.3.2 水平定向鉆施工前勘察o管道地基巖土分類 （需重視砂土、淤泥質(zhì)粘土）o城市地下障礙物的調(diào)查 （如雜填物，河道邊板樁）o城市已有地下管線的調(diào)查7.3.2 水平定向鉆施工前勘察o靜力觸探（注意回填觸探孔）o管線儀 （適合快速探測(cè)金屬管線）o地質(zhì)雷達(dá) （可探查障礙物與各類管線）Subsite75R/75T型RD400PXL型RD4000型EKKO100增強(qiáng)型EKKO1000型Noggin250型EKKO 系列系列SIR3000型（最新）

13、匹配天線SIR 系列系列3207型5103型5100型NextGSSI自行生產(chǎn)的天線X3M型RAMAC系列系列匹配天線RIS-2K/ME型（多道）RIS系列系列RIS-2K/0型（單道）寧夏路（近金沙江路輕軌站）現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)圖寧夏路（近金沙江路輕軌站）解釋剖面北邊油漆標(biāo)記點(diǎn)雨水管1000信息排管邊長(zhǎng)900煤氣管300500上水管上水管300雨水管1000700煤氣管煤氣管300上水管300南邊油漆標(biāo)記點(diǎn) 1.20m 1.00m 1.20m 1.00m 1.00m 1.8m 0.80m 1.00m 寧夏路管線探測(cè)綜合斷面圖 比例 1：220 年 月 日北邊探槽南邊探槽300-管徑 0.8m-管頂埋深

14、注： 7.3.3 7.3.3 水平定向鉆工程實(shí)例水平定向鉆工程實(shí)例 峨眉站排管工程，排管長(zhǎng)60米(2*6)，使用的管材為PE管，壁厚12MM，內(nèi)徑160MM，排管需穿越漢陽(yáng)路和峨眉路，接進(jìn)原有工井。頂管的最深深度為6.09米。施工完畢后通牛發(fā)現(xiàn)部份排管疏通有障礙。在2002年1月21日使用管道探測(cè)器對(duì)排管進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)結(jié)果有幾孔嚴(yán)重變形，排管斷面成橢圓形。(詳細(xì)資料見管道探測(cè)聯(lián)系單)。 管道探測(cè)設(shè)備圖管道探測(cè)設(shè)備圖( (一一) )管道探測(cè)設(shè)備圖管道探測(cè)設(shè)備圖( (二二) )工程探測(cè)結(jié)果例圖工程探測(cè)結(jié)果例圖 孔徑的嚴(yán)重變形分析原因分析原因 1、泥漿用量不夠，造成護(hù)壁不夠充份。2、管材的環(huán)剛度未達(dá)

15、到設(shè)計(jì)要求，造成在頂管過(guò)程中無(wú)法承受外部壓力而產(chǎn)生變形。3、擴(kuò)孔不夠充分，造成回拖管線與周圍摩擦力加大。4、擴(kuò)孔器和管材之間連接方式不完善。(目前大多采用拖管頭固定器對(duì)管線進(jìn)行固定。當(dāng)其中一根管材受力后發(fā)生偏向，其他管材也會(huì)一起偏向，造成整體移位。) 7.4 箱涵法施工o采用預(yù)制鋼筋混凝土箱涵頂進(jìn)工法施工下立交道路，其原理在基坑內(nèi)滑板上預(yù)制箱涵，采用油壓千斤頂頂推箱涵，將箱涵從道路下穿越。然后再箱涵前后兩端建造引道。o施工流程：o 基坑圍護(hù)及開挖-滑板制作-箱涵澆筑-頂進(jìn)后靠施工及千斤頂安裝-鐵路或公路保護(hù)-箱涵頂進(jìn)-引道施工7.4 箱涵法施工o上海真北路立交位于滬寧鐵路與真北路交叉處，下立交

16、道路工程采用箱涵頂進(jìn)法施工。為四個(gè)單孔箱涵，其中兩孔快車道，兩孔人行道。四個(gè)箱涵占據(jù)的總寬度為36.4m ，箱涵長(zhǎng)度為35.7 一39 .4m 不等，箱涵中心線與鐵路中心線交角為79 度 。箱涵的橫斷面見圖。工程地質(zhì)情況：從表層往下依次為褐黃色粉質(zhì)粘土（層厚2.32m ）、灰色粉砂（層厚2.88m ）、灰色淤泥質(zhì)粘土（層厚7.3m ) ，下臥層為飽和含水的軟弱淤泥質(zhì)粘土。7.4 箱涵法施工o后背及滑板施工 該工程考慮后靠梁與滑板組成共同相連結(jié)構(gòu)，后靠梁為鋼筋混凝土?；宸譃橐粔K快車道滑板和二塊慢車道滑板，滑板坡度分別為7.14%。和5.83%?；寤炷翝仓笤诒砻嬗盟嗌皾{抹平?；灞砻嫱可蠞?rùn)滑隔離層，潤(rùn)滑劑采用石蠟：機(jī)油一4：1 ，厚度3mm，在潤(rùn)滑劑上鋪一層塑料布。 7.4 箱涵法施工o箱涵制作 四只單孔箱涵分別制作，每孔箱涵分兩次澆筑混凝土，第一節(jié)為底部和部分墻身，第二節(jié)為剩余墻身和頂板。箱涵外側(cè)直線度小于1cm 。箱涵混凝土澆筑后進(jìn)行精心養(yǎng)護(hù)，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后在外表面涂刷瀝青防水層。 7.4 箱涵法施工o箱涵頂進(jìn) 快車道箱涵頂進(jìn)