頂管施工方法

一、管道頂進措施的選擇管道頂進措施的選擇，應根據(jù)管道所處土層性質(zhì)、管徑、地下水位、附近地上與地下建筑物、構(gòu)筑物和多種設(shè)施等原因，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定，并應符合下列規(guī)定：1在粉砂土層中且需要控制地面隆陷時，宜采用加泥式土壓平衡或泥水平衡頂管法2在頂進長度較短、管徑小的金屬管時，宜采用一次頂進的擠密土層頂管法；3在粘性土或砂性土層，且無地下水影響時，宜采用手掘式或機械挖掘式頂管法；4當土質(zhì)為砂礫土時，可采用品有支撐的工具管或注漿加固土層的措施；5在軟土層且無障礙物的條件下，管頂以上土層較厚時，宜采用擠壓式或網(wǎng)格式頂6管法；7在粘性土層中必須控制地面隆陷時，宜采用土壓平衡頂管法二、頂管措施的解釋：1.人工掘進頂管施工法人工掘進頂管施工法就是在向土內(nèi)頂進套管的過程中,采用人工在套管前方掘土的一種施工措施。首先頂進的一般是鋼制或鋼筋混凝土制的套管,最終在套管內(nèi)安裝燃氣管道。頂管施工的重要設(shè)備和操作都是在頂管工作坑內(nèi),工作坑的位置一般選擇在頂管地段的下游,工作面的尺寸用下面公式確定(圖8-1):圖8-1頂管工作坑B=Dw+2b+2cL=l1+l2+l3+l4+l5式中B――工作坑寬度(m);Dw――套管外徑(m);b――套管兩側(cè)操作寬度,根據(jù)擺放工具數(shù)量及土質(zhì)條件而定,一般為0.8～1.6m;c――撐板厚度,一般為0.2m;L――工作坑長度(m);l1――管子頂進后,尾端留在導軌上的最小長度,鋼筋混凝土管一般為0.3～0.5m,鋼管一般為0.6～0.8m;l2――每根管長度(m);l3――出土工作面長度,根據(jù)出土工具而定,一般為1.0～1.8m;l4――千斤頂組裝的總長度,1000kN的千斤頂可取0.9m,kN的千斤頂可取1.0m;l5――千斤頂后座及后座墻的總厚度(m)。工作坑的底面高程,按燃氣管道設(shè)計標高,套管直徑及基礎(chǔ)厚度而定。工作坑的基礎(chǔ)重要用于固定導軌及滿足導軌上方套管的荷重。其做法是:當土質(zhì)很好并無地下水時,常采用方木基礎(chǔ),如遇地下水可用混凝土基礎(chǔ)。頂進的管節(jié)應留有足夠的長度與下一根管節(jié)連接,鋼筋混凝土管一般采用企口連接,接縫處可墊油氈,內(nèi)壁接口處安裝一種內(nèi)脹圈,以防頂進中錯口。內(nèi)脹圈可采用鋼筋混凝土,也可運用鋼板卷焊。為了延長頂管的長度可采用中繼間管(又稱接力環(huán))。所謂中繼間管就是一根鋼筋混凝土管頂入一定深度后,在其內(nèi)安裝千斤頂和頂鐵,如圖8-2所示。當工作坑千斤頂難以頂進時,開動中繼間管的千斤頂,以其后段管節(jié)為后座,向前頂進一種行程,然后開動工作坑內(nèi)的千斤頂,使中繼間后段的管子也向前推進一種行程。此時,中繼間管隨之向前推進,再開動中繼間千斤頂,如此循環(huán)操作,可增長頂進長度,但頂進速度較慢。圖8-2中繼間管局部剖面1―后段管節(jié);2―墊塊;3―千斤頂;4―鋼套環(huán);5―橡膠密封環(huán);6―前段管節(jié)套管所有頂入土層后,應及時將燃氣管道曳入套管內(nèi)。若采用鋼筋混凝土套管,套管內(nèi)徑下半部可用磚砌體或混凝土筑成平底墊層,墊層的厚度與坡度應滿足燃氣管道的安裝規(guī)定。燃氣管道底部焊接滑動支座,曳引時僅讓支座底面與墊層表面接觸,防止損壞防腐絕緣層,支座與燃氣管道之間的空隙可填塞瀝青麻。為了使燃氣管道與套管之間的容積不致形成爆炸空間,最佳用中粗砂將空間填滿,套管兩端用磚砌體封閉。對重要地段為了運行時能檢查套管內(nèi)與否有燃氣,在套管較高的一端應安裝檢漏管,如圖8-3所示。對于鋼套管可采用特制的滾動支座安裝在燃氣管道上,運用滾輪能輕松地把燃氣管道推入套管內(nèi),但滾輪應沿焊接在套管內(nèi)壁的槽鋼導軌滾動,防止燃氣管道在推入時產(chǎn)生周向滑動。鋼套管兩端灌瀝青封堵,如圖8-4所示。套管內(nèi)的燃氣管道均應采用加強型防腐絕緣層。2.機械掘進頂管在被頂進的管道前端安裝上機械鉆進的掘土設(shè)備,配置傳播帶運土機械以替代人工挖運土,當管前方土體被掘削成一定深度的孔洞時,運用頂管設(shè)施,將連接在鉆機后部的管子頂入孔洞。機械掘進頂管同樣要在工作坑內(nèi)按設(shè)計高程及中線方向安裝導軌,使每節(jié)管子沿著一定方向和高程頂進。圖8-3鋼筋混凝土套管內(nèi)的燃氣管道1―鋼筋混凝土套管;2―石棉水泥填料;3―內(nèi)套環(huán);4―接縫油氈;5―鋼燃氣管道;6―檢漏管;7―防護罩;8―墻堵;9―滑動支座;10―中粗砂;11―混凝土墊層圖8-4鋼套管內(nèi)的燃氣管道1―鋼燃氣管;2―滾輪托架;3―鋼套管;4―導軌;5―滾輪;6―檢漏管;7―防護罩機械鉆進的頂管設(shè)備有兩種安裝形式,一種是機械固定于特制的鋼管內(nèi),此管稱為工具管。工具管安裝在頂進的鋼筋混凝土管的前端,稱為套筒式安裝。另一種是將機械直接固定在頂進的首節(jié)管內(nèi),頂進時安裝,竣工后分件拆卸,稱為裝配式安裝。套筒式機械鉆進設(shè)備的構(gòu)造,重要分工作室、傳動室、校正室三部分,如圖8-5所示。機械掘進頂管施工法可減少勞動強度,加速施工進度,對黏土、砂土及淤泥等土層均可順利進行頂管。但運土與掘進速度不易同步,出土較慢。碰到含水土層或巖石地層時因無法更換機頭,因此不能使用。3.水力掘進頂管水力掘進頂管的全套設(shè)備安裝在水力掘進工具管內(nèi),如圖8-6所示。工具管分為前、中、后三段。前段為沖泥艙,高壓水槍射流將切入工具管的土層沖成泥漿,進入泥漿吸口,由泥漿管輸送至泄泥場地。中段為校正環(huán),環(huán)內(nèi)安裝校正千斤頂和校正鉸,校正鉸可使沖泥艙作相對轉(zhuǎn)動,在對應千斤頂?shù)淖饔孟?調(diào)正掘進方向。后段為氣閘室,是工作人員進出沖泥艙(高壓區(qū))內(nèi)檢修或清理故障時,升壓和降壓之用。沖泥艙、校正段和氣閘室之間應具有可靠的密封連接。圖8-5套筒式水平鉆機1―機頭;2―軸承座;3―減速齒輪;4―刮泥板;5―偏心環(huán);6―擺線針輪減速電機;7―機殼;8―糾偏千斤頂;9―校正室;10―鏈帶輸送機;11―特殊內(nèi)套環(huán);12―鋼筋混凝土管;13―切削刃圖8-6水力掘進工具管1―刃腳;2、4―格柵;3―水槍;5―水槍操作把;6―觀測窗;7―泥漿吸口;8―泥漿管;9―水平鉸;10―垂直鉸;11―上下糾偏千斤頂;12―左右糾偏千斤頂;13―氣閥門;14―大密封門;15―小密封門在有充足水源和泄泥場地的條件下,水力掘進工具管可使飽和土層內(nèi)的頂管過程大為簡化。4.擠密土層頂管擠密土層頂管是運用千斤頂或卷揚機等設(shè)備將燃氣管道直接擠壓進土層內(nèi),如圖8-7所示。頂進時,第一節(jié)管前端安裝管尖,以減少頂進阻力,有助于擠密土層。管尖的圓錐度一般為1:0.3,偏心管尖可減少管壁與土層的摩擦力,也可在鋼管前端安裝環(huán)刀。開始頂進時,土進入環(huán)刀及管內(nèi)形成土塞,當土塞到達一定長度后,即可制止土繼續(xù)進入,土塞可使頂管不致產(chǎn)生過大的偏斜。圖8-7運用油壓千斤頂擠密頂進1―千斤頂;2―墊鐵;3―頂鐵;4―枕木;5―夾持器;6―燃氣管;7―管尖;8―千斤頂油管擠密土層頂管法合適在較潮濕的黏土或砂質(zhì)黏土中頂進,頂進的最大管徑不適宜超過150mm,頂進過程中應采用措施保護防腐絕緣層。5.切刀掘削流體輸送頂管所謂切刀掘削流體輸送頂管,就是用水加壓或機械加壓使掘削面土層保護穩(wěn)定,同步旋轉(zhuǎn)切削刀掘進,掘出的土物則采用流體輸送裝置排出,掘削、排泥和頂管同步進行。壓緊破碎型環(huán)流式掘進機是當今世界較先進的切刀掘削流體輸送頂管設(shè)備,其構(gòu)造如圖8-8所示。掘進機前面裝有扇形輻條刀,輻條刀與錐體破碎機裝配成一體,輻條刀轉(zhuǎn)速為4～5r/min,破碎機則以100r/min的轉(zhuǎn)速進行偏心轉(zhuǎn)動,掘進面的切削與進刀破碎同步進行。破碎后的石塊粒徑不不小于20mm。圖8-8壓緊破碎型環(huán)流式掘進機1―扇型輻條刀;2―送排泥管;3―同軸雙通閥;4―破碎機頭部;5―糾偏油缸;6―減速機;7―油壓機組;8―電視攝像儀;9―密封液注入口;10―頂進管墊圈切刀掘削流體輸送頂管法的安裝如圖8-9所示,主千斤頂?shù)捻斄νㄟ^錐體內(nèi)裝滿掘削下來的土石傳遞給掘進面,具有壓緊掘進面的作用,使掘進面土石層保持穩(wěn)定,掘削土石量可以通過操縱臺用增減掘進面壓力或頂進速度來調(diào)整。方向修正(糾偏)可通過操縱頂進管內(nèi)設(shè)置的兩個糾偏油缸在上下±1°,左右±1.5°的范圍內(nèi),調(diào)整破碎機頭