頂管施工方法

一、管道頂進(jìn)措施的選擇管道頂進(jìn)措施的選擇，應(yīng)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(jì)比較后確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1在粉砂土層中且需要控制地面隆陷時(shí)，宜采用加泥式土壓平衡或泥水平衡頂管法2在頂進(jìn)長(zhǎng)度較短、管徑小的金屬管時(shí)，宜采用一次頂進(jìn)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(shí)，宜采用手掘式或機(jī)械挖掘式頂管法；4當(dāng)土質(zhì)為砂礫土?xí)r，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(shí)，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(shí)，宜采用土壓平衡頂管法二、頂管措施的解釋：1.人工掘進(jìn)頂管施工法人工掘進(jìn)頂管施工法就是在向土內(nèi)頂進(jìn)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(jìn)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?xì)夤艿馈ｍ敼苁┕さ闹匾O(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(zhǎng)度(m);l1――管子頂進(jìn)后,尾端留在導(dǎo)軌上的最小長(zhǎng)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(zhǎng)度(m);l3――出土工作面長(zhǎng)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(zhǎng)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?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)標(biāo)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(dǎo)軌及滿足導(dǎo)軌上方套管的荷重。其做法是:當(dāng)土質(zhì)很好并無地下水時(shí),常采用方木基礎(chǔ),如遇地下水可用混凝土基礎(chǔ)。頂進(jìn)的管節(jié)應(yīng)留有足夠的長(zhǎng)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(jìn)中錯(cuò)口。內(nèi)脹圈可采用鋼筋混凝土,也可運(yùn)用鋼板卷焊。為了延長(zhǎng)頂管的長(zhǎng)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(dāng)工作坑千斤頂難以頂進(jìn)時(shí),開動(dòng)中繼間管的千斤頂,以其后段管節(jié)為后座,向前頂進(jìn)一種行程,然后開動(dòng)工作坑內(nèi)的千斤頂,使中繼間后段的管子也向前推進(jìn)一種行程。此時(shí),中繼間管隨之向前推進(jìn),再開動(dòng)中繼間千斤頂,如此循環(huán)操作,可增長(zhǎng)頂進(jìn)長(zhǎng)度,但頂進(jìn)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(yīng)及時(shí)將燃?xì)夤艿酪啡胩坠軆?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(yīng)滿足燃?xì)夤艿赖陌惭b規(guī)定。燃?xì)夤艿赖撞亢附踊瑒?dòng)支座,曳引時(shí)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?xì)夤艿乐g的空隙可填塞瀝青麻。為了使燃?xì)夤艿琅c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(duì)重要地段為了運(yùn)行時(shí)能檢查套管內(nèi)與否有燃?xì)?在套管較高的一端應(yīng)安裝檢漏管,如圖8-3所示。對(duì)于鋼套管可采用特制的滾動(dòng)支座安裝在燃?xì)夤艿郎?運(yùn)用滾輪能輕松地把燃?xì)夤艿劳迫胩坠軆?nèi),但滾輪應(yīng)沿焊接在套管內(nèi)壁的槽鋼導(dǎo)軌滾動(dòng),防止燃?xì)夤艿涝谕迫霑r(shí)產(chǎn)生周向滑動(dòng)。鋼套管兩端灌瀝青封堵,如圖8-4所示。套管內(nèi)的燃?xì)夤艿谰鶓?yīng)采用加強(qiáng)型防腐絕緣層。2.機(jī)械掘進(jìn)頂管在被頂進(jìn)的管道前端安裝上機(jī)械鉆進(jìn)的掘土設(shè)備,配置傳播帶運(yùn)土機(jī)械以替代人工挖運(yùn)土,當(dāng)管前方土體被掘削成一定深度的孔洞時(shí),運(yùn)用頂管設(shè)施,將連接在鉆機(jī)后部的管子頂入孔洞。機(jī)械掘進(jìn)頂管同樣要在工作坑內(nèi)按設(shè)計(jì)高程及中線方向安裝導(dǎo)軌,使每節(jié)管子沿著一定方向和高程頂進(jìn)。圖8-3鋼筋混凝土套管內(nèi)的燃?xì)夤艿?―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?xì)夤艿?6―檢漏管;7―防護(hù)罩;8―墻堵;9―滑動(dòng)支座;10―中粗砂;11―混凝土墊層圖8-4鋼套管內(nèi)的燃?xì)夤艿?―鋼燃?xì)夤?2―滾輪托架;3―鋼套管;4―導(dǎo)軌;5―滾輪;6―檢漏管;7―防護(hù)罩機(jī)械鉆進(jìn)的頂管設(shè)備有兩種安裝形式,一種是機(jī)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(jìn)的鋼筋混凝土管的前端,稱為套筒式安裝。另一種是將機(jī)械直接固定在頂進(jìn)的首節(jié)管內(nèi),頂進(jìn)時(shí)安裝,竣工后分件拆卸,稱為裝配式安裝。套筒式機(jī)械鉆進(jìn)設(shè)備的構(gòu)造,重要分工作室、傳動(dòng)室、校正室三部分,如圖8-5所示。機(jī)械掘進(jìn)頂管施工法可減少勞動(dòng)強(qiáng)度,加速施工進(jìn)度,對(duì)黏土、砂土及淤泥等土層均可順利進(jìn)行頂管。但運(yùn)土與掘進(jìn)速度不易同步,出土較慢。碰到含水土層或巖石地層時(shí)因無法更換機(jī)頭,因此不能使用。3.水力掘進(jìn)頂管水力掘進(jìn)頂管的全套設(shè)備安裝在水力掘進(jìn)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(jìn)入泥漿吸口,由泥漿管輸送至泄泥場(chǎng)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),在對(duì)應(yīng)千斤頂?shù)淖饔孟?調(diào)正掘進(jìn)方向。后段為氣閘室,是工作人員進(jìn)出沖泥艙(高壓區(qū))內(nèi)檢修或清理故障時(shí),升壓和降壓之用。沖泥艙、校正段和氣閘室之間應(yīng)具有可靠的密封連接。圖8-5套筒式水平鉆機(jī)1―機(jī)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(jī);7―機(jī)殼;8―糾偏千斤頂;9―校正室;10―鏈帶輸送機(jī);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(jìn)工具管1―刃腳;2、4―格柵;3―水槍;5―水槍操作把;6―觀測(cè)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(chǎng)地的條件下,水力掘進(jìn)工具管可使飽和土層內(nèi)的頂管過程大為簡(jiǎn)化。4.擠密土層頂管擠密土層頂管是運(yùn)用千斤頂或卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備將燃?xì)夤艿乐苯訑D壓進(jìn)土層內(nèi),如圖8-7所示。頂進(jìn)時(shí),第一節(jié)管前端安裝管尖,以減少頂進(jìn)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(jìn)時(shí),土進(jìn)入環(huán)刀及管內(nèi)形成土塞,當(dāng)土塞到達(dá)一定長(zhǎng)度后,即可制止土繼續(xù)進(jìn)入,土塞可使頂管不致產(chǎn)生過大的偏斜。圖8-7運(yùn)用油壓千斤頂擠密頂進(jìn)1―千斤頂;2―墊鐵;3―頂鐵;4―枕木;5―夾持器;6―燃?xì)夤?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(jìn),頂進(jìn)的最大管徑不適宜超過150mm,頂進(jìn)過程中應(yīng)采用措施保護(hù)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(jī)械加壓使掘削面土層保護(hù)穩(wěn)定,同步旋轉(zhuǎn)切削刀掘進(jìn),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(jìn)行。壓緊破碎型環(huán)流式掘進(jìn)機(jī)是當(dāng)今世界較先進(jìn)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(jìn)機(jī)前面裝有扇形輻條刀,輻條刀與錐體破碎機(jī)裝配成一體,輻條刀轉(zhuǎn)速為4～5r/min,破碎機(jī)則以100r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行偏心轉(zhuǎn)動(dòng),掘進(jìn)面的切削與進(jìn)刀破碎同步進(jìn)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(jìn)機(jī)1―扇型輻條刀;2―送排泥管;3―同軸雙通閥;4―破碎機(jī)頭部;5―糾偏油缸;6―減速機(jī);7―油壓機(jī)組;8―電視攝像儀;9―密封液注入口;10―頂進(jìn)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(jìn)面,具有壓緊掘進(jìn)面的作用,使掘進(jìn)面土石層保持穩(wěn)定,掘削土石量可以通過操縱臺(tái)用增減掘進(jìn)面壓力或頂進(jìn)速度來調(diào)整。方向修正(糾偏)可通過操縱頂進(jìn)管內(nèi)設(shè)置的兩個(gè)糾偏油缸在上下±1°,左右±1.5°的范圍內(nèi),調(diào)整破碎機(jī)頭