第七章 管道的特殊施工

快
适
较大
用
多
大
不 适 用
不 适 用
偏心破碎泥水平衡 掘进机
快
适
较大
用
多
大
快
适
较大
用
多
大
不 适 用
较快
适
较大
用
多
大
不 适 用
岩盘掘进机
快
适
较大
用
多
大
快
适
较大
用
多
大
快
适
较大
用
多
大
快
适
较大
用
多
大
快
适
大
用 多
小
三、顶管施工的技术问题
管道顶进过程包括挖土、顶进、运土、 测量、纠偏等工序。
其操作要点为： 1、挖土顺序应为自上而下分层开挖； 2、前方与管侧、管顶可超挖量应根据土质条件
无需隔断交通
噪音以及震动都很 小
可以在很深的地下 敷设管道
可以安全的穿越铁 路
对施工周遭的影响 很小
可以穿越障碍物
顶管施工方法
手掘式推进法
顶管工法
开放型
挤压式推进法
机械式推进法
挤密土层式推进法
水力切削式推进法
密封型
土压平衡式推进法
泥水平衡式推进法
手掘式推进法
顶进面状况
管内掘削状况
井内出土状况
井上门吊出土
其他主要的不开槽施工法简介
第二节 管道穿越河流施工
给排水管道可采用河底穿越与河面跨 越两种形式通过河流。
河底穿越的施工方法可采用顶管；围 堰，河底开挖埋置；水下挖泥，拖运，沉 管铺筑等方法。
河面跨越的施工方法可采用沿公路桥 附设；管桥架设等方法。
第二节 管道穿越河流施工
一、管道过河方法的选择 一、管道过河方法的选择因素
设计后座墙时，其安全系数一般应不小于1.5倍的最 大阻力。
后座墙可分为原土的与人工的两大类。
原土后座墙
原土后 座墙应有足 够高度、宽 度与长度， 长度通常应 保证不小于 7m，使其具 有可靠的稳 定性。
块石后座墙
许可顶力值由块石与其以上土重(地面动荷 载不计)及块石后面土壤侧压力两部分合成；
混凝土管联合后座墙
1、简便易行 2、节省人力、物力
1、水下挖沟与装管难度较 大 2、具有一定机械施工技
露天敷管需考虑防冻问题
河床不受水流影响的任何 条件下均可
具有永久性公路桥跨越河 流的条件
1、施工难度不大 2、能在无公路桥的条件下 架设过河
与沿公路桥过河法比较要 费人力、物力
河流不太宽，两岸土质较 好的条件下
二、水下铺筑倒虹管
几种掘进机的性能比较
掘进机种 地质条件
淤泥质黏土 砂型土
掘进速度 耗电量 劳动力
环境影响 掘进速度
耗电量 劳动力
黄土 强风化岩
岩石
环境影响 掘进速度
耗电量 劳动力 环境影响 掘进速度 耗电量 劳动力 环境影响 掘进速度 耗电量 劳动力
环境影响
敞开式掘进机
慢
适
小
用
较少
小
不 适 用
适 用
适 用
如含水 量小 适
顶进坑深度H1＝h1 h2 h3 m 接受坑深度H2＝h1 h3 m
式中
h1——地面至管道底部外缘的深度(m)； h2——管道外缘底部导轨底面的高度(m) ； h3——基础及其垫层的厚度(m)。
（二）导轨的铺设
1、导轨设置要求 (1)无论导轨铺设在那种基础上均要求稳固，
顶进过程中不能产生位置改变； (2)基底务求平整，满足设计高程要求； (3)导轨材料必须直顺，一般采用43kg/m重型
有卸力拱时： P2=γ（h0+D/2)tg（45°—φ/2）
式中 γ——土壤容重(kN/m3)； φ——土的内摩擦角； H——管顶覆土高度(m)； h0——管顶卸力拱高度(m)； D——待顶管外径(m)。
（五）顶管的质量要求、检测与校正
1、顶管允许偏差与检验方法。 2、顶管质量的检测 (1)水准仪测平面与高程位置 (2)垂球法测平面与高程位置。 (3)激光经纬仪测平面与高程位置。
第一节 管道不开槽施工
一、架轨开槽施工
二、顶管法
三、顶管施工的技 术问题
四、其他主要的不 开槽施工法简 介
一、 架轨开槽 施工
为防止发
生沟槽塌方， 挖沟时应随着 挖深的增加逐 段架设支撑。
架轨开槽施工
穿越铁路时 给水管道于铁路两侧应设置闸门井； 排水管道于两侧应修建检查井。
二、顶 管 法
顶管施工剖面示意图
式中
L1——工具管长度； L2——管节长度； L3——管尾出土预留长度 (m)； L4——顶进装置长度； L5——后背厚度(m)；
顶管工作坑的布置
坑宽B＝D0 2b 2cm
式中
D0——待顶管外径(m)； b——操作宽度(0.8～1.0m)；
c——撑板厚度(0.2m)。
顶管工作坑的布置
Construction Of Water & Wastewater Engineering
扬州大学·环境科学与工程学院
第七章 管道的特殊施工
当给排水管道通过铁路、河流及重要建筑 物等障碍物时，不能采用一般开挖沟槽的施工 方法，而应视具体条件与要求，采用诸如不开 槽的顶管施工、架空管桥施工、倒虹管施工、 围堰法施工等一些特殊的施工方法，以便高效 优质地完成管道工程任务。
力水切削式推进法
水冲顶管主要设施由 工作头部，高压水泵， 高压进水管，排泥管， 泥浆沉淀池等组成。其 工作头部包括工具管， 封板，中间喷射管，环 向管，真空室，测杆及 管路与闸门附件等。
土压平衡式推进法
• 通过向切削仓内注 入一定比例的混合材料， 使得充满泥仓的泥土混合 体平衡正面土压以及地下 水压力。 • 无需泥浆泵等后部 配套装置，整机造价低廉。 • 无需泥浆处理，施 工成本低。
挤压式顶进法
地处粘土及含水性粘土地区，DN＝25～200mm， 在穿越Ⅲ级铁路时，宜采用挤压式顶进法。
水平钻孔机械顶进法
也有 纵向切削 方式。对 粘性土与 淤泥土， 在不降低 地下水条 件下均可 采用此法。
套管人工顶进法
此法适宜穿越 Ⅰ、Ⅱ级铁路，其 套管管径应较穿越 管径大600mm，且 不小于1000mm； 若穿越流砂地段， 须采用带基础套管 整体施工。
一、管道过河方法的选择
给水管道两端设置阀门井、排气阀与排水 装置。
二、水下铺筑倒虹管
三、河面修建架空管
水下铺筑倒虹管
倒虹管通常采用钢管，应对钢管加强防腐措施；小管径、 短距离的倒虹管也可采用铸铁管，但宜采用柔性接口；重力 管线上的倒虹管也可采用钢筋混凝土管。
（一）顶管法施工
在河床两岸设置的顶管工作井，可作为倒虹管运 行时的检查井。
确定。 3、管道顶进应连续作业； 4、前方挖出的土应及时外运。
（一）顶管工作坑的布置
工作坑按其功能不同，通常可分为单向坑、 双向坑、多向坑、转向坑、交汇坑等几种。
顶管工作坑的布置
当在地下水位以上且土质较好时，工作坑内 一般采用方木基础；当在地下水位以下时，应浇 筑混凝土基础。
坑长L＝L1 L2 L3 L4 L5 m
顶管施工的排水
3、边顶管边进行土壤加固 矽化法适用于砂质土壤(渗透系数为2～
80m/d)与黄土；沥青法适用于流速较大的地下 水与大孔性土壤；冷冻法适用于水分饱和的液 化土。
4、气压法排水 此法适用于地下水位较高，采用以上三种
方法排水无效的情况。
四、其他主要的不开槽施工法简介
其他主要的不开槽施工法简介
（八）顶管的校正
(1)挖土校正法 (2)顶木校正法 (3)小千斤顶法 (4)加垫钢板校正法 (5)激光导向法
（九）顶管施工的排水
1、边顶管边排水 此法适用于被顶管四周地下水对顶管作业
尚无影响，工作坑内设置有坡向集水井坡度的 条件下。
2、井管法排水 此法适用于顶进管段较长时wenku.baidu.com仅要求管顶
前端附近与工作坑内的地下水位得以降低即可 的条件下。
许可顶力值由混凝土管与其以上土重及混 凝土管后面土壤侧压力两部分合成。
方木联合后座墙
许可顶力值由方木与其以上土重及方木后 面土壤侧压力两部分合成。
（四）顶力计算
管顶应具有足够的顶力，才能克服管子在顶进 过程中土壤对管子产生的正面阻力和摩擦阻力。
F F1 F2 kN
式中 F——总顶力(kN)； F1——工具管正面阻力(kN)； F2——管道摩擦阻力(kN)；
缺点
安全度尚差，易由顶管孔 中流水
适用条件
河底较高，河底土质较好， 过河管管径较小
1、施工技术条件要求较高 2、钢管、铸铁管、预(自) 应力钢筋混凝土管过河均 可
1、需要考虑围堤被洪水冲 击问题 2、工作量较大
河面不甚宽，水流不急且 不通航的条件下
1、适用面较宽，一般河流 均可采用 2、不会影响通航与河水正 常流动
F2 f2 LKN
单位长度管道摩擦阻力
管道总长度
垂直土压力
无卸力拱时：
P1 H kN/m2
有卸力拱时：
P1 h0 kN/m2
式中
H——管顶覆土高度(m)； h0——管顶卸力拱高度(m)；
管道水平土压力
无卸力拱时： P2=γ（H+D/2)tg（45°—φ/2）
黄浦江上游引水(二期)
目前顶管所常见的几种土质
1、淤泥质黏土：土的颜色多呈灰色或黑灰色，光润油滑 且有腐烂植物的气味，多呈软塑或半流塑状态。 2、砂性土：含黏土的成分较少，土颗粒一般在20μ以上， 土颗粒之间的凝聚力较小，呈单粒结构。孔隙比较大，很 容易在水动力的作用下产生流沙现象。 3、黄土：黄色的、又常具有层理和夹有砂、砾石层的土 状沉积物称之为黄土状土（也称次生黄土）。 4、强风化岩：含有大量黏土质黏土矿物。干时可用手折 断或捏碎，浸水或干湿交替时可较迅速地软化或崩解。 5、微风化及中风化岩： 强度大于50Mpa，硬度很高的岩 石。
二、水下铺筑倒虹管
三、河面修建架空管
• 河床断面的宽度、深度、水位、流量、 地质等条件；
• 过河管道水压、管材、管径； • 河岸工程地质条件； • 施工条件及作业机具布设的可能性等。
管道穿越河流施工方法比较
过河方法
顶管 过河法
倒
虹
围堰
管
过河法
过
河
沉浮法 过河
管
沿公路
道
桥过河
架
空
过
管桥
河
过河法
优点
1、施工方便 2、节省人力、物力
钢轨制成，也可视实际条件采用18kg/m的轻型 钢轨，或采用木轨。
(4)导轨铺设须严格控制内距、中心线与高程， 其纵坡要求与管道纵坡一致。
（三）支设后背与后座墙
1、后背安装要求 靠后背墙横排方木的面积，通常可按承压不超过
0.15MPa计算；方木应卧到混凝土基础以下60cm，使千斤 顶着力中心高度不小于方木后背高度的三分之一；后背 土壁铲修平整，应保证壁面与顶进方向垂直。 2、后座墙类型与要求
用
慢 小 较少 小 慢 小 较少 小 慢 小 大 小
多刀盘土压平衡掘 进机
一般
适
较大
用
一般
小
一般
适
较大
用
一般
小
不适 用
不 适 用
不 适 用
单刀盘土压平衡掘 进机
较快
适
一般
用
一般
小
较快
适
一般
用
一般
小
较快
适
一般
用
一般
小 较快
适
一般
用
一般
小
不 适 用
刀盘可伸缩式泥水 平衡掘进机
快
适
较大
用
多
大
快
适
较大
用
多
大
泥水平衡式推进法
通过刀盘以及顶速平衡正面土压力，调节 循环水压力用以平衡地下水压力。
采用流体输送切削入泥仓的土体，顶进过 程中不间断，施工速度快。
无需地盘改良或降水处理，施工后地表沉 降小。
岩盘磨碎泥水平衡掘进机
适合于在各种地下 土壤类型的顶管掘进机。
具有超强破碎能 力的岩盘机可在岩石中 顶进。可破碎轴压缩强 度 196Mpa(2000kg/cm2) 卵石和砾石。
第七章 管道的特殊施工
第一节 管道不开槽施工 第二节 管道穿越河流施工 第三节 地下工程交叉施工
第一节 管道不开槽施工
管道不开槽施工：指不开挖地表的条件下 完成管线的铺设、更换、修复、检测和定位的 施工技术。
管道多采用抗压强度高、刚度好的预制管 道。
方法主要有：顶管法、盾构法、牵引法、 夯管法等。
（二）围堰法施工
在河床埋管应考虑防止冲刷的措施，当河底土质不 好时，应作管基础。当河底为流砂时，应于管道两侧加 设固定桩，避免管道在流砂运动下发生滚动。
（三）浮运沉管施工
1、水下沟槽开挖 河两岸岸
标设置为两对， 分别示出挖沟的 两条边线，并不 时采用经纬仪校 测沟位。
顶管施工的优点
在城区内施工如果地下水不是十分丰富以 及管道埋深较浅的情况下采用开挖式敷设 管道比较经济。但是也存在一些问题如下： 施工噪音较大，容易阻碍交通，容易引起 地盘沉降等。
非开挖顶管施工采用油压驱动，施工时噪音远 远小于开槽式敷设管道，几乎没有地盘沉降的 现象，对周遭的影响降低到最小程度。而且在 较深的埋深情况下施工成本要小于开槽式敷设 管道。
（六）顶管的接口形式
1、钢胀圈连接 用于平口钢筋混凝土管
企口连接
企口连接的钢筋混凝土管不宜用于较长距 离的顶管。
企口连接
“T”形接口
“F”形接口
接头插口始终是朝后的。
（七）长距离顶管的措施
1、中继间顶进 2、泥浆套顶进 3、蜡覆顶进
泥浆套顶进法
可以不加破碎的排出孔径约为顶管机直径1/3的砾石 采用了二次注浆方法，大大的减少了磨阻力，适合长距离顶进