顶管施工方法

一、管道顶进方法的选择

管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：

1在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法

2在顶进长度较短、管径小的金属管时，宜采用一次顶进的挤密土层顶管法；

3在粘性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；

4当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施；

5在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶6管法；

7在粘性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法

二、顶管方法的解释：

1.人工掘进顶管施工法

人工掘进顶管施工法就是在向土内顶进套管的过程中,采用人工在套管前方掘土的一种施工方法。首先顶进的一般是钢制或钢筋混凝土制的套管,最后在套管内安装燃气管道。

顶管施工的主要设备和操作都是在顶管工作坑内,工作坑的位置一般选择在顶管地段的下游,工作面的尺寸用下面公式确定(图8-1):

图8-1 顶管工作坑

B=D w+2b+2c

L=l1+l2+l3+l4+l5

式中B――工作坑宽度(m);

D w――套管外径(m);

b――套管两侧操作宽度,根据摆放工具数量及土质条件而定,一般为0.8～1.6m; c――撑板厚度,一般为0.2m;

L――工作坑长度(m);

l1――管子顶进后,尾端留在导轨上的最小长度,钢筋混凝土管一般为0.3～0.5m,

钢管一般为0.6～0.8m;

l2――每根管长度(m);

l3――出土工作面长度,根据出土工具而定,一般为1.0～1.8m;

l4――千斤顶组装的总长度,1000kN的千斤顶可取0.9m,2000kN的千斤顶可取1.0m;

l5――千斤顶后座及后座墙的总厚度(m)。

工作坑的底面高程,按燃气管道设计标高,套管直径及基础厚度而定。工作坑的基础主要用于固定导轨及满足导轨上方套管的荷重。其做法是:当土质较好并无地下水时,常采用方木基础,如遇地下水可用混凝土基础。

顶进的管节应留有足够的长度与下一根管节连接,钢筋混凝土管一般采用企口连接,接缝处可垫油毡,内壁接口处安装一个内胀圈,以防顶进中错口。内胀圈可采用钢筋混凝土,也可利用钢板卷焊。

为了延长顶管的长度可采用中继间管(又称接力环)。所谓中继间管就是一根钢筋混凝土管顶入一定深度后,在其内安装千斤顶和顶铁,如图8-2所示。当工作坑千斤顶难以顶进时,开动中继间管的千斤顶,以其后段管节为后座,向前顶进一个行程,然后开动工作坑内的千斤顶,使中继间后段的管子也向前推进一个行程。此时,中继间管随之向前推进,再开动中继间千斤顶,如此循环操作,可增加顶进长度,但顶进速度较慢。

图8-2 中继间管局部剖面

1―后段管节;2―垫块;3―千斤顶;4―钢套环;5―橡胶密封环;6―前段管节

套管全部顶入土层后,应及时将燃气管道曳入套管内。若采用钢筋混凝土套管,套管内径下半部可用砖砌体或混凝土筑成平底垫层,垫层的厚度与坡度应满足燃气管道的安装要求。燃气管道底部焊接滑动支座,曳引时仅让支座底面与垫层表面接触,避免损坏防腐绝缘层,支座与燃气管道之间的空隙可填塞沥青麻。为了使燃气管道与套管之间的容积不致形成爆炸空间,最好用中粗砂将空间填满,套管两端用砖砌体封闭。对重要地段为了运行时能检查套管内是否有燃气, 在套管较高的一端应安装检漏管,如图8-3所示。

对于钢套管可采用特制的滚动支座安装在燃气管道上,利用滚轮能轻松地把燃气管道推入套管内,但滚轮应沿焊接在套管内壁的槽钢导轨滚动,防止燃气管道在推入时产生周向滑动。钢套管两端灌沥青封堵,如图8-4所示。

套管内的燃气管道均应采用加强型防腐绝缘层。

2.机械掘进顶管

在被顶进的管道前端安装上机械钻进的掘土设备,配置传输带运土机械以代替人工挖运土,当管前方土体被掘削成一定深度的孔洞时,利用顶管设施,将连接在钻机后部的管子顶入孔洞。机械掘进顶管同样要在工作坑内按设计高程及中线方向安装导轨,使每节管子沿着一定方向和高程顶进。

图8-3 钢筋混凝土套管内的燃气管道

1―钢筋混凝土套管;2―石棉水泥填料;3―内套环;4―接缝油毡;5―钢燃气管道; 6―检漏管;7―防护罩;8―墙堵;9―滑动支座;10―中粗砂;11―混凝土垫层

图8-4 钢套管内的燃气管道

1―钢燃气管;2―滚轮托架;3―钢套管;4―导轨;5―滚轮;6―检漏管;7―防护罩

机械钻进的顶管设备有两种安装形式,一种是机械固定于特制的钢管内,此管称为工具管。工具管安装在顶进的钢筋混凝土管的前端,称为套筒式安装。另一种是将机械直接固定在顶进的首节管内,顶进时安装,竣工后分件拆卸,称为装配式安装。

套筒式机械钻进设备的结构,主要分工作室、传动室、校正室三部分,如图8-5 所示。

机械掘进顶管施工法可降低劳动强度,加速施工进度,对黏土、砂土及淤泥等土层均可顺利进行顶管。但运土与掘进速度不易同步,出土较慢。遇到含水土层或岩石地层时因无法更换机头,所以不能使用。

3.水力掘进顶管

水力掘进顶管的全套设备安装在水力掘进工具管内,如图8-6所示。工具管分为前、中、后三段。前段为冲泥舱,高压水枪射流将切入工具管的土层冲成泥浆,进入泥浆吸口,由泥浆管输送至泄泥场地。中段为校正环,环内安装校正千斤顶和校正铰,校正铰可使冲泥舱作相对转动,在相应千斤顶的作用下,调正掘进方向。后段为气闸室,是工作人员进出冲泥舱(高压区)内检修或清理故障时,升压和降压之用。冲泥舱、校正段和气闸室之间应具有可靠的密封连接。

图8-5 套筒式水平钻机

1―机头;2―轴承座;3―减速齿轮;4―刮泥板;5―偏心环;6―摆线针轮减速电机;7―机壳; 8―纠偏千斤顶;9―校正室;10―链带输送机;11―特殊内套环;12―钢筋混凝土管;13―切

削刃

图8-6 水力掘进工具管

1―刃脚;2、4―格栅;3―水枪;5―水枪操作把;6―观察窗; 7―泥浆吸口;8―泥浆管;9―水平铰;10―垂直铰;11―上下纠偏千斤顶; 12―左右纠偏千斤顶;13―气阀门;14―大密封

门;15―小密封门

在有充足水源和泄泥场地的条件下,水力掘进工具管可使饱和土层内的顶管过程大为简化。

4.挤密土层顶管

挤密土层顶管是利用千斤顶或卷扬机等设备将燃气管道直接挤压进土层内,

如图8-7所示。顶进时,第一节管前端安装管尖,以减少顶进阻力,有利于挤密土层。管尖的圆锥度一般为1:0.3,偏心管尖可减少管壁与土层的摩擦力,也可在钢管前端安装环刀。开始顶进时,土进入环刀及管内形成土塞,当土塞达到一定长度后,即可阻止土继续进入,土塞可使顶管不致产生过大的偏斜。