常見不開槽管道施工方法綜述

常見不開槽管道施工方法綜述 A summary of pipeline construction methods without slotting 李任池 1 RenChi Li 1 貴州大學(xué)土木工程學(xué)院 貴州 貴陽 摘 要 不開槽管道施工常用于穿越城市道路及穿越復(fù)雜地形的管道工程 不開槽 管道施工方法有很多種 最常見的有頂管施工法 盾構(gòu)施工法 淺埋暗挖施工 法 夯管施工法 地表式水平定向轉(zhuǎn)施工法等 不同的施工方法有不同的適用 范圍及不同的優(yōu)缺點 本文通過對常用不開槽管道施工優(yōu)點及技術(shù)要點的論述 使大家對不開槽管道施工有一個全新的了解 關(guān)鍵詞 不開槽施工 管道 盾構(gòu)法 頂管法 ABSTRACT The methods of pipe construction without slotting is commonly used in the pipeline crossing the city road and through the complex terrain of the pipeline project Slotted pipe construction method has many kinds the most common is the pipe jacking construction method shield method shallow subsurface excavation method pipe ramming construction method surface type horizontal directional turn construction method Different construction methods have different scope and different advantages and disadvantages In this paper through the discussion of commonly used slotted pipe construction advantages and technical points enable everyone to a new understanding of the slotted pipe construction KEY WORDS Non slotted pipe construction pipeline shield jacking 0 引言 管道的不開槽施工是指不開挖地表 的條件下完成管線的鋪設(shè) 更新 修 復(fù) 檢測和定位的工程施工技術(shù) 它 具有不影響交通 不破壞環(huán)境 土方 開挖量小等優(yōu)點 同時 它能夠消除 冬季和雨季對開槽施工的影響 有較 好的經(jīng)濟效益和社會效益 在大多數(shù) 情況下 尤其是在繁華市區(qū)和管線埋 深較深時 不開槽施工時明挖施工的 極好的替代方法 在特殊情況下 例 如無破壞性地穿越公路 鐵路 河流 建筑物等 不開槽施工時唯一一種經(jīng) 濟可行的施工方法 管道不開槽鋪設(shè) 施工的管材采用較多的時抗壓強度高 剛度好的預(yù)制管道 如鋼管 鋼筋混 凝土管 也可采用其他金屬管 塑料 管 玻璃鋼管和各種復(fù)合管 斷面形 狀多采用圓形 也可采用方形 矩形 和其他形狀 1 2 管道的不開槽施工 方法很多 運用較廣泛的有頂管施工 法 盾構(gòu)施工法 淺埋暗挖施工法 夯管施工法等 1 頂管法 1 1 概念及特點 頂管法施工顧名思義就是在工作 區(qū)內(nèi)借助于頂進機械設(shè)備產(chǎn)生的推進 力 克服管道與周圍土壤的摩擦力 將鋼筋混凝土管或其他材質(zhì)的管材沿 設(shè)計好的角度和坡度頂入地下 并將 多余土方輸送走 后一段管材沿前一 段的坡度繼續(xù)頂進施工土層以兩管中 繼間的推進力為動力 把頂進設(shè)備或 連接設(shè)備一起穿越工作區(qū)直至接收坑 然后將頂進機等機械設(shè)備取出 這樣 管路就埋設(shè)在工作區(qū)了 3 相比開 挖敷設(shè)技術(shù) 投資和工期大幅度縮短 同時頂管技術(shù)對居民生活環(huán)境影響較 小 減輕對人口密集區(qū)的交通壓力和 地面的破壞 他能穿越河流 鐵路 橋梁 隧道和其他幾乎所有的地面建 筑物 不影響正常公民的生活 不破 壞環(huán)境 施工不受氣候和環(huán)境影響 施工管道可彎曲 可以在很深的地下 或水下敷設(shè) 使用該技術(shù)敷設(shè)管路 能有效的節(jié)省拆遷費用 降低施工周 期 1 2 主要設(shè)備 頂管法施工主要設(shè)備如表 1 所示 表 1 頂管法施工主要設(shè)備 設(shè)備作用 鉆頭挖掘隧道 導(dǎo)軌穩(wěn)定位置 導(dǎo)引管 節(jié) 千斤頂頂管節(jié)前進 油泵供油 頂鐵臨時傳力構(gòu)件 起重設(shè)備下管 提升土方 1 3 施工工序及要點 施工工序為 測量中心線 放邊線樁 工作基坑 開挖 后背制作 設(shè)備安裝 地下構(gòu)筑物 管線保護與監(jiān)控 管 道式頂進 正式頂進 頂進中測 量監(jiān)控 結(jié)束頂進 檢查周圍無 異常后拆除支護結(jié)構(gòu) 工作坑回復(fù) 施工要點 施工中應(yīng)重點對基坑 圍護變形與位移進行監(jiān)控 若超過一 定范圍時應(yīng)加密監(jiān)控且采取控制措施 對于一級基坑其地表沉降允許偏差 不得大于 0 15 且不得大于 30 mm 圍護水平位移不得大于 0 2 且不得大于 30 mm 4 1 4 技術(shù)施工運用分析 2001 年 上海隧道股份有限公 司在江蘇常州完成了 2050m 直徑 2m 的鋼筋混凝土頂管施工 是當(dāng)時 最長的頂管工程 2002 年 9 月 全 長 3600m 埋深為 23 25m 直徑為 1 8m 的鋼制管 成功穿越黃河 無 論從管路的頂進長度 下管深度 和 復(fù)雜的地理環(huán)境 還是鋼管直徑大小 在國內(nèi)尚屬首次 其中最長的一段長 達 1259m 要穿越黃河而且土質(zhì)還是 較厚的砂礫層 既是我國非開挖技術(shù) 創(chuàng)新突破的關(guān)鍵工程 也是目前世界 上復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑鋼管一次性 頂進距離最長的頂管工程 2008 年 中鐵十局十公司在長江引水工程中采 用國產(chǎn)直徑 2200mm 鋼管 雙管齊下 同步頂進 2500m 5 這些例子表明 我國的頂管施工技術(shù)已經(jīng)達到了一個 全新的里程碑 與世界先進水平不相 伯仲 頂管施工中 頂進管一般選用 鋼筋混凝土管和鋼管 其中鋼管要求 沒有腐蝕的情況下可以敷設(shè) 在選擇 頂進管材料后 要對其長度和直徑進 行設(shè)計和計算 一次性使用越長的管 其相對的經(jīng)濟成本就越低 可調(diào)控性 也越高 而直徑方面 由于有工人在 上面施工作業(yè) 所以內(nèi)徑不小于 500mm 然后根據(jù)頂進管所受荷載和 工程性質(zhì)來確定管壁厚度 進而計算 出外徑 2 盾構(gòu)法 2 1 概念及特點 盾構(gòu)施工法是利用大型盾構(gòu)機械 進行暗挖施工 目前主要是泥水式盾 構(gòu)和土壓式盾構(gòu) 其優(yōu)點為 1 機械 化程度高 2 隧洞形狀準(zhǔn)確 3 對地 面結(jié)構(gòu)影響可能性最小 4 對工作人 員較安全 勞動強度低 進度快 5 對 環(huán)境無不良影響 地下水位可保持 6 質(zhì) 量高 襯砌經(jīng)濟 缺點為 1 盾構(gòu)的 規(guī)劃 設(shè)計 制造和組裝時間長 2 施工工藝復(fù)雜 熟練操作機器需要時 間長 3 準(zhǔn)備困難且費用高 只有長 距離掘進時才較經(jīng)濟 4 當(dāng)?shù)貙訔l件 變化時 實施有風(fēng)險 5 隧道斷面變 化的可能性小 斷面如需變化時 費用 較高 6 2 2 主要設(shè)備 頂管法施工主要設(shè)備如表 2 所示 表 2 盾構(gòu)法施工主要設(shè)備 設(shè)備作用 刀盤 馬達 開挖土方 動力 導(dǎo)軌穩(wěn)定位置 導(dǎo)引管 節(jié) 千斤頂頂管節(jié)前進 油泵 傳輸裝置 供油 運輸土石方 2 3 施工工序及要點 施工工序 工作基坑開挖 設(shè) 備安裝 開挖 確定線形 襯 砌 注漿 施工要點 施工中要對開挖面穩(wěn) 定 土壓 泥水壓 排土量 盾構(gòu)方向 位置 襯砌 注漿量 注漿壓力 漿 液特性等進行控制 注意控制土壓 泥水壓 對于土壓式盾構(gòu)應(yīng)注意土 的塑流化改良 對于泥水壓式盾構(gòu)應(yīng) 注意泥漿性能 應(yīng)防止水土流失 盾 構(gòu)襯砌與周圍土體摩擦 盾構(gòu)的糾偏 與方向修正 注漿量 注漿壓力 注 漿速度的控制 盾構(gòu)開挖應(yīng)盡量避免 對周圍地層擾動 從而保證開挖面的 穩(wěn)定 應(yīng)注意對工人職業(yè)病的防護 不能只有照明 排風(fēng)等措施 還應(yīng)注 意防塵 防噪 防震等措施 還應(yīng)及 時施作地板結(jié)構(gòu) 7 2 4 技術(shù)施工運用分析 國外近年來成功地使用掘進機開 挖隧道的著名實例是英吉利海峽工程 日本東京灣高速公路工程和荷蘭生態(tài) 綠心隧道等 經(jīng)大量實踐證明 盾構(gòu) 法適于軟弱含水地層 其前提條件是 具有用于施工的工作井 隧道與構(gòu)筑 物之間應(yīng)保證垂直方向至少有 1 5 m 加固距離 水平方向至少有 1 m 的加 固距離 8 從經(jīng)濟適用性的角度講 盾構(gòu)法一般用于管徑大于 3 m 長度大 于 300 m 的不開槽管道施工 3 淺埋暗挖法 3 1 概念及特點 淺埋暗挖法是在距離地表較近的 地下進行各種類型地下洞室暗挖施工 的一種方法 在城鎮(zhèn)軟弱圍巖地層中 在淺埋條件下修建地下工程 以改造 地質(zhì)條件為前提 以控制地表沉降為 重點 以格柵 或其他鋼結(jié)構(gòu) 和噴 錨作為初期支護手段 按照十八字原 則進行施工 稱之為淺埋暗挖法 淺 埋暗挖施工方法是一種實用性強的不 開槽施工方法 其施工距離長 適于 各種圖層 但其施工速度慢 成本高 所以淺埋暗挖法施工方案的選擇應(yīng)根 據(jù)實際的工程設(shè)計 隧道的斷面及其 結(jié)構(gòu)形式 管道埋深及其長度 工 程所在地水文地質(zhì)條件 施工現(xiàn)場和 周圍環(huán)境安全等要求 經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟 比較后確定 9 市區(qū)內(nèi)地下障礙物 較復(fù)雜地段 采用淺埋暗挖施工方法 進行不開槽管道施工會是較好的選擇 3 2 主要設(shè)備 其主要設(shè)備有 剛拱架 千斤頂 鋼管 3 3 施工工序及要點 施工工序 輔助功法施工 開挖 初期支護 二次筑模 施工要點 1 初期支護鋼拱 架安裝 2 二次筑模時注意外界 因素對混泥土的影響 淺埋暗挖施工 方法嚴(yán)禁有水作業(yè) 施工中應(yīng)嚴(yán)格注 意防水 排水措施 淺埋暗挖法應(yīng)對 圍巖進行支護 加固 對圍巖開挖時 應(yīng)預(yù)支護 預(yù)加固后方可開挖一段 開挖一段后應(yīng)立即加固 支護與開挖 面距離不得超過 5 m 且封閉成環(huán) 3 4 技術(shù)施工運用分析 實踐證明 為保證隧道的結(jié)構(gòu)使 用功能和實際運行的安全 淺埋暗挖 法應(yīng)掌握襯砌及防水要求 施工時的 防水方法主要是堵水和排水兩類 施 工前應(yīng)依據(jù)水文地質(zhì)勘探資料預(yù)計可 能出現(xiàn)的地下水情況 估計水量 選 擇防水施工方案 排水的施工方法主 要是在襯砌背后設(shè)排水盲管或暗溝和 在隧道底設(shè)中心排水盲溝 止水的方 法主要是注漿或噴涂防水層 淺埋暗 挖施工方法隧道內(nèi)與隧道外都應(yīng)進行 預(yù)加固 最常見的預(yù)加固措施為 小 導(dǎo)管注漿加固與管棚超前加固 施工 時應(yīng)保證其技 術(shù) 參 數(shù) 符 合 要 求 小 導(dǎo) 管 注 漿 加 固 法 應(yīng) 使 用 直 徑 30 mm 50 mm 長 3 m 5 m 的無縫鋼管或焊接鋼管 其搭接長度不應(yīng)小于 1 m 水平向間 距不得大于 300mm 500 mm 管棚注 漿加固法應(yīng)使用直徑為 70 mm 180mm 的無縫鋼管 其搭接長度不得小于 3m 水平距離應(yīng)依據(jù)施工條件與水文 地質(zhì)條件確定 且不得大于 2 倍 2 5 倍管棚直徑 當(dāng)隧道通過公路 或隧道時管棚應(yīng)連續(xù)鋪設(shè) 10 4 夯管法 4 1 概念及特點 夯管施工法是利用夯錘的錘擊力 使管道穿越地下土層從而達到不開槽 埋管的目的 由于夯管錘的錘擊力不 易控制 所以夯管施工法控制精度低 且僅適于鋼管 但其設(shè)備簡單 使用 方便 施工速度較快 成本較低 所 以夯管施工法在特定的場所具有一定 的優(yōu)越性 適宜在城市中穿越寬度較 窄道路的地下管道施工工程 4 2 主要設(shè)備 其主要設(shè)備有 1 夯管錘 用于夯打推進管道 2 空氣壓縮機 壓縮空氣 3 空氣泵 輸送高壓空氣 4 鋼質(zhì)切削管頭 防止變形 4 3 施工工序及要點 施工工序 降排水措施 測量放 線 工作井開挖 設(shè)備安裝 夯進施 工 施工要點 1 防護措施 根據(jù)地 勘報告 邊坡開挖高度 8m 左右 邊 坡巖性主要為重粉質(zhì)壤土和粘土巖 施工開挖邊坡采用 1 1 5 必要時采 取支護措施 鑒于現(xiàn)場靠近昭平臺干 渠的邊坡 考慮到干渠保護 對于邊 坡容易塌方的地方 采取打鋼板樁擋 土板或臨時支撐的方法以保證操作坑 內(nèi)的施工安全 2 導(dǎo)軌安裝 擺放位置與夯管 精度密切相關(guān) 因此在安裝導(dǎo)軌時要 保證與設(shè)計軸線的吻合 并且在施工 過程中 密切關(guān)注導(dǎo)軌是否發(fā)生偏差 并及時進行修正 3 第一根套管的鋪管精度及焊 接第一道接口決定了整個穿越的成功 與否 因此第一根套管的人土點及安 裝角一定要準(zhǔn)確 不可出現(xiàn)斜口 否 則將會導(dǎo)致夯偏 夯人第一根套管時 如果超出偏差允許范圍 應(yīng)及時采取 糾偏措施 用人工在軸線偏差的相反 方向?qū)⑻坠苤車耐燎宄?在軸線偏 差的方向鋼管外壁打楔子 4 套管前進阻力較大時進行人 工清土 退出夯管錘 卸掉擊帽 將 套管內(nèi)的積土清除干凈后再安裝擊帽 和夯管錘繼續(xù)夯進 5 夯管作業(yè)開始后 應(yīng)連續(xù)進 行 盡量減少作業(yè)間歇時間 且不宜 中途停止 因為間歇時間過長 會造 成土層和管外壁粘在一起 增大摩擦 力 從而使夯進阻力增大 另外若地 下水位較高 停止作業(yè)后水位上升 會給施工帶來不便 6 可采取在管外壁涂抹潤滑油 脂的方式減小摩擦力 7 嚴(yán)格遵守現(xiàn)場施工安全規(guī)定 確保施工人員人身安全 4 4 技術(shù)施工運用分析 1 地層適應(yīng)性方面 用夯管法在 含卵礫石地層或回填地層中鋪管時 比管徑小的卵礫石或石塊可進人管內(nèi) 比管徑大的礫石或漂石可經(jīng)管靴擊碎 后一部分進人管內(nèi) 流砂層或軟地層 中夯人的鋼管起到支護孔壁的作用 因此 夯管法鋪管幾乎適應(yīng)除巖層以 外的所有地層 特別是在用其它技術(shù) 難以施工的建筑垃圾回填層中 大多 數(shù)情況下都能用夯管法鋪管解決問題 2 鋪管精度方面 夯管法鋪管因 屬不可控向鋪管 在鋪設(shè)較長管道 長度超過管徑的 100 倍 時 鋪管精 度不如導(dǎo)向鉆進鋪管高 但因為它是 以 沖擊方式將管道夯人地層 在管端無 土楔形成 其偏斜的可能性遠(yuǎn)比不出 土水平頂管和無控向水平螺旋鉆進鋪 管小得多 3 對地表影響方面 夯管法鋪管 由于切削下來的土心進人管內(nèi) 因此 即使鋪管深度很淺時地面也不會產(chǎn)生 隆起或沉降現(xiàn)象 4 適用管徑范圍方面 夯管法鋪 管適合鋪設(shè)管道的管徑小到 50 mm 大到 2000 mm 覆蓋的管徑范圍是其它 方法難以企及的 5 適合鋪管長度方面 夯管法鋪 管適合較短長度管道的鋪設(shè) 為保證 鋪管精度 一般單次鋪管長度不應(yīng)超 過管徑的 150 倍 但很明顯 其適合 的鋪管長度要比不出土水平頂管和無 控向水平螺旋鉆進鋪管長得多 6 對管道材料的要求 夯管法鋪 管要求管道材料必須是鋼管 要鋪設(shè) 其它材料的管道 可先鋪設(shè)鋼套管 再將工作管道從套管中導(dǎo)人 7 投資和施工成本方面 因夯管 法鋪管主要設(shè)備就是夯管錘 所用空 壓機是工程中常用設(shè)備 大多數(shù)用戶 均采用租賃方式解決 所以設(shè)備投資 極少 由于夯管法鋪管設(shè)備投資少 施工操作又極為簡單 材料消耗少 所以施工成本比其它施工方法低得多 11 5 結(jié)語 由于受到經(jīng)濟等各方面因素的制