第七章-管道的特殊施工

揚州大學·環(huán)境科學與工程學院第七章管道的特殊施工ConstructionOfWater&WastewaterEngineering

第七章管道的特殊施工當給排水管道通過鐵路、河流及重要建筑物等障礙物時，不能采用一般開挖溝槽的施工方法，而應視具體條件與要求，采用諸如不開槽的頂管施工、架空管橋施工、倒虹管施工、圍堰法施工等一些特殊的施工方法，以便高效優(yōu)質地完成管道工程任務。第七章管道的特殊施工第一節(jié)管道不開槽施工第二節(jié)管道穿越河流施工第三節(jié)地下工程交叉施工第一節(jié)管道不開槽施工管道不開槽施工：指不開挖地表的條件下完成管線的鋪設、更換、修復、檢測和定位的施工技術。管道多采用抗壓強度高、剛度好的預制管道。方法主要有：頂管法、盾構法、牽引法、夯管法等。第一節(jié)管道不開槽施工一、架軌開槽施工二、頂管法三、頂管施工的技術問題四、其他主要的不開槽施工法簡介一、架軌開槽施工為防止發(fā)生溝槽塌方，挖溝時應隨著挖深的增加逐段架設支撐。架軌開槽施工

穿越鐵路時給水管道于鐵路兩側應設置閘門井；排水管道于兩側應修建檢查井。二、頂管法頂管施工剖面示意圖頂管施工的優(yōu)點

在城區(qū)內施工如果地下水不是十分豐富以及管道埋深較淺的情況下采用開挖式敷設管道比較經濟。但是也存在一些問題如下：施工噪音較大，容易阻礙交通，容易引起地盤沉降等。非開挖頂管施工采用油壓驅動，施工時噪音遠遠小于開槽式敷設管道，幾乎沒有地盤沉降的現象，對周遭的影響降低到最小程度。而且在較深的埋深情況下施工成本要小于開槽式敷設管道。

無需隔斷交通噪音以及震動都很小可以在很深的地下敷設管道

可以安全的穿越鐵路對施工周遭的影響很小可以穿越障礙物頂管施工方法頂管工法

密封型

開放型

手掘式推進法水力切削式推進法土壓平衡式推進法

泥水平衡式推進法

擠壓式推進法機械式推進法擠密土層式推進法手掘式推進法

頂進面狀況

管內掘削狀況

井內出土狀況

井上門吊出土擠壓式頂進法

地處粘土及含水性粘土地區(qū)，DN＝25～200mm，在穿越Ⅲ級鐵路時，宜采用擠壓式頂進法。水平鉆孔機械頂進法

也有縱向切削方式。對粘性土與淤泥土，在不降低地下水條件下均可采用此法。套管人工頂進法

此法適宜穿越Ⅰ、Ⅱ級鐵路，其套管管徑應較穿越管徑大600mm，且不小于1000mm；若穿越流砂地段，須采用帶基礎套管整體施工。力水切削式推進法水沖頂管主要設施由工作頭部，高壓水泵，高壓進水管，排泥管，泥漿沉淀池等組成。其工作頭部包括工具管，封板，中間噴射管，環(huán)向管，真空室，測桿及管路與閘門附件等。土壓平衡式推進法

通過向切削倉內注入一定比例的混合材料，使得充滿泥倉的泥土混合體平衡正面土壓以及地下水壓力。無需泥漿泵等后部配套裝置，整機造價低廉。無需泥漿處理，施工成本低。泥水平衡式推進法

通過刀盤以及頂速平衡正面土壓力，調節(jié)循環(huán)水壓力用以平衡地下水壓力。

采用流體輸送切削入泥倉的土體，頂進過程中不間斷，施工速度快。無需地盤改良或降水處理，施工后地表沉降小。巖盤磨碎泥水平衡掘進機適合于在各種地下土壤類型的頂管掘進機。具有超強破碎能力的巖盤機可在巖石中頂進。可破碎軸壓縮強度196Mpa(2000kg/cm2)卵石和礫石。

黃浦江上游引水(二期)目前頂管所常見的幾種土質1、淤泥質黏土：土的顏色多呈灰色或黑灰色，光潤油滑且有腐爛植物的氣味，多呈軟塑或半流塑狀態(tài)。2、砂性土：含黏土的成分較少，土顆粒一般在20μ以上，土顆粒之間的凝聚力較小，呈單粒結構。孔隙比較大，很容易在水動力的作用下產生流沙現象。3、黃土：黃色的、又常具有層理和夾有砂、礫石層的土狀沉積物稱之為黃土狀土（也稱次生黃土）。4、強風化巖：含有大量黏土質黏土礦物。干時可用手折斷或捏碎，浸水或干濕交替時可較迅速地軟化或崩解。5、微風化及中風化巖：強度大于50Mpa，硬度很高的巖石。幾種掘進機的性能比較

掘進機種地質條件敞開式掘進機多刀盤土壓平衡掘進機單刀盤土壓平衡掘進機刀盤可伸縮式泥水平衡掘進機偏心破碎泥水平衡掘進機巖盤掘進機淤泥質黏土掘進速度適用慢適用一般適用較快適用快適用快適用

快耗電量小較大一般較大較大較大勞動力較少一般一般多多多環(huán)境影響小小小大大大砂型土掘進速度不適用適用一般適用較快適用快適用快適用

快耗電量較大一般較大較大較大勞動力一般一般多多多環(huán)境影響小小大大大黃土掘進速度適用慢不適用適用較快適用快不適用適用

快耗電量小一般較大較大勞動力較少一般多多環(huán)境影響小小大大強風化巖掘進速度適用慢不適用適用較快不適用適用較快適用

快耗電量小一般較大較大勞動力較少一般多多環(huán)境影響小小大大巖石掘進速度如含水量小適用慢不適用

不適用

不適用

不適用

適用

快耗電量小大勞動力大多環(huán)境影響小小三、頂管施工的技術問題

管道頂進過程包括挖土、頂進、運土、測量、糾偏等工序。其操作要點為：1、挖土順序應為自上而下分層開挖；2、前方與管側、管頂可超挖量應根據土質條件確定。3、管道頂進應連續(xù)作業(yè)；4、前方挖出的土應及時外運。（一）頂管工作坑的布置工作坑按其功能不同，通?？煞譃閱蜗蚩?、雙向坑、多向坑、轉向坑、交匯坑等幾種。頂管工作坑的布置

當在地下水位以上且土質較好時，工作坑內一般采用方木基礎；當在地下水位以下時，應澆筑混凝土基礎。

式中L1——工具管長度；

L2——管節(jié)長度；

L3——管尾出土預留長度(m)；

L4——頂進裝置長度；

L5——后背厚度(m)；

頂管工作坑的布置

式中D0——待頂管外徑(m)；

b——操作寬度(0.8～1.0m)；

c——撐板厚度(0.2m)。頂管工作坑的布置

式中h1——地面至管道底部外緣的深度(m)；

h2——管道外緣底部導軌底面的高度(m)；

h3——基礎及其墊層的厚度(m)。（二）導軌的鋪設

1、導軌設置要求

(1)無論導軌鋪設在那種基礎上均要求穩(wěn)固，頂進過程中不能產生位置改變；

(2)基底務求平整，滿足設計高程要求；

(3)導軌材料必須直順，一般采用43kg/m重型鋼軌制成，也可視實際條件采用18kg/m的輕型鋼軌，或采用木軌。

(4)導軌鋪設須嚴格控制內距、中心線與高程，其縱坡要求與管道縱坡一致。（三）支設后背與后座墻

1、后背安裝要求靠后背墻橫排方木的面積，通常可按承壓不超過0.15MPa計算；方木應臥到混凝土基礎以下60cm，使千斤頂著力中心高度不小于方木后背高度的三分之一；后背土壁鏟修平整，應保證壁面與頂進方向垂直。

2、后座墻類型與要求設計后座墻時，其安全系數一般應不小于1.5倍的最大阻力。后座墻可分為原土的與人工的兩大類。原土后座墻原土后座墻應有足夠高度、寬度與長度，長度通常應保證不小于7m，使其具有可靠的穩(wěn)定性。塊石后座墻

許可頂力值由塊石與其以上土重(地面動荷載不計)及塊石后面土壤側壓力兩部分合成；混凝土管聯(lián)合后座墻許可頂力值由混凝土管與其以上土重及混凝土管后面土壤側壓力兩部分合成。方木聯(lián)合后座墻許可頂力值由方木與其以上土重及方木后面土壤側壓力兩部分合成。

（四）頂力計算管頂應具有足夠的頂力，才能克服管子在頂進過程中土壤對管子產生的正面阻力和摩擦阻力。

式中F——總頂力(kN)；

F1——工具管正面阻力(kN)；

F2——管道摩擦阻力(kN)；

管道總長度單位長度管道摩擦阻力垂直土壓力無卸力拱時：

有卸力拱時：

式中

H——管頂覆土高度(m)；

h0——管頂卸力拱高度(m)；管道水平土壓力無卸力拱時：

P2=γ（H+D/2)tg（45°—φ/2）有卸力拱時：

P2=γ（h0+D/2)tg（45°—φ/2）

式中

γ——土壤容重(kN/m3)；

φ——土的內摩擦角；

H——管頂覆土高度(m)；

h0——管頂卸力拱高度(m)；

D——待頂管外徑(m)。（五）頂管的質量要求、檢測與校正

1、頂管允許偏差與檢驗方法。

2、頂管質量的檢測

(1)水準儀測平面與高程位置

(2)垂球法測平面與高程位置。

(3)激光經緯儀測平面與高程位置。（六）頂管的接口形式

1、鋼脹圈連接用于平口鋼筋混凝土管企口連接企口連接的鋼筋混凝土管不宜用于較長距離的頂管。

企口連接“T”形接口“F”形接口接頭插口始終是朝后的。

（七）長距離頂管的措施1、中繼間頂進2、泥漿套頂進3、蠟覆頂進泥漿套頂進法可以不加破碎的排出孔徑約為頂管機直徑1/3的礫石采用了二次注漿方法，大大的減少了磨阻力，適合長距離頂進（八）頂管的校正

(1)挖土校正法

(2)頂木校正法

(3)小千斤頂法

(4)加墊鋼板校正法

(5)激光導向法

（九）頂管施工的排水

1、邊頂管邊排水此法適用于被頂管四周地下水對頂管作業(yè)尚無影響，工作坑內設置有坡向集水井坡度的條件下。

2、井管法排水此法適用于頂進管段較長時，僅要求管頂前端附近與工作坑內的地下水位得以降低即可的條件下。

頂管施工的排水

3、邊頂管邊進行土壤加固

矽化法適用于砂質土壤(滲透系數為2～80m/d)與黃土；瀝青法適用于流速較大的地下水與大孔性土壤；冷凍法適用于水分飽和的液化土。

4、氣壓法排水此法適用于地下水位較高，采用以上三種方法排水無效的情況。四、其他主要的不開槽施工法簡介其他主要的不開槽施工法簡介其他主要的不開槽施工法簡介第二節(jié)管道穿越河流施工給排水管道可采用河底穿越與河面跨越兩種形式通過河流。河底穿越的施工方法可采用頂管；圍堰，河底開挖埋置；水下挖泥，拖運，沉管鋪筑等方法。河面跨越的施工方法可采用沿公路橋附設；管橋架設等方法。第二節(jié)管道穿越河流施工一、管道過河方法的選擇二、水下鋪筑倒虹管三、河面修建架空管一、管道過河方法的選擇因素

河床斷面的寬度、深度、水位、流量、地質等條件；過河管道水壓、管材、管徑；河岸工程地質條件；施工條件及作業(yè)機具布設的可能性等。管道穿越河流施工方法比較過河方法優(yōu)點缺點適用條件倒虹管過河頂管過河法1、施工方便2、節(jié)省人力、物力安全度尚差，易由頂管孔中流水河底較高，河底土質較好，過河管管徑較小圍堰過河法1、施工技術條件要求較高2、鋼管、鑄鐵管、預(自)應力鋼筋混凝土管過河均可1、需要考慮圍堤被洪水沖擊問題2、工作量較大河面不甚寬，水流不急且不通航的條件下沉浮法過河1、適用面較寬，一般河流均可采用2、不會影響通航與河水正常流動1、水下挖溝與裝管難度較大2、具有一定機械施工技河床不受水流影響的任何條件下均可管道架空過河沿公路橋過河1、簡便易行2、節(jié)省人力、物力露天敷管需考慮防凍問題具有永久性公路橋跨越河流的條件管橋過河法1、施工難度不大2、能在無公路橋的條件下架設過河與沿公路橋過河法比較要費人力、物力河流不太寬，兩岸土質較好的條件下二、水下鋪筑倒虹管

給水管道兩端設置閥門井、排氣閥與排水裝置。一、管道過河方法的選擇二、水下鋪筑倒虹管三、河面修建架空管水下鋪筑倒虹管倒虹管通常采用鋼管，應對鋼管加強防腐措施；小管徑、短距離的倒虹管也可采用鑄鐵管，但宜采用柔性接口；重力管線上的倒虹管也可采用鋼筋混凝土管。（一）頂管法施工在河床兩岸設置的頂管工作井，可作為倒虹管運行時的檢查井。（二）圍堰法施工

在河床埋管應考慮防止沖刷的措施，當河底土質不好時，應作管基礎。當河底為流砂時，應于管道兩側加設固定樁，避免管道在流砂運動下發(fā)生滾動。

（三）浮運沉管施工

1、水下溝槽開挖河兩岸岸標設置為兩對，分別示出挖溝的兩條邊線，并不時采用經緯儀校測溝位。水下溝槽開挖

對于通航的河流，可采用挖泥船、吸泥泵開挖溝槽。若河岸具備較寬空地，可采用索鏟挖泥裝置。對于松散土質的河底，則可采用水力沖射法挖泥開挖溝槽。水下溝槽開挖溝槽開挖到一定長度后，須打管子定位樁浮運沉管施工2、浮運與沉管當河面較狹窄時，可于放管對岸使用絞車或拖拉機用鋼絲繩將管子拖運至水面；當河岸無足夠場地作垂直排列管子時，采用浮筒法浮運管子。浮運沉管施工

3、管道接口管道接口一般采用伸縮法蘭接口。

浮運沉管施工4、水下回填潛水員于水下使用水槍進行回填。為防管道損壞，管頂以上填一層土，再填一層塊石予以保護，塊石上再填砂土。三、河面修建架空管

跨越河道的架空管通常采用鋼管，有時亦可采用鑄鐵管或預應力鋼筋混凝土管。一、管道過河方法的選擇二、水下鋪筑倒虹管三、河面修建架空管架空管鋪設注意點管距較長時，應設置伸縮節(jié)；于管線高處設自動排氣閥；為了防止冰凍與震害，管道應采取保溫措施，設置抗震柔口；在管道轉彎等應力集中處應設置鎮(zhèn)墩。（一）管道附設于橋梁上

管道跨河應盡量利用原建或擬建的橋梁鋪設?？刹捎玫醐h(huán)法、托架法、橋臺法或管溝法架設。（二）支柱式架空管

管道宜選擇于河寬較窄，兩岸地質條件較好的老土地段。支柱可采用鋼筋混凝土樁架式，或預制支柱。支柱式架空管的支柱形式（三）桁架式架空管

可避免水下操作，但應具備良好的吊裝設施。施工地段應具有良好的地質條件及穩(wěn)定的地形。

1、雙曲拱桁架桁架式架空管

2、懸索桁架懸索安裝時須將懸索按設計下垂度先予提高1/300跨長。凡金屬外露構件、鋼索等均應作防腐處理。（四）斜拉索架空管斜拉索架空管是采用高強度鋼索或粗鋼筋及鋼管本身作為承重構件，可節(jié)省鋼材。（五）拱管過河

拱是受力結構，鋼材強度較大，加上管壁較薄，造價經濟，因此用于跨度較大河流尤為適宜。拱管過河

1、拱管的彎制方法

(1)先彎后接法

(2)先接后彎法采用先彎后接法或先接后彎法彎制拱管，在管道焊接之后，均須進行充氧試驗或油滲試驗，以檢查管道滲漏情況。第三節(jié)

地下工程交叉施工交叉的管道與管道之間或管道與構筑物之間應保持適宜的垂直凈距及水平凈距。一、管道與管道交叉施工