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

第七章管道的特殊施工當(dāng)給排水管道通過鐵路、河流及重要建筑物等障礙物時(shí)，不能采用一般開挖溝槽的施工方法，而應(yīng)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(zhì)地完成管道工程任務(wù)。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(shè)、更換、修復(fù)、檢測和定位的施工技術(shù)。管道多采用抗壓強(qiáng)度高、剛度好的預(yù)制管道。方法主要有：頂管法、盾構(gòu)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(shù)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(shí)應(yīng)隨著挖深的增加逐段架設(shè)支撐。架軌開槽施工

穿越鐵路時(shí)給水管道于鐵路兩側(cè)應(yīng)設(shè)置閘門井；排水管道于兩側(cè)應(yīng)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(diǎn)

在城區(qū)內(nèi)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(shè)管道比較經(jīng)濟(jì)。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(qū)動(dòng)，施工時(shí)噪音遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開槽式敷設(shè)管道，幾乎沒有地盤沉降的現(xiàn)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(shè)管道。

無需隔斷交通噪音以及震動(dòng)都很小可以在很深的地下敷設(shè)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(jìn)法水力切削式推進(jìn)法土壓平衡式推進(jìn)法

泥水平衡式推進(jìn)法

擠壓式推進(jìn)法機(jī)械式推進(jìn)法擠密土層式推進(jìn)法手掘式推進(jìn)法

頂進(jìn)面狀況

管內(nèi)掘削狀況

井內(nèi)出土狀況

井上門吊出土擠壓式頂進(jìn)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(shí)，宜采用擠壓式頂進(jìn)法。水平鉆孔機(jī)械頂進(jìn)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(jìn)法

此法適宜穿越Ⅰ、Ⅱ級鐵路，其套管管徑應(yīng)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(chǔ)套管整體施工。力水切削式推進(jìn)法水沖頂管主要設(shè)施由工作頭部，高壓水泵，高壓進(jìn)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(jìn)法

通過向切削倉內(nèi)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(jī)造價(jià)低廉。無需泥漿處理，施工成本低。泥水平衡式推進(jìn)法

通過刀盤以及頂速平衡正面土壓力，調(diào)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(jìn)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(jìn)機(jī)適合于在各種地下土壤類型的頂管掘進(jìn)機(jī)。具有超強(qiáng)破碎能力的巖盤機(jī)可在巖石中頂進(jìn)。可破碎軸壓縮強(qiáng)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(zhì)1、淤泥質(zhì)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(jié)構(gòu)?？紫侗容^大，很容易在水動(dòng)力的作用下產(chǎn)生流沙現(xiàn)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(qiáng)風(fēng)化巖：含有大量黏土質(zhì)黏土礦物。干時(shí)可用手折斷或捏碎，浸水或干濕交替時(shí)可較迅速地軟化或崩解。5、微風(fēng)化及中風(fēng)化巖：強(qiáng)度大于50Mpa，硬度很高的巖石。幾種掘進(jìn)機(jī)的性能比較

掘進(jìn)機(jī)種地質(zhì)條件敞開式掘進(jìn)機(jī)多刀盤土壓平衡掘進(jìn)機(jī)單刀盤土壓平衡掘進(jìn)機(jī)刀盤可伸縮式泥水平衡掘進(jìn)機(jī)偏心破碎泥水平衡掘進(jìn)機(jī)巖盤掘進(jìn)機(jī)淤泥質(zhì)黏土掘進(jìn)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(dòng)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(jìn)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(dòng)力一般一般多多多環(huán)境影響小小大大大黃土掘進(jìn)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(dòng)力較少一般多多環(huán)境影響小小大大強(qiáng)風(fēng)化巖掘進(jìn)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(dòng)力較少一般多多環(huán)境影響小小大大巖石掘進(jìn)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(dòng)力大多環(huán)境影響小小三、頂管施工的技術(shù)問題

管道頂進(jìn)過程包括挖土、頂進(jìn)、運(yùn)土、測量、糾偏等工序。其操作要點(diǎn)為：1、挖土順序應(yīng)為自上而下分層開挖；2、前方與管側(cè)、管頂可超挖量應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件確定。3、管道頂進(jìn)應(yīng)連續(xù)作業(yè)；4、前方挖出的土應(yīng)及時(shí)外運(yùn)。（一）頂管工作坑的布置工作坑按其功能不同，通常可分為單向坑、雙向坑、多向坑、轉(zhuǎn)向坑、交匯坑等幾種。頂管工作坑的布置

當(dāng)在地下水位以上且土質(zhì)較好時(shí)，工作坑內(nèi)一般采用方木基礎(chǔ)；當(dāng)在地下水位以下時(shí)，應(yīng)澆筑混凝土基礎(chǔ)。

式中L1——工具管長度；

L2——管節(jié)長度；

L3——管尾出土預(yù)留長度(m)；

L4——頂進(jìn)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(dǎo)軌底面的高度(m)；

h3——基礎(chǔ)及其墊層的厚度(m)。（二）導(dǎo)軌的鋪設(shè)

1、導(dǎo)軌設(shè)置要求

(1)無論導(dǎo)軌鋪設(shè)在那種基礎(chǔ)上均要求穩(wěn)固，頂進(jìn)過程中不能產(chǎn)生位置改變；

(2)基底務(wù)求平整，滿足設(shè)計(jì)高程要求；

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

(4)導(dǎo)軌鋪設(shè)須嚴(yán)格控制內(nèi)距、中心線與高程，其縱坡要求與管道縱坡一致。（三）支設(shè)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(jì)算；方木應(yīng)臥到混凝土基礎(chǔ)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(yīng)保證壁面與頂進(jìn)方向垂直。

2、后座墻類型與要求設(shè)計(jì)后座墻時(shí)，其安全系數(shù)一般應(yīng)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(yīng)有足夠高度、寬度與長度，長度通常應(yīng)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(dòng)荷載不計(jì))及塊石后面土壤側(cè)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(cè)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(cè)壓力兩部分合成。

（四）頂力計(jì)算管頂應(yīng)具有足夠的頂力，才能克服管子在頂進(jìn)過程中土壤對管子產(chǎn)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(shí)：

有卸力拱時(shí)：

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(shí)：

P2=γ（H+D/2)tg（45°—φ/2）有卸力拱時(shí)：

P2=γ（h0+D/2)tg（45°—φ/2）

式中

γ——土壤容重(kN/m3)；

φ——土的內(nèi)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(zhì)量要求、檢測與校正

1、頂管允許偏差與檢驗(yàn)方法。

2、頂管質(zhì)量的檢測

(1)水準(zhǔn)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(jīng)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(jìn)2、泥漿套頂進(jìn)3、蠟覆頂進(jìn)泥漿套頂進(jìn)法可以不加破碎的排出孔徑約為頂管機(jī)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(jìn)（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(dǎo)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(nèi)設(shè)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(jìn)管段較長時(shí)，僅要求管頂前端附近與工作坑內(nèi)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(jìn)行土壤加固

矽化法適用于砂質(zhì)土壤(滲透系數(shù)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(yùn)，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(shè)；管橋架設(shè)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(zhì)等條件；過河管道水壓、管材、管徑；河岸工程地質(zhì)條件；施工條件及作業(yè)機(jī)具布設(shè)的可能性等。管道穿越河流施工方法比較過河方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)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(zhì)較好，過河管管徑較小圍堰過河法1、施工技術(shù)條件要求較高2、鋼管、鑄鐵管、預(yù)(自)應(yīng)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(huì)影響通航與河水正常流動(dòng)1、水下挖溝與裝管難度較大2、具有一定機(jī)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(shè)過河與沿公路橋過河法比較要費(fèi)人力、物力河流不太寬，兩岸土質(zhì)較好的條件下二、水下鋪筑倒虹管

給水管道兩端設(shè)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(yīng)對鋼管加強(qiáng)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(shè)置的頂管工作井，可作為倒虹管運(yùn)行時(shí)的檢查井。（二）圍堰法施工

在河床埋管應(yīng)考慮防止沖刷的措施，當(dāng)河底土質(zhì)不好時(shí)，應(yīng)作管基礎(chǔ)。當(dāng)河底為流砂時(shí)，應(yīng)于管道兩側(cè)加設(shè)固定樁，避免管道在流砂運(yùn)動(dòng)下發(fā)生滾動(dòng)。

（三）浮運(yùn)沉管施工

1、水下溝槽開挖河兩岸岸標(biāo)設(shè)置為兩對，分別示出挖溝的兩條邊線，并不時(shí)采用經(jīng)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(zhì)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(yùn)沉管施工2、浮運(yùn)與沉管當(dāng)河面較狹窄時(shí)，可于放管對岸使用絞車或拖拉機(jī)用鋼絲繩將管子拖運(yùn)至水面；當(dāng)河岸無足夠場地作垂直排列管子時(shí)，采用浮筒法浮運(yùn)管子。浮運(yùn)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(yùn)沉管施工4、水下回填潛水員于水下使用水槍進(jìn)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(hù)，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(shí)亦可采用鑄鐵管或預(yù)應(yīng)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(shè)注意點(diǎn)管距較長時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮節(jié)；于管線高處設(shè)自動(dòng)排氣閥；為了防止冰凍與震害，管道應(yīng)采取保溫措施，設(shè)置抗震柔口；在管道轉(zhuǎn)彎等應(yīng)力集中處應(yīng)設(shè)置鎮(zhèn)墩。（一）管道附設(shè)于橋梁上

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

管道宜選擇于河寬較窄，兩岸地質(zhì)條件較好的老土地段。支柱可采用鋼筋混凝土樁架式，或預(yù)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(yīng)具備良好的吊裝設(shè)施。施工地段應(yīng)具有良好的地質(zhì)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(shí)須將懸索按設(shè)計(jì)下垂度先予提高1/300跨長。凡金屬外露構(gòu)件、鋼索等均應(yīng)作防腐處理。（四）斜拉索架空管斜拉索架空管是采用高強(qiáng)度鋼索或粗鋼筋及鋼管本身作為承重構(gòu)件，可節(jié)省鋼材。（五）拱管過河

拱是受力結(jié)構(gòu)，鋼材強(qiáng)度較大，加上管壁較薄，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，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(jìn)行充氧試驗(yàn)或油滲試驗(yàn)，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(gòu)筑物之間應(yīng)保持適宜的垂直凈距及水平凈距。一、管道與管道交叉施工