1、第7章頂管和箱涵施工，7.1概述7.2頂管施工，7.3水平定向鉆施工，7.4箱涵施工，7.1概述，挖蓋施工廣泛應(yīng)用于城市市政管線和地下通道工程。然而，在管道埋深較大、靠近交通干線、對(duì)周圍環(huán)境的位移和地下水有嚴(yán)格限制的地區(qū)，采用非開(kāi)挖施工方法更安全、更經(jīng)濟(jì)。常用的非開(kāi)挖方法包括頂管法、水平定向鉆法和箱涵法。7.1概述、7.2頂管施工，頂管是用大功率頂推設(shè)備將管道頂推至終點(diǎn)完成鋪設(shè)任務(wù)的施工方法。頂管法施工過(guò)程如下：頂管工作井頂管出口孔壁對(duì)面的側(cè)壁為承壓墻，其上安裝液壓千斤頂和承壓墊然后將預(yù)制好的管接頭按設(shè)計(jì)軸線逐段推入土層直至下一個(gè)工作井的進(jìn)口孔壁。7.2頂管施工，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，頂管技

2、術(shù)不斷發(fā)展和推廣；20世紀(jì)70、80年代，長(zhǎng)距離頂管、接力室、泥漿減阻、計(jì)算機(jī)控制和激光制導(dǎo)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)相繼引進(jìn)和發(fā)展，最大頂管長(zhǎng)度已超過(guò)千米。嘉興污水處理頂管工程一次推進(jìn)2050米，創(chuàng)造了類似頂管工程的世界紀(jì)錄。頂管適用于各種土層，尤其是粘性土、粉土和砂土，也適用于非粘性土，如卵石、礫石和風(fēng)化殘積土。頂管法主要用于直徑300-4000的地下管線施工。該設(shè)備能平衡地下水壓力和土壓力，控制地表的抬升和沉降，并具有激光定向功能。頂升速度為200-300轉(zhuǎn)/分鐘。7.2.1頂管施工的關(guān)鍵設(shè)備工具管，又稱機(jī)頭，是頂管施工的關(guān)鍵設(shè)備，一般具有以下功能：掘進(jìn)、防塌、排泥和導(dǎo)向。不同的工具管有不同的特點(diǎn)，

3、因此應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求選擇合適的工具管。工具管按功能分類如下：(1)按掘進(jìn)功能可分為手掘、擠壓、半機(jī)械、機(jī)械和液壓挖掘工具管。(2)根據(jù)防塌功能，可分為機(jī)械平衡式、泥水平衡式、土壓平衡式、水壓平衡式和氣壓平衡式工具管。(3)根據(jù)排泥功能，可分為干排泥型和排泥水型工具管。7.2.1頂管施工的關(guān)鍵設(shè)備，中繼間頂管的關(guān)鍵設(shè)備類型工具管，長(zhǎng)距離頂推的關(guān)鍵設(shè)備是中繼間。對(duì)于長(zhǎng)輸管道，由于管道周圍摩擦的增加，一方面，主千斤頂?shù)捻斄κ怯邢薜?，不能無(wú)限增加；另一方面，主千斤頂?shù)捻斄σ彩艿焦艿涝S用應(yīng)力和后壁許用應(yīng)力的限制。為了解決上述問(wèn)題，繼電器室應(yīng)運(yùn)而生。使用中繼技術(shù)是將一條長(zhǎng)管道分成幾個(gè)部分

4、，并在各部分之間增加中繼環(huán)，分散主戰(zhàn)的最大力量?？傊鲬?zhàn)的頂力大于接力環(huán)。7.2.1觸變泥漿減阻是頂管施工中的關(guān)鍵設(shè)備。為了減少管壁周圍的摩擦，觸變泥漿套管的形成取決于工具管。在長(zhǎng)距離和超長(zhǎng)距離頂管施工中，由于施工周期長(zhǎng)，觸變泥漿容易因失水而失去作用。因此，應(yīng)在工具管沿管道的一定距離處設(shè)置灌漿孔，以便及時(shí)補(bǔ)充新的觸變泥漿。灌漿孔通常設(shè)置在中繼環(huán)附近。7.2.1對(duì)于頂管施工的關(guān)鍵設(shè)備，糾偏是指在工具管偏離設(shè)計(jì)軸線后，利用工具管的糾偏機(jī)構(gòu)改變管端方向，減小偏差的過(guò)程。目的是沿著設(shè)計(jì)推進(jìn)管道7.2.2頂管施工頂力的計(jì)算。頂管施工前，必須先計(jì)算頂力，然后根據(jù)計(jì)算出的頂力進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。與頂管施工直接相關(guān)的

5、施工設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：千斤頂?shù)倪x擇規(guī)格和數(shù)量，不采用繼電器間的最大頂進(jìn)距離，采用繼電器間的數(shù)量和間距，管端能承受的最大頂力，是否采用潤(rùn)滑劑，以及后壁設(shè)計(jì)。以及不同方案的比較等。在頂進(jìn)過(guò)程中，如果管道上的應(yīng)力大于其極限應(yīng)力，將導(dǎo)致管道變形和損壞，影響管道的正常安裝和使用。因此，為了避免對(duì)管道的損傷和接頭處的應(yīng)力集中，也有必要準(zhǔn)確估算頂升過(guò)程中的頂升力。7.2.2頂管施工中頂力的計(jì)算，根據(jù)工程特點(diǎn)和實(shí)測(cè)頂力的變化，影響頂力的主要因素歸納如下：(1)地質(zhì)條件的影響；(2)管徑的影響；(3)灌漿的影響。(4)頂升操作。如果頂升過(guò)程中停止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，重新啟動(dòng)時(shí)頂升力會(huì)明顯增加。由于停頓時(shí)間長(zhǎng)，周圍松散的土

6、體會(huì)坍塌在管壁上，同時(shí)水會(huì)從減阻泥漿中分離出來(lái)，失去減阻支撐作用，導(dǎo)致頂托阻力增加。(5)管道偏差的影響。在頂升過(guò)程中，偏差經(jīng)常發(fā)生。如果校正量過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致阻力增加，從而增加總頂力。一般來(lái)說(shuō)，在隧道進(jìn)出口處，管道的偏差較大，糾偏次數(shù)也較多，頂力明顯增加。7.2.2頂管施工頂力的計(jì)算上海市經(jīng)驗(yàn)公式上海市結(jié)合本地區(qū)土層的具體情況和觸變泥漿頂管工程的成熟經(jīng)驗(yàn)，提出了頂力的計(jì)算公式。F=KDL公式：D -管道外徑(m)；L -頂升距離(m)；K -采用觸變泥漿時(shí)每平方米管道的側(cè)向頂推力，上海地區(qū)取812 kN/m2；注：以上公式需根據(jù)其他地區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修改后才能使用。7.2.2頂管施工頂力的計(jì)算

7、，(2)頂力按理論公式計(jì)算：F1588KN。根據(jù)半經(jīng)驗(yàn)公式，頂管的前摩阻力為F1310KN頂部管道側(cè)壁摩擦力F22410KN?？傢斄Γ篎F1F2310 24102720KN。(1)工程概況本工程為廣州地鐵排水修復(fù)工程。地下位置很復(fù)雜。采用小口徑土壓平衡頂管法，施工中采用注漿減阻。右圖為施工方案。7.2.2頂管施工頂力的計(jì)算，施工過(guò)程中每20厘米記錄一次頂力值(見(jiàn)圖)。測(cè)得的最大頂力為800千牛。正面阻力的平均值越大，為300千牛頓。管程摩擦，在前40米。根據(jù)實(shí)測(cè)值，管程摩擦系數(shù)僅為0.3千牛頓/平方米；在最后41m，反算系數(shù)為3.3KN/m2，遠(yuǎn)小于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的頂力。因此，在實(shí)際工程中，應(yīng)根

8、據(jù)具體情況動(dòng)態(tài)修正計(jì)算參數(shù)，并積累當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)。7.2.4頂管施工工程實(shí)例、垂直頂管工程、7.2.3頂管施工技術(shù)、動(dòng)畫顯示、7.3水平定向鉆進(jìn)施工、7.3.1水平定向鉆進(jìn)施工原理、7.3.2水平定向鉆進(jìn)施工前測(cè)量、7.3.3水平定向鉆進(jìn)工程實(shí)例、水平定向鉆進(jìn)施工技術(shù)、定向擴(kuò)孔(300、300)水平定向鉆進(jìn)的導(dǎo)向鉆進(jìn)原理，大多數(shù)導(dǎo)向鉆進(jìn)采用射流輔助切削鉆頭，鉆頭通常為斜面，因此當(dāng)鉆桿不停轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 可以鉆直孔，而當(dāng)鉆頭朝某一方向前進(jìn)但不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆孔傾向于朝一個(gè)方向前進(jìn)。向前鉆進(jìn)時(shí)，通過(guò)跟蹤安裝在鉆頭上的發(fā)射器的信號(hào)，確定導(dǎo)向鉆的深度和方向，設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡的方法，確定偏離點(diǎn)(直線段成為曲線段的起點(diǎn))，

9、確定曲線段的曲率半徑，計(jì)算每根鉆桿的曲率半徑，7.3.2水平定向鉆進(jìn)施工前的測(cè)量，管道基礎(chǔ)的巖土分類(應(yīng)注意砂和淤泥質(zhì)粘土)， 城市地下障礙物調(diào)查(如雜填土、城市已有地下管線調(diào)查、7.3.2水平定向鉆施工前調(diào)查、靜力觸探(注意探孔回填)、管道儀器(適用于金屬管道的快速檢測(cè))、地質(zhì)雷達(dá)(可檢測(cè)障礙物和各種管道)、子場(chǎng)地75R/75T、電磁感應(yīng)法管道檢測(cè)儀器設(shè)備、RD400PXL、RD4000、電磁感應(yīng)法管道檢測(cè)儀器設(shè)備、EKKO 100增強(qiáng)型、 E K O 1000型、Noggin 250型、EKKO系列、SIR3000型(最新)、匹配天線、SIR系列、3207型、5103型、5100型、NEX

10、T、GSSI生產(chǎn)的天線、X3M型、 RIS-2K/ME型(多通道)、RIS系列、RIS-2K/0型(單通道)、寧夏路(靠近金沙江路輕軌站)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量圖、寧夏路(靠近金沙江路輕軌站)解釋剖面圖、7.3.3水平定向鉆工程實(shí)例峨眉站排水工程、排水管長(zhǎng)160毫米(2*6)頂管最深深度為6.09米。施工完成后，通牛發(fā)現(xiàn)一些管道疏通有障礙。2002年1月21日，一個(gè)管道檢測(cè)器被用來(lái)檢測(cè)排氣管。檢測(cè)結(jié)果顯示，幾個(gè)孔嚴(yán)重變形，排氣管截面呈橢圓形。(詳見(jiàn)管道檢測(cè)聯(lián)系人列表)。管道檢測(cè)設(shè)備圖(1)、管道檢測(cè)設(shè)備圖(2)、工程檢測(cè)結(jié)果圖、孔徑嚴(yán)重變形原因分析1。泥漿消耗不足導(dǎo)致?lián)跬翂Σ蛔恪?.管道的環(huán)剛度不符合設(shè)計(jì)要

11、求，導(dǎo)致頂管過(guò)程中無(wú)法承受外部壓力而變形。3.擴(kuò)孔不足會(huì)導(dǎo)致被拖管道與其周圍環(huán)境之間的摩擦增加。4.擴(kuò)孔器與管道的連接不完善。(目前，大部分管道用拖管頭固定器固定。當(dāng)其中一根管子受力后被偏壓時(shí)，其他管子將一起被偏壓，導(dǎo)致整體位移。)，7.4箱涵法施工，采用預(yù)制鋼筋混凝土箱涵頂進(jìn)法施工地下通道道路，其原理是在基坑內(nèi)的滑板上預(yù)制箱涵，用液壓千斤頂頂推箱涵，然后穿越道路下的箱涵。然后在箱涵的前后兩端修建引道。施工過(guò)程：基坑支護(hù)與開(kāi)挖-滑板-箱涵澆筑-頂進(jìn)施工及千斤頂安裝-鐵路或公路防護(hù)-箱涵頂進(jìn)-引道施工，7.4箱涵法施工，上海鎮(zhèn)北路立交位于滬寧鐵路與鎮(zhèn)北路交叉口，下一個(gè)立交道路工程采用箱涵頂進(jìn)法施

12、工。有四個(gè)單孔箱涵，包括兩條快速車道和兩條人行道。四個(gè)箱涵的總寬度為36.4米，長(zhǎng)度為35.7-39.4米，箱涵中心線與鐵路中心線的交角為79度。箱涵斷面見(jiàn)圖。工程地質(zhì)條件：由表及里，有褐黃色粉質(zhì)粘土(層厚2.32米)、灰色粉土(層厚2.88米)和灰色淤泥質(zhì)粘土(層厚7.3米)，下臥層為飽和水的軟淤泥質(zhì)粘土。7.4箱涵施工、背梁和滑板施工本工程中，背梁和滑板考慮形成連接結(jié)構(gòu)，背梁為鋼筋混凝土?；宸譃橐粋€(gè)快道滑板和兩個(gè)慢道滑板，滑板的坡度分別為7.14%。和5.83%。混凝土澆筑后，滑板表面應(yīng)用水泥砂漿找平。滑板表面涂有潤(rùn)滑隔離層，潤(rùn)滑劑為石蠟：機(jī)油1 4: 1，厚度3毫米，一層塑料為了減小箱涵頂進(jìn)過(guò)程中的摩擦力，在箱涵底部設(shè)置了氣墊?？燔嚨老浜灾貫?365噸，安裝