（市政工程专业论文）非开挖技术在排水工程中的应用研究.pdf

摘要 非开挖施工技术( t r e n c h l e s st e c h n o l o g y 或n o - d i g ) 是指在不开挖地表的 条件下铺设、修复和更换各种地下公用设施的任何一种技术和方法。与传统的 施工方法相比，具有不影响交通、不破坏环境、旋工周期短、综合成本低、安 全性好等优点。 城市雨、污水管道承担着城市捧水的重要任务城市雨、污水管道的建设 和维护标志着一个城市的文明化程度。城市雨、污水管道又是埋设最深的地下 管道，对雨、污水管道的重新铺设如果采用传统的开槽施工的方法，将对道路 交通造成巨大的影响，严重影响车辆的通行和行人的出入，给社会带来极大的 不便。 杨浦区是上海市沉管多发区，尤其是中原地区和五角场地区，自1 9 9 3 年来 每年均有多条路段发生沉管，造成路面塌陷，影响交通安全沉管发生的主要 原因是：原有排水管处于严重的流砂层中。流砂层在地下水的作用下极其不稳 定。 实践证明，非开挖技术是一项技术先进、实用性强、适用面广、效益好的 施工技术，在未来的城市建设中的作用将会越来越大，其应用前景十分广阔。 关键词：非开挖技术h d p e 管道内衬市政排水 a b s t r a c t t r e n c h l e s st e c h n o l o g yi sr e f e r r e dt oa n yt e c h n o l o g ya n dm e t h o dw h i c hi su s e dt o l a y , r e s t o r ea n dr e p l a c ev a r i o u sp u b l i cu n d e r g r o u n df a c i l i t i e sw i t h o u te x c a v a t i n gt h e e a r t h ss u r f a c e c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o nc o n s t r u c t i o nm e t h o d , t r e n c h l e s s t e c h n o l o g ye n j o y ss e v e r a la d v a n t a g e s ，s u c ha sn oe f f e c t so nt h et r a f f i c ，u od e s t r o yt o t h ee n v i r o n m e n t s ，s h o r tc o u s t m c t i o np e r i o d , l o wt o t a lc o s ta n dh i 【g hs e c u r i t y r a i na n ds e w a g ec o n d u i tb e a rav e r yi m p o r t a n tm i s s i o no fc i t y sd r a i n a g e t h e i r c o n s t r u c t i o na n dm a i n t a i ni n d i c a t et h ec i v i l i z a t i o nd e g r e eo ft h ec i t y w h a ti sm o r e , t h e ya r eu n d e r g r o u n dp i p e l i n e sb u r i e dm o s td e e p l yw h i c h w i l le x e r tg r e a te f f e c t so n t h er o a dt r a f f i c ，t h eg o i n gt h r o u g ho ft h ev e h i c l e sa n dp e d e s t r i a n sc o m i n ga n dg o i n g o u t ，a n dw i l lc a u s ei m m e n s ei n c o n v e n i e n c et os o c i e t yi ft r a d i t i o n a ls l o t t i n gm e t h o d i s u s e dt or e - l a yr a i na n ds e w a g ec o n d u i t y a n gp ud i s t r i c ti sa na r e aw h i c hb e a r sal o to fh e a v yt u b e e s p e c i a l l yc e n t r a l p l a i n sa r e aa n dw u j i a o c h a n g , w h e r eh e a v yt u b eh a sh a p p e n e di nm a n ym a ds e c t i o n s a l m o s te v e r yy e a rs i n c e1 9 9 3 ，w h i c hc a u s e dt h es u b s i d i n go ft h er o a ds u r f a c ea n d i n f l u e n c e dt h et r a f f i cs a f e t y t h em a i nc a u s eo ft h eh e a v yt u b ei s ：t h eo r i g i n a l d r a i n a g e - p i p eb e i n gi nt h eg r a v eq u i c k s a n dt i e r t h eq u i c k s a n dt i e rd o e s n o ts t a b i l i z e e x t r e m e l yu n d e rt h eg r o u n d w a t e re f f e c t i ti sp r o v e db yp r a c t i c et h a tt h et r e n c h l e s st e c h n o l o g yi sa na d v a n c e dt e c h n o l o g y w i t hs t r o n gp r a g m a t i cu s e , b r o a ds u i t a b i l i t ya n dg o o de f f i c i e n c yw h i c hw i l lp l a ya m o r ei m p o r t a n tr o l ei nt h ef u t u r ec i v i lc o n s t r u c t i o na n de n j o y sav a s ta p p l i c a t i o n p r o s p e c t k e yw o r d s ：t r e n c h l e s st e c h n o l o g y h d p ep i p e l i n ei n n e rl i n i n g m u n i c i p a l a d m i n i s t r a t i o no fd r a i n a g e 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：i 育、荤礁、 列m 湃3 月7 ) e 1 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 陌、荤珞、 为帕宫年弓月f ) b 第一章引言 第一章引言 1 1 概述 上海市雨、污水管道大多设计在道路中心线基层下面，承担着雨、污水的 排放。上海市地下水位高，管道常年处于高水位中，部分管道处于流砂层中( 以 杨浦区中原地带、普陀区尤为严重) ，受软土层不均匀沉降的影响，管道常发生 大面积损坏的现象。排水管道损坏之后，不仅造成雨、污水渗漏，影响地下水 质，而且引起路面塌陷。每年上海市用于沉管【1 l ( 指在流沙地区因管道接口渗漏 而引起的管道下沉、路面坍塌结构性损坏) 抢修的经费就高达几千万【2 li 以往 一般都是采用传统的开槽埋管修理技术，不但耗费了时间和人力、成本又高， 而且还要封闭道路，对城市交通和环境造成严重的影响。 沉管的发生和造成的危害在同行业中早已形成共识，沉管已成为一种灾害。 由于受技术条件的限制，以往发生沉管，一般都是采取开槽翻挖，重新敷设管 道。近年来，由于受交通条件的制约，采用非开挖技术抢修沉管倍受青睐，新 材料、新工艺的引进，使沉管抢修传统的“开膛破肚”技术受到挑战。在新材 料中，有了玻璃夹砂管、聚丙乙烯管、h d p e 双壁波纹管；在新工艺上，采取了 p e 内衬、聚氨酯堵漏、玻璃钢内衬、翻转内衬等等，可谓名目众多，不可胜数， 被权威人士喻为一次新的“革命”。近几年本市的云岭西路、四j l l ：l l ：路、翔殷路、 中原路、市光路等处的沉管抢修都采用了“非开挖技术”，既降低成本，又便利 交通，使传统的开挖技术望尘莫及1 3 1 。 1 2 非开挖技术在市政排水工程中的研究进展 尽管我国非开挖技术和设备近年来有了很大的发展，但与发达国家相比， 仍存在如下凡方面的问题： ( 1 ) 至今尚无明确的行业目录和行业主管部门； ( 2 ) 人员组合上存在着失衡现象，缺少懂得现代管理和经营的人员，并且缺 少掌握非开挖技术的旌工人员； ( 3 1 对非开挖设备的开发投人不足，对于大多数的非开挖工程，设备大多采 用德国、日本等发达国家的进口设备，设备国产化不够i ( 4 ) 设计尺寸和施工设备没有模数化，使设备不能被充分利用，阻碍了非开 第一章引言 挖技术的产业化； 目前，我国的非开挖工程主要为地下管线的铺设，随着社会经济的发展， 地下管线的更换和修复工程也将会逐渐增多，应加强对管线更换和修复方面的 研究： 旧在施工过程中，应尽可能地采用信息化施工通过对工程的监测，一方 面可以指导施工，实施控制，防止施工事故的发生。另一方面，为今后的工程 实践提供有价值的经验和第一手资料。这一点在很多非开挖工程中还未得到充 分的重视。 对非开挖施工方法的评估不能单单只考虑直接成本，应综合间接成本和社 会成本，考虑环境生态等方面的因素，各级主管部门应加强对非开挖技术的认 识，使非开挖技术得到推广加大设备研制的力度，吸收国内外的先进经验， 使施工设计尺寸和施工设备模数化，提高设备利用率，尽快形成适合我国国情 的设计规范和施工工艺。 有关专家指出，随着大量新技术、新材料运用，也给我们带来了新的课题， 如操作规程、质量验收标准、造价审核等，急待有关方面出新的“范本” 4 1 ，使 采用非开挖技术沉管更广泛、更合理地被利用。 城市管线地下化，将是市政建设的一项重要内容。加大城市地下空间的开 发利用，将城市的基础设施建造在地下，已成为未来发展的方向之一，非开挖 技术作为高新技术产业，将在未来的城市建设中担任重要的角色。 2 第二章非开挖技术的发展 第二章非开挖技术的发展 非开挖施工技术( t r e n c h l e s s t e c h n o l o g y 或n o - d i g ) 是指在不开挖地表的条 件下铺设、修复和更换各种地下公用设旋的任何一种技术和方法。它具有不破 坏路面、不影响交通、不污染环境，旆工速度快、周期短、成本低等优点。它 正在逐步取代传统的开挖施工法。是值得推广的一项新科技。利用非开挖技术 铺设地下管线在国外已有百余年发展历史，但是真正大规模应用于工程还只有 三十多年1 9 7 1 年，美国人克林顿马丁把定向钻探技术与传统铺管技术巧妙地 结合起来，发明了导向钻进铺管技术，引发了非开挖技术的一场革命1 5 1 。1 9 8 8 年，地面无线跟踪导航监测系统的开发利用，使导向铺管施工质量进一步提高、 标志着非开挖技术进入了一个崭新的发展阶段。 据资料反映，在西方发达国家中，非开挖管线工程施工量已占全部地下管 线工程施工总量的1 0 ，个别城市和地区如德国柏林市已高达4 0 。菲开挖设 备制造和材料供应商达4 5 0 多家，工程承包商达4 0 0 0 多家，各种非开挖施工方 法已达百余种。我国1 9 9 8 年用非开挖技术施工的占全部铺管工作量的o 2 ，而 非开挖技术在管道修复方面几乎为零1 6 1 。近年来，由于受交通条件的制约，以及 新材料、新工艺的引进，非开挖技术也有了飞速的发展。非开挖地下管线施工 技术可分为：非开挖铺设新管线、旧管的原位更换和修复破坏的旧管道三种基 本类型。与传统的开挖施工技术相比，非开挖施工技术的主要优点是： ( 1 ) 具有显著的社会效益。施工时不影响交通、不破坏环境( 绿地、植被、树木) 、 不干扰工厂、商店医院、学校和居民的正常生活与工作秩序； ( 2 ) 具有较好的经济效益。在相同情况下，非开挖施工的综合成本( 直接成本+ 间 接成本1 均低于开挖法施工，而且管径和埋深越大时越明显【7 1 。部分非开挖施工 方法的直接成本甚至低于开挖法施工； ( 3 ) 施工速度快。由于辅助工程( 如槽壁支护、回填等) 少，施工速度大大快于开挖 施工： ( 4 ) 可用于传统的开挖施工法无法施工或不允许进行开挖旌工的场合，如穿越大 3 第二章非开挖技术的发展 型河流、湖泊、交通干线、建筑物等l s l ； 改革开放以来，随着社会经济的高速发展，我国的城市化进程不断加快，市 政公用管道建设不断升级，有许多管道需要铺设在已经建成的道路或者其它城 市设施下面。如果采用传统的开挖施工方法，不但耗资巨大，而且会对城市环 境、居民生活、交通管理等带来许多不利的影响，因此非开挖施工技术越来越 受到人们的重视。 2 1 国外非开挖技术的发展概况 2 1 1 美国的非开挖技术发展 美国是一个非开挖技术和市场的大国，它在很大程度上代表着世界非开挖技 术及其应用的水平。美国非开挖技术的发展大体可分为三个阶段：1 9 6 0 年以前 为第一阶段；1 9 6 0 1 9 8 5 年为第二阶段；1 9 8 5 年至今为第三阶段。非开挖技术 在美国使用是在1 9 世纪末，第一个顶管项目约于1 8 9 0 年完成。1 9 6 0 年以前采 用的非开挖铺管方法主要是顶管法、湿钻法和水平螺旋钻进法，主要用于煤气、 自来水和污水管线穿越公路和铁路施工聊。从6 0 年代到1 9 8 5 年，非开挖技术的 引进形成了一个高潮。社会对各种地下管线系统的需求促进了非开挖技术迅速 发展。气动矛在6 0 年代引入美国，在小直径管线施工中得到应用。塑料管的引 入使滑动内衬修复管道方法的应用很快推开。顶管方法得到了改进，开始向自 动化方向发展。少数承包商开始采用水平定向钻进技术来旌工穿越河流的管线。 在美国，先进的微型隧道铺管方法应用还处于初级阶段。全国约有3 0 台微 型隧道设备在运行，主要用于铺设排污管，少量用于自来水和煤气工程。与此 形成鲜明对照的是，目前有几百台常规顶管系统用于施工。 导向钻进系统于8 0 年代中期在美国研制成功。该技术的推广迅速获得显著 成效。美国现有十几家制造商提供这种技术。1 9 9 3 年全国开动导向钻进设备 1 3 0 0 1 5 0 0 台，用该方法铺设管线总长3 2 0 0 k i n 。 水平定向钻进铺管技术7 0 年代初在美国开发出来。至1 9 9 2 年底，全世界 4 第二章非开挖技术的发展 用该技术完成管道穿越( 主要为中、大型河流) 共2 4 0 0 次，铺管总长超过8 0 0 k m ， 其中7 5 的施工在美国嗍。美国公司是该技术最大的设备制造商和铺管施工承 包商。 水平螺旋钻铺管法是美国使用最早和最广泛的非开挖方法。首台水平螺旋 钻于1 9 3 5 年在美国问世。全世界现有的5 0 0 0 多台水平螺旋钻机大多数在美国。 现代设备在方向控制、铺管长度和直径以及应付复杂地层条件的能力方面，都 比传统设备有了长足的进步 地下管线修复是目前美国非开挖施工的最大市场。此方面的方法、系统的 种类和数量每年都在增加。一些方法，如“原位固化法”和“变形一再成形法” 用于捧污管修复效果十分明显，在许多场合作为最佳方案而取代了传统的开挖 方法。使用较早的“滑动内衬法”用于煤气、自来水和排污管的修复已是司空 见惯。碎管换管法的应用近年来明显得到增长，如俄克拉荷马市1 9 9 4 年用该法 更换管道1 5 万米l i l i 。 2 2 我国的非开挖技术发展状况 我国的非开挖铺管技术发展起步相对较缓。1 9 7 8 年首次引进水平螺旋钻， 1 9 8 5 年引进了首台h d d 钻机及气动矛、夯管锤【1 2 l 。自1 9 9 0 年以后，我国在引 进国外先进技术的基础上，开始自主研发h d d 钻机及气动矛、夯管锤，并在市 政工程中大力推广应用。近年来，随着导航定位精度的不断提高。施工设备能 力的逐渐增强，以及管材业的高速发展，非开挖技术的应用也越来越广泛，铺 管能力己由初期的单孔单管线、短距离小口径管道、单一钢管铺设发展到单孔 多管线、长距离大口径管线、各种材质管道的铺设。在各种非开挖管道技术中， 应用较多的有顶管、盾构等方法。 我国非开挖技术的发展大致可以分为三个阶段f 1 3 1 ： 第一阶段在7 0 年代末至8 0 年代中期。由于在城市管线施工中，往往会遇 到不允许开挖路面的特殊情况，如北京市的东西长安街就不允许歼挖，从而促 进了现代非开挖技术在我国的前期发展。由于具有应急特征，所以技术水平不 5 第二章非开挖技术的发展 高，一旦工程结束，研制的设备也柬之高阁，根本形不成产业和市场。 第二阶段在8 0 年代中期至9 0 年代中期。随着改革开发的深入，我国经济 建设进入持续快速发展期，城市基础设施建设投入力度明显加大，对非开挖技 术的需求也日益增加，逐渐出现了从国外引进非开挖技术装备的高潮。如中国 石油管道工程局以及各地市政公司、煤气公司等在1 0 年中引进的非开挖技术装 备就有近百台。引进高潮自然促进了非开挖技术在我国的发展。 第三阶段自9 0 年代初开始，在引进国外技术和装备的同时，我国原地质矿 产部等部委和系统开始自己开发研制非开挖技术和装备，并取得了一些可喜的 成绩，扼止了设备的大宗引进。同时涌现了一批专门或兼营非开挖技术的施工 公司。进入了艰难的创业期。 但是，由于起步较晚，我国非开挖技术、设备的发展、研制和应用与发达 国家相比差距很大，据中国非开挖技术协会对3 0 多家会员单位调查表明，1 9 9 8 年我国用菲开挖技术旄工铺管的工作量占全部工作量的n 2 ，而非开挖技术在 管道修理方面的应用几乎为零。 上海从1 8 6 4 年埋设第一根煤气管道以来，目前各类地下管线累计己达3 万 多公里，而且每年都在扩、更新和规划新排。上海的非开挖技术研究工作开始 于5 0 年代，在9 0 年代得到发展，近几年发展较快。已经用非开挖技术多次成 功地穿越了黄浦江、重要的街道、铁路和高速公路。比如，近几年上海隧道股 份有限公司在合流污水一、二期的管道敷设；上海天然气公司将3 根直径6 0 0 r a m 的天然气钢管成功地穿越黄浦江底；上海大众燃气市南公司采用非开挖修复技 术在延安东路闹市区施工，修复了一根长1 5 0 0 米的天然气地下管道。上海普陀 区市政公司用非开挖p e 内衬修复技术先后修复了口径9 0 0 m m 2 4 6 0 m m 的6 条 排水管道，有效的控制了由于地下管道严重错位所导致的路面塌陷现象。 上海使用的非开挖设备也比较先进，科研、设计、制造、施工的技术力量 比较雄厚，煤科院上海分院和上海隧道股份有限公司都已开发出了自己的非开 挖设备。国外一些厂商也纷纷在上海建厂和设立代销商，销商世界上比较先进 的、自动化程度比较高的非开挖设备。 6 第二章非开挖技术的发展 进入新世纪后，全球加快了城市化进程，城市化趋势不可逆转，为确保国 民经济和可持续发展，加大城市地下空间有偿开发利用的力度，将城市相关的 基础设旌建造在地下，已经成为未来城镇建设的必然发展方向，而首当其冲的 是城市各类管网的地下化和城市交通的立体化，所以，推动非开挖技术的发展 前景十分辉煌。 2 3 国内外的非开挖技术最新发展状况 在国外，非开挖技术的发展极为迅速，施工工艺日趋成熟，施工设备不断 完善，应用范围不断拓宽。以下几个发展趋势尤其值得注意： ( 1 ) 管道更换和修复技术迅速发展 ( 2 ) 水平定向和导向钻机向系列化、自动化、智能化和硬岩钻进等方向发展 ( 3 ) 重视施工的安全和环保问题 ( 4 ) 小口径顶管掘进机向高精度、小型化等方向发展 气动冲击矛向可导向和智能化方向发展 汹涌现出一批新的施工工艺 企业兼并、重组和强强联合日显国际化 2 4 我国非开挖技术现状及前景 我国从事非开挖铺管施工的单位( 公司) 目前约有4 0 家。目前全国拥有各型 铺管机( 含进口的) t o o 台左右，并且多数集中在上海、天津、北京等大城市【。 现在在国内已能施工穿越黄河、海河、黄浦江等大直径、长距离油气管道。但 和世界发达国家相比，尚处于发展初始阶段。随着我国城市、交通、电信、油 气管道等基础设施的建设，包括西部大开发和西气东输等工程的启动，加上国 家环保立法的完善，非开挖技术在我国的市场容量十分宽广，包括制造与旌工， 均有待有志者的努力与开拓。 7 第三章排水管材的选择与应用 第三章排水管材的选择与应用 3 1 概述 捧水管道必须具有足够的强度，以承受外部的荷载和内部的水压；为了保 证运输和施工中不致破裂，也必须使管道具有足够的强度。排水管道还应具有 抵抗污水中杂质的冲刷和磨损的作用，也应该具有抗腐蚀的能力，以免在污水 或地下水的侵蚀作用下很快损坏。排水管道必须不透水，以防止污水渗出或地 下水渗入。摊水管道内壁应光滑，使水流阻力尽量减小，另外应就地取材，并 考虑到快速施工的可能，尽量节省造价1 1 5 1 。根据管道材质不同，排水管道的材 料有：混凝土、钢筋混凝土、石棉水泥、陶土、铸铁、塑料等。 市政排水多采用预制的混凝土管和钢筋混凝土管。近几十年来，随着塑料 管的原料合成生产、管材管件制造技术、设计理论和施工技术等方面的发展和 完善，塑料管在市政管道工程中得到了突飞猛进的发展，并逐步占据了相当重 要的地位。 3 2 陶土管 陶土管是由塑性黏士制成的。为了防止在焙烧过程中产生裂缝，通常按一 定比倒加入耐火黏土及石英砂，经过研细、调和、制坯、烘干、焙烧等过程制 成。根据需要可制成无釉、单面釉的陶土管。若采用耐酸黏土和耐酸填充物， 还可以制成特种耐酸陶土管。 陶土管一般制成圆形断面，有承插式和平口式两种形式，如图3 1 所示： 喧旮留 ( a ) 承插管 ( b ) 直管 图3 1 接口形式 8 蔓三童苎查篁堑堕堡堡兰鏖旦 陶土管一般口径较小，一般用于浅埋的排水管道，如雨水口连接管；缸瓦 管有单面釉和双面釉两种产品，普遍用做生活污水管道和酸性废水管道；陶瓷 管由高岭土等材料成型后焙烧面成，为高级耐腐蚀管道；随着塑料工艺的发展， 这类管道的使用越来越少 3 3 金属管 常用的金属管有铸铁管及钢管。市政重力流捧水管道一般很少采用金属管， 只有当排水管道承受高内压、高外压或对渗漏要求特别高的地方，如排水泵站 的进出水管、穿越铁路、河道的倒虹管或靠近给水管道和房屋基础时，才采用 金属管。在地震强度大于8 度的地区或地下水位高、流沙严重的地区采用金属 管。 金属管道质地坚固，抗压，抗震，抗渗性能好；内壁光滑，水流阻力小； 管道每节长度大，接头少。但价格高，钢管抗酸碱腐蚀及地下水侵蚀的能力差 因此，在采用钢管时必须涂刷耐腐蚀的涂料并注意绝缘。 3 4 预制砼管和钢筋砼管 预制的混凝土管和钢筋混凝士管分混凝土管、轻型钢筋混凝土管、重型钢 筋混凝土管几种。可以在专门的厂家预制，也可以现场浇筑。管口形状有承插 口、平口、圆弧口、企1 3 等，如图3 2 所示。 二刍畦= 汹承插口 一。- _ _ 。一 ( b ) 日弧口 仁一j i 一 沁 圜弧口 二二盈二二 m 企口式 图3 , 2 砼管接口形式 混凝土管道和钢筋混凝土管道便于就地取材，制造方便，而且可以根据抗 9 第三章捧水管材的选择与应用 压的不同要求，制成无压管、低压管、预应力管等，因此在捧水工程中被普遍 采用其主要缺点是抵抗酸、碱侵蚀及抗渗性能较差、管节短、接头多、施工 复杂另外大管径管道的自重大，搬运不方便。在地震强度大于8 度的地区及 饱和松砂、淤泥和淤泥土质、冲填土的地区不宜敷设。 混凝土管的管径一般小于4 5 0 m m ，长度多为l m ，适用于管径较小的无压管。 在管道埋深较大或敷设在土质条件不良地段，当管径大于4 0 0 r a m 时通常都采用 钢筋混凝土管。混凝土和钢筋混凝土排水管管材产品规格参见表3 1 、表3 2 、 表3 3 表3 1 重型钢筋混凝土管道标准规格与技术条件 管体尺寸 套 环外压试验 公称 最小 最小填缝 最小 最小 内径安全荷载裂缝荷载破坏荷载 管长壁厚宽度管长壁厚 n u n ( k g m m )( k g m m )( k g m m ) r a mm mm mi m mm m 3 0 02 0 0 05 81 51 5 06 03 4 0 03 6 0 0训) 0 0 3 5 02 咖 6 0 1 51 5 0 6 5 3 4 0 03 6 0 0 4 4 0 0 4 0 02 0 0 0 6 5 1 51 5 06 73 4 0 03 8 0 0绷 4 5 02 0 0 0 6 7 1 52 0 07 53 4 0 04 0 0 05 2 0 0 5 0 02 0 0 07 51 52 0 08 03 4 0 04 2 0 06 1 0 0 6 5 02 0 0 0 8 01 5 2 0 0 9 0 3 4 0 04 8 0 06 8 0 0 7 5 02 0 ( ) 09 01 52 0 09 53 6 0 05 0 0 08 2 0 0 8 5 02 0 0 09 51 52 0 01 0 03 6 0 05 5 0 09 1 0 0 9 5 02 0 0 01 0 01 82 5 01 1 03 6 0 06 1 0 01 1 2 0 0 1 0 5 02 0 0 01 1 01 82 5 01 2 54 0 0 06 6 0 01 2 1 0 0 1 3 0 02 0 0 01 2 51 82 5 01 7 54 1 0 08 4 0 01 3 2 0 0 1 5 0 02 0 0 01 7 s1 82 5 06 06 7 0 01 0 4 0 01 8 7 0 0 整三兰堡查笪塑堕垄墨皇鏖旦 袭3 2 轻型钢筋混凝土管道标准规格与技术条件 管体尺寸 套环 外压试验 公称最小最小填缝最小最小 安全荷载裂缝荷载破坏荷载 内径管长壁厚宽度管长壁厚 ( k g m m )( k g m m )( k g m m ) m mm mm mm m m mm m 1 0 02 0 0 0 2 51 51 5 02 5 1 9 0 02 3 0 0 2 7 0 0 1 5 02 0 0 0 2 5 1 5 1 5 02 51 4 0 0 1 7 0 02 2 0 0 2 2 0 0 02 71 51 5 0 2 71 2 0 01 5 0 02 0 2 5 02 0 0 0 2 81 51 5 0 2 81 1 0 01 3 0 0 1 8 0 0 3 2 0 0 03 01 5 1 5 03 01 1 1 4 0 01 8 0 0 3 5 02 0 0 03 31 5 1 5 03 3 1 1 0 01 5 0 02 1 0 0 枷2 0 0 03 51 51 5 0 3 51 1 0 01 8 0 0 2 4 0 0 4 5 02 0 0 0 4 01 52 0 0 4 01 2 0 01 9 0 0 2 5 0 0 5 0 02 0 0 0 4 21 52 0 0 4 21 2 2 0 0 0 2 9 0 0 6 2 0 0 0 5 01 52 0 05 01 5 0 0 2 1 0 03 2 0 0 7 0 02 0 0 05 51 52 0 0 5 51 5 0 02 3 3 8 0 0 8 0 02 0 0 06 51 52 0 0 6 51 8 0 0 2 7 0 04 4 0 0 9 2 0 0 07 01 52 0 07 01 9 0 0 2 9 0 0 4 8 0 0 1 0 0 02 ) o7 5 1 82 5 07 5 2 0 0 03 3 0 05 9 0 0 1 1 0 02 0 0 08 5 1 82 5 08 52 3 0 0 3 5 0 06 3 0 0 1 2 0 02 0 0 09 01 82 5 0 9 02 4 0 03 8 0 0 6 9 0 0 1 3 5 02 0 0 0 1 0 01 82 5 01 0 02 5 0 0 3 8 0 08 0 0 0 1 5 0 02 0 0 01 1 52 2 2 5 01 1 53 1 0 0 4 9 0 09 0 0 0 1 6 5 02 0 0 01 2 5 2 22 5 01 2 5 3 3 0 05 4 0 09 9 0 0 1 8 0 02 0 0 01 4 0 2 22 5 01 4 03 8 0 0 6 1 0 01 1 1 0 0 第三章捧水管材的选择与应用 表3 3 混凝土管道标准规格与技术条件( j g l 3 0 - - - 6 7 ) 管体尺寸夕卜压试验 公称内径 最小管长最小壁厚 安全荷载，破坏荷载 m m m mm m ( k g m m )( k 毋- n m ) 7 51 0 0 02 52 0 0 02 4 0 0 1 0 01 0 0 02 51 6 0 01 9 0 0 1 5 01 0 0 02 5 1 2 0 01 枷 2 0 01 0 0 02 71 0 0 01 2 0 0 2 5 01 0 0 03 31 2 0 01 5 0 0 3 1 0 0 04 01 5 0 01 8 3 5 01 0 0 05 01 9 0 02 2 0 0 4 0 01 0 0 06 02 3 0 02 7 0 0 4 5 0 1 0 0 06 72 7 0 03 3 0 0 3 5 塑料管 塑料以合成树脂为主要成分，是一种高分子材料。它具有许多独特的优异 性能，特别是质量轻，耐腐蚀性能好，德国在1 9 3 7 年首先采用硬质聚氯乙烯 ( u p v c ) 塑料管做为供排水及酸等腐蚀性强的液体的输送管道“”。7 0 多年来，塑 料管道的优越性已逐步被人们所认识，并被世界各国逐步采用，特别是西欧、 美、日等国已普遍应用。我国的塑料管道应用较晚，但近几年随着生产技术和 工艺的发展有了很大的提高，塑料管道得到了极大的发展。已经逐步应用在各 行各业，常用在市政排水工程中的塑料管道有：硬质聚氯乙烯管( u p v c ) 、聚乙 烯管( p e ) 、玻璃钢夹砂管( f r p ) 等。 3 5 1 硬质聚氯乙烯管( u p v c ) 硬质聚氯乙烯管( u p v c ) 是目前国内外都在大力发展和应用的新型化学建 材，根据其生产工艺的不同又分为径向加筋管、螺旋缠绕管、双壁波纹管等“耵。 3 5 1 1 ( u p v c ) 径向加筋管 第三章捧水管材的选择与应用 聚氯乙烯径向加筋管是采用特殊模具和成型工艺生产的u p v c 塑料管，其 特点是减薄了管壁厚度，同时还提高了管体承受外压荷载的能力，管外壁上带 有径向加强筋，起到了提高管材环向冈度和耐外压强度的作用。此种管材在相 同的外荷载能力下，可比普通u p v c 管节约3 0 左右的原料。 3 5 1 2( u p v c ) 螺旋缠绕管 螺旋缠绕管是由带有t 型肋的u p v c 塑料板材卷制而成，板材之间由快速 嵌接的自锁机构锁定，在自锁机构中加入粘结剂粘合。这种制管技术的最大特 点是可以在现场按工程需要卷制成不同直径的管道，管径为1 5 0 1 6 0 0 m m 。 3 5 1 3 ( u p v c ) 双壁波纹管 聚氯乙烯波纹管管壁纵截面由两层结构组成，外层为波纹状，内层光滑， 这种管材可比普通u p v c 管节省4 0 的原料，并且有较好的承受外荷载能力。 3 5 2 聚乙烯管( p e ) 聚乙烯管按其密度不同分为高密度聚乙烯管( h d p e ) 、中密度聚乙烯管 ( m d p e ) f f t l 低密度聚乙烯管0 , d p e ) 。h d p e 管具有较高的强度和刚度；m d p e 管 除了有h d p e 管的耐压强度外，还具有良好的柔性和抗蠕变性能；l d p e 管的柔 性、伸长率、耐冲击性能较好，尤其是耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好。 在0 1 1 # l , ，h d p e 和m d p e 管被广泛用作城市燃气管道、城市供水管道、城市排 水管道，目前国内的h d p e 管和m d p e 管主要用作城市燃气管道、市政排水管 道嘲。 3 5 3 玻璃钢夹砂管( f r p ) 玻璃钢夹砂管是采用短玻璃纤维离心或长玻璃纤维缠绕、中间夹砂工艺制 作，管壁略厚，环向刚度较大，可用作承受内、外压的埋地管道。玻璃钢夹砂 管具有强度高、质量轻、耐腐蚀等特点，可用于化工等工业管道，尤其适用于 做大口径市政给水排水管道。 通常的玻璃钢夹砂管由内衬层、结构层和表面层构成“”。内衬层的树脂含 第三章捧水管材的选择与应用 量很高，具有很好的防腐、防渗功能；结构层由连续纤维缠绕层和树脂砂浆层 组成，起承受荷载、抵抗变形的作用；表面层由抗老化添加剂和树脂配制而成， 能防止大气老化等。 玻璃钢夹砂管有如下特点： l 讳| 质具有优良的耐腐蚀的特性； 2 1 水力特性上因其内壁非常光滑，糙率和摩阻力很小，能显著减少沿程的流 体压力损失，因此输送能力比同1 3 径钢筋混凝土管和钢管大，作为污水压力管 还有节能作用； 3 1 重量轻，不仅便于运输装卸和吊装，i l 丽b 对管下地基的承载力要求低； 4 ) 管道接口采用f 型柔性接1 3 ，管节间不均匀沉降时不易发生接口渗漏t 顶 管施工纠偏方便。 3 5 4 模压聚丙烯管( f r p p ) 模压聚丙烯管以聚丙烯作为原料并掺入一定量的玻璃纤维，采用挤出模压 成型工艺该管材具有质量轻、强度高、耐腐蚀、水阻力系数小、接口方便、 水密性能好等优点，用于市政捧水管道，不仅施工快、周期短，且能适应管道 的不均匀沉降，使用寿命可达8 0 年以上啪1 。 3 6 埋地塑料管技术标准 技术规程有：埋地用聚乙烯( p e ) 结构壁管道系统第1 部分：聚乙烯双壁 波纹管材( g b t1 9 4 7 2 ，1 - - 2 0 0 4 ) ：埋地用聚乙烯( p e ) 结构壁管道系统第2 部分：聚乙烯缠绕结构壁管材( g b t1 9 4 7 2 ，2 - - 2 0 0 4 ) ；埋地聚乙烯排水管管 道工程技术规程( c e c s1 6 4 ：2 0 0 4 ) 埋地聚氯乙烯管道的国家标准和施工技 术规程有：埋地排水用硬聚氯乙烯( p v c - - u ) 双壁波纹管材( g b t 1 8 4 7 7 - - 2 0 0 1 ) ；埋地排污、废水用聚氯乙烯( p v c - - u ) 管材( g b t1 0 0 0 2 ，3 1 9 9 6 ) ； 埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程( c e c s1 2 2 2 ：2 0 0 1 ) 。玻璃钢夹砂管 道的产品标准和技术规程有：玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管 1 4 第三章捧水管材的选择与应用 ( j 嘞8 1 9 9 8 ) ， 埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树腊夹砂管管道工程施 工及验收规程( c e c s1 2 2 9 ：2 0 0 1 ) 洲。 3 7 排水管道的接口形式 排水管道的不透水性和耐久性，在很大程度上取决于敷设管道时接口的质 量。管道接口应具有一定足够的强度、不透水、能抵抗污水或地下水的侵蚀并 有一定的弹性，根据接口的弹性，一般分为柔性、刚性、半刚性三种形式嘲。 柔性接口允许管道纵向轴线交错3 s m m 或交错有一个较小的角度，而不 致引起渗漏，常用的柔性接口有沥青卷材及橡胶圈接口沥青卷材接口用在无 地下水、地基软硬不一，沿管道轴向沉陷不均匀的无压管道上。橡胶圈接口使 用范围更加广泛，特别是在地震区，对管道抗震有显著作用。柔性接口施工复 杂，造价较高，在地震区有它独特的优越性。 、 刚性接口不允许管道有轴向的交错。但比柔性接口施工简单、造价较低， 因此采用较广泛。常用的刚性接口有水泥砂浆抹带接口、钢丝网水泥砂浆抹带 接口刚性接口抗展性能差，用在地基比较良好，有带形基础的无压管道上 半柔半刚性接口介于柔性和刚性两种形式之间，使用条件与柔性接口类似， 常用的是预制套环石棉水泥接口。 下面介绍几种常用的接口方法。 ( 1 ) 水泥砂浆抹带接口 在管子接口处用1 ：( 2 5 3 ) 水泥砂浆抹成半椭圆形或其他形状的砂浆带， 带宽1 2 0 1 5 0 m m ，属于刚性接口。一般适用于地基土质较好的雨水管道，或用 于地下水位以上的污水支线上。企i ：1 管、平口管、承插管均可采用此种接1 3 。 ( 2 ) 钢丝网水泥砂浆抹带接口 属于刚性接口。将抹带范围的管外壁凿毛，抹1 ：2 5 水泥砂浆一层厚5 r a m ， 中间采用2 0 号1 0 1 0 钢丝网一层，两端插入基础混凝土中，上面再抹砂浆一 层厚l o m m 。适用于地基土质较好的具有带形基础的雨水、污水管道上。 ( 3 ) 橡胶圈接口 第三章捧水管材的选择与应用 属于柔性接口接口结构简单，施工方便，适用于施工地段土质较差地基 硬度不均匀，或地震地区。 ( 4 ) 预制套环石棉水泥( 或沥青砂) 接1 2 1 预制套环石棉水泥( 或沥青砂) 接口属于半刚半柔接口，石棉水泥重量比为 水：石棉：水泥= l ：3 ：7 ( 沥青砂配比为沥青：石棉：砂- - - - 1 ：0 6 7 ：0 6 7 ) 。适用于地 基不均匀地段，或地基经过处理后管道可能产生不均匀沉陷且位于地下水位以 下，内压低于l o m 的管道上。 ( 5 ) 石棉沥青卷材接口 属于柔性接口。石棉沥青卷材为工厂加工，沥青砂重量配比为沥青：石棉： 细砂= 7 5 ：1 ：2 5 先将接e l 处管壁刷净烤干，涂上冷底子油一层，再刷沥青玛蹄 脂厚3 m m ，再包上石棉沥青卷材，再涂3 r a m 厚的沥青砂，这叫“三层做法”。 若再加卷材和沥青砂各一层，便叫“五层做法”。一船适用于地基沿管道轴向沉 陷不均匀地区。 ( 6 ) 顶管旅工常用的接口形式 混凝土( 或铸铁) 内套环石棉水泥接1 2 1 ，一船只用于污水管道。 沥青油毡、石棉水泥接口，麻辫( 或塑料圈) 石棉水泥接口，一般只用于 雨水管道。 1 6 第四章捧水管道的施工、损坏、检测 第四章排水管道施工、损坏、检测 4 1 概述 开槽法施工，一般包括以下工序： 1 、测量放线，根据设计图纸的内容，在地面上确定管道及有关地物的实际 位置。 2 、沟槽开挖，包括土方挖掘和运输，排水以及管道基础处理等作业项目。 当道路已建路面时，还包括路面开挖。 3 、沟壁支撑，支撑结构的作用是在基槽( 坑) 挖土期间挡土、挡水，保证基 槽开挖和基础结构功能安全、顺利地进行。 4 、管道安装，包括下管和稳管、检查井砌筑以及管道接口，管道接口的质 量是排水管道质量好坏的重要环节。 5 、沟槽回填，包括沟槽土方回填、分层夯实、场地清理等。 4 2 开槽埋管施工技术 4 2 1 管道的测量放线工作 ( 1 ) 施工测量 管道工程旖工测量有两个任务：一是把图纸上设计的管道先放到地面上， 按设计的意图去指导管道的施工，二是把已施工的管道情况反映到竣工图纸上， 作为资料归档，并用它指导管道的日常维护检修工作， 施工测量的内容主要有两个方面：一是用坐标法确定管道及有关地物的位 置，要使用的仪器是经纬仪，也可用大、小平板仪以及全站仪等；二是使用高 程数据( 标高) 确定管道的埋深，主要使用水准仪。 ( 2 ) 管道的放线工作 临时水准点和管道轴线控制点的设置应便于观测且必须牢固，并应采取保 护措施。开槽铺设管道的沿线临时水准点，每2 0 0 m 不宜少于1 个。 1 7 第四章捧水管道的旌工、损坏、检测 首先是根据管道的起点、终点和转折点的设计坐标，或者和其他固定建筑 物的关系，把它们测放到地面上，然后沿管道中线方向进行中线测量和纵断面 水推测量。 施放管道节点先根据管道起点、终点和转折点的设计坐标计算出这些 点与附近控制点和固定建筑物之间的关系；然后根据这些关系，把这些点用桩 固定在地面上，为了避免出错，每个点都要进行校核。在标定管道起点、终点 和转折点之前，首先要了解设计管道的走向和已有控制点的分布情况，并结合 实际地形考虑上述每一个点的具体方位。若是在敷设管道的附近没有控制点， 就需要先用导线测量的方法，在管道的附近敷设一条导线。把较远控制点的坐 标、高程数据，测算至导线折点上来，再根据导线点确定管道转折点，把设计 图上的管道位置，旌放在地面上。 中线测量当管道的中线位置在地面上确定以后，即开始量距和测定转 折角的工作。沿管道走向每量一定长度钉一桩，称为里程桩。在特殊地点还可 以加桩。转折角点复测夹角。有时在管道设计前，己在初次定线测量时保留下 起点。终点以及转折点的桩子。施工时只需要校核、补