常见不开槽管道施工方法综述

常见不开槽管道施工方法综述 A summary of pipeline construction methods without slotting 李任池 1 RenChi Li 1 贵州大学土木工程学院 贵州 贵阳 摘 要 不开槽管道施工常用于穿越城市道路及穿越复杂地形的管道工程 不开槽 管道施工方法有很多种 最常见的有顶管施工法 盾构施工法 浅埋暗挖施工 法 夯管施工法 地表式水平定向转施工法等 不同的施工方法有不同的适用 范围及不同的优缺点 本文通过对常用不开槽管道施工优点及技术要点的论述 使大家对不开槽管道施工有一个全新的了解 关键词 不开槽施工 管道 盾构法 顶管法 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 管道的不开槽施工是指不开挖地表 的条件下完成管线的铺设 更新 修 复 检测和定位的工程施工技术 它 具有不影响交通 不破坏环境 土方 开挖量小等优点 同时 它能够消除 冬季和雨季对开槽施工的影响 有较 好的经济效益和社会效益 在大多数 情况下 尤其是在繁华市区和管线埋 深较深时 不开槽施工时明挖施工的 极好的替代方法 在特殊情况下 例 如无破坏性地穿越公路 铁路 河流 建筑物等 不开槽施工时唯一一种经 济可行的施工方法 管道不开槽铺设 施工的管材采用较多的时抗压强度高 刚度好的预制管道 如钢管 钢筋混 凝土管 也可采用其他金属管 塑料 管 玻璃钢管和各种复合管 断面形 状多采用圆形 也可采用方形 矩形 和其他形状 1 2 管道的不开槽施工 方法很多 运用较广泛的有顶管施工 法 盾构施工法 浅埋暗挖施工法 夯管施工法等 1 顶管法 1 1 概念及特点 顶管法施工顾名思义就是在工作 区内借助于顶进机械设备产生的推进 力 克服管道与周围土壤的摩擦力 将钢筋混凝土管或其他材质的管材沿 设计好的角度和坡度顶入地下 并将 多余土方输送走 后一段管材沿前一 段的坡度继续顶进施工土层以两管中 继间的推进力为动力 把顶进设备或 连接设备一起穿越工作区直至接收坑 然后将顶进机等机械设备取出 这样 管路就埋设在工作区了 3 相比开 挖敷设技术 投资和工期大幅度缩短 同时顶管技术对居民生活环境影响较 小 减轻对人口密集区的交通压力和 地面的破坏 他能穿越河流 铁路 桥梁 隧道和其他几乎所有的地面建 筑物 不影响正常公民的生活 不破 坏环境 施工不受气候和环境影响 施工管道可弯曲 可以在很深的地下 或水下敷设 使用该技术敷设管路 能有效的节省拆迁费用 降低施工周 期 1 2 主要设备 顶管法施工主要设备如表 1 所示 表 1 顶管法施工主要设备 设备作用 钻头挖掘隧道 导轨稳定位置 导引管 节 千斤顶顶管节前进 油泵供油 顶铁临时传力构件 起重设备下管 提升土方 1 3 施工工序及要点 施工工序为 测量中心线 放边线桩 工作基坑 开挖 后背制作 设备安装 地下构筑物 管线保护与监控 管 道式顶进 正式顶进 顶进中测 量监控 结束顶进 检查周围无 异常后拆除支护结构 工作坑回复 施工要点 施工中应重点对基坑 围护变形与位移进行监控 若超过一 定范围时应加密监控且采取控制措施 对于一级基坑其地表沉降允许偏差 不得大于 0 15 且不得大于 30 mm 围护水平位移不得大于 0 2 且不得大于 30 mm 4 1 4 技术施工运用分析 2001 年 上海隧道股份有限公 司在江苏常州完成了 2050m 直径 2m 的钢筋混凝土顶管施工 是当时 最长的顶管工程 2002 年 9 月 全 长 3600m 埋深为 23 25m 直径为 1 8m 的钢制管 成功穿越黄河 无 论从管路的顶进长度 下管深度 和 复杂的地理环境 还是钢管直径大小 在国内尚属首次 其中最长的一段长 达 1259m 要穿越黄河而且土质还是 较厚的砂砾层 既是我国非开挖技术 创新突破的关键工程 也是目前世界 上复杂地质条件下大直径钢管一次性 顶进距离最长的顶管工程 2008 年 中铁十局十公司在长江引水工程中采 用国产直径 2200mm 钢管 双管齐下 同步顶进 2500m 5 这些例子表明 我国的顶管施工技术已经达到了一个 全新的里程碑 与世界先进水平不相 伯仲 顶管施工中 顶进管一般选用 钢筋混凝土管和钢管 其中钢管要求 没有腐蚀的情况下可以敷设 在选择 顶进管材料后 要对其长度和直径进 行设计和计算 一次性使用越长的管 其相对的经济成本就越低 可调控性 也越高 而直径方面 由于有工人在 上面施工作业 所以内径不小于 500mm 然后根据顶进管所受荷载和 工程性质来确定管壁厚度 进而计算 出外径 2 盾构法 2 1 概念及特点 盾构施工法是利用大型盾构机械 进行暗挖施工 目前主要是泥水式盾 构和土压式盾构 其优点为 1 机械 化程度高 2 隧洞形状准确 3 对地 面结构影响可能性最小 4 对工作人 员较安全 劳动强度低 进度快 5 对 环境无不良影响 地下水位可保持 6 质 量高 衬砌经济 缺点为 1 盾构的 规划 设计 制造和组装时间长 2 施工工艺复杂 熟练操作机器需要时 间长 3 准备困难且费用高 只有长 距离掘进时才较经济 4 当地层条件 变化时 实施有风险 5 隧道断面变 化的可能性小 断面如需变化时 费用 较高 6 2 2 主要设备 顶管法施工主要设备如表 2 所示 表 2 盾构法施工主要设备 设备作用 刀盘 马达 开挖土方 动力 导轨稳定位置 导引管 节 千斤顶顶管节前进 油泵 传输装置 供油 运输土石方 2 3 施工工序及要点 施工工序 工作基坑开挖 设 备安装 开挖 确定线形 衬 砌 注浆 施工要点 施工中要对开挖面稳 定 土压 泥水压 排土量 盾构方向 位置 衬砌 注浆量 注浆压力 浆 液特性等进行控制 注意控制土压 泥水压 对于土压式盾构应注意土 的塑流化改良 对于泥水压式盾构应 注意泥浆性能 应防止水土流失 盾 构衬砌与周围土体摩擦 盾构的纠偏 与方向修正 注浆量 注浆压力 注 浆速度的控制 盾构开挖应尽量避免 对周围地层扰动 从而保证开挖面的 稳定 应注意对工人职业病的防护 不能只有照明 排风等措施 还应注 意防尘 防噪 防震等措施 还应及 时施作地板结构 7 2 4 技术施工运用分析 国外近年来成功地使用掘进机开 挖隧道的著名实例是英吉利海峡工程 日本东京湾高速公路工程和荷兰生态 绿心隧道等 经大量实践证明 盾构 法适于软弱含水地层 其前提条件是 具有用于施工的工作井 隧道与构筑 物之间应保证垂直方向至少有 1 5 m 加固距离 水平方向至少有 1 m 的加 固距离 8 从经济适用性的角度讲 盾构法一般用于管径大于 3 m 长度大 于 300 m 的不开槽管道施工 3 浅埋暗挖法 3 1 概念及特点 浅埋暗挖法是在距离地表较近的 地下进行各种类型地下洞室暗挖施工 的一种方法 在城镇软弱围岩地层中 在浅埋条件下修建地下工程 以改造 地质条件为前提 以控制地表沉降为 重点 以格栅 或其他钢结构 和喷 锚作为初期支护手段 按照十八字原 则进行施工 称之为浅埋暗挖法 浅 埋暗挖施工方法是一种实用性强的不 开槽施工方法 其施工距离长 适于 各种图层 但其施工速度慢 成本高 所以浅埋暗挖法施工方案的选择应根 据实际的工程设计 隧道的断面及其 结构形式 管道埋深及其长度 工 程所在地水文地质条件 施工现场和 周围环境安全等要求 经过技术经济 比较后确定 9 市区内地下障碍物 较复杂地段 采用浅埋暗挖施工方法 进行不开槽管道施工会是较好的选择 3 2 主要设备 其主要设备有 刚拱架 千斤顶 钢管 3 3 施工工序及要点 施工工序 辅助功法施工 开挖 初期支护 二次筑模 施工要点 1 初期支护钢拱 架安装 2 二次筑模时注意外界 因素对混泥土的影响 浅埋暗挖施工 方法严禁有水作业 施工中应严格注 意防水 排水措施 浅埋暗挖法应对 围岩进行支护 加固 对围岩开挖时 应预支护 预加固后方可开挖一段 开挖一段后应立即加固 支护与开挖 面距离不得超过 5 m 且封闭成环 3 4 技术施工运用分析 实践证明 为保证隧道的结构使 用功能和实际运行的安全 浅埋暗挖 法应掌握衬砌及防水要求 施工时的 防水方法主要是堵水和排水两类 施 工前应依据水文地质勘探资料预计可 能出现的地下水情况 估计水量 选 择防水施工方案 排水的施工方法主 要是在衬砌背后设排水盲管或暗沟和 在隧道底设中心排水盲沟 止水的方 法主要是注浆或喷涂防水层 浅埋暗 挖施工方法隧道内与隧道外都应进行 预加固 最常见的预加固措施为 小 导管注浆加固与管棚超前加固 施工 时应保证其技 术 参 数 符 合 要 求 小 导 管 注 浆 加 固 法 应 使 用 直 径 30 mm 50 mm 长 3 m 5 m 的无缝钢管或焊接钢管 其搭接长度不应小于 1 m 水平向间 距不得大于 300mm 500 mm 管棚注 浆加固法应使用直径为 70 mm 180mm 的无缝钢管 其搭接长度不得小于 3m 水平距离应依据施工条件与水文 地质条件确定 且不得大于 2 倍 2 5 倍管棚直径 当隧道通过公路 或隧道时管棚应连续铺设 10 4 夯管法 4 1 概念及特点 夯管施工法是利用夯锤的锤击力 使管道穿越地下土层从而达到不开槽 埋管的目的 由于夯管锤的锤击力不 易控制 所以夯管施工法控制精度低 且仅适于钢管 但其设备简单 使用 方便 施工速度较快 成本较低 所 以夯管施工法在特定的场所具有一定 的优越性 适宜在城市中穿越宽度较 窄道路的地下管道施工工程 4 2 主要设备 其主要设备有 1 夯管锤 用于夯打推进管道 2 空气压缩机 压缩空气 3 空气泵 输送高压空气 4 钢质切削管头 防止变形 4 3 施工工序及要点 施工工序 降排水措施 测量放 线 工作井开挖 设备安装 夯进施 工 施工要点 1 防护措施 根据地 勘报告 边坡开挖高度 8m 左右 边 坡岩性主要为重粉质壤土和粘土岩 施工开挖边坡采用 1 1 5 必要时采 取支护措施 鉴于现场靠近昭平台干 渠的边坡 考虑到干渠保护 对于边 坡容易塌方的地方 采取打钢板桩挡 土板或临时支撑的方法以保证操作坑 内的施工安全 2 导轨安装 摆放位置与夯管 精度密切相关 因此在安装导轨时要 保证与设计轴线的吻合 并且在施工 过程中 密切关注导轨是否发生偏差 并及时进行修正 3 第一根套管的铺管精度及焊 接第一道接口决定了整个穿越的成功 与否 因此第一根套管的人土点及安 装角一定要准确 不可出现斜口 否 则将会导致夯偏 夯人第一根套管时 如果超出偏差允许范围 应及时采取 纠偏措施 用人工在轴线偏差的相反 方向将套管周围的土清除 在轴线偏 差的方向钢管外壁打楔子 4 套管前进阻力较大时进行人 工清土 退出夯管锤 卸掉击帽 将 套管内的积土清除干净后再安装击帽 和夯管锤继续夯进 5 夯管作业开始后 应连续进 行 尽量减少作业间歇时间 且不宜 中途停止 因为间歇时间过长 会造 成土层和管外壁粘在一起 增大摩擦 力 从而使夯进阻力增大 另外若地 下水位较高 停止作业后水位上升 会给施工带来不便 6 可采取在管外壁涂抹润滑油 脂的方式减小摩擦力 7 严格遵守现场施工安全规定 确保施工人员人身安全 4 4 技术施工运用分析 1 地层适应性方面 用夯管法在 含卵砾石地层或回填地层中铺管时 比管径小的卵砾石或石块可进人管内 比管径大的砾石或漂石可经管靴击碎 后一部分进人管内 流砂层或软地层 中夯人的钢管起到支护孔壁的作用 因此 夯管法铺管几乎适应除岩层以 外的所有地层 特别是在用其它技术 难以施工的建筑垃圾回填层中 大多 数情况下都能用夯管法铺管解决问题 2 铺管精度方面 夯管法铺管因 属不可控向铺管 在铺设较长管道 长度超过管径的 100 倍 时 铺管精 度不如导向钻进铺管高 但因为它是 以 冲击方式将管道夯人地层 在管端无 土楔形成 其偏斜的可能性远比不出 土水平顶管和无控向水平螺旋钻进铺 管小得多 3 对地表影响方面 夯管法铺管 由于切削下来的土心进人管内 因此 即使铺管深度很浅时地面也不会产生 隆起或沉降现象 4 适用管径范围方面 夯管法铺 管适合铺设管道的管径小到 50 mm 大到 2000 mm 覆盖的管径范围是其它 方法难以企及的 5 适合铺管长度方面 夯管法铺 管适合较短长度管道的铺设 为保证 铺管精度 一般单次铺管长度不应超 过管径的 150 倍 但很明显 其适合 的铺管长度要比不出土水平顶管和无 控向水平螺旋钻进铺管长得多 6 对管道材料的要求 夯管法铺 管要求管道材料必须是钢管 要铺设 其它材料的管道 可先铺设钢套管 再将工作管道从套管中导人 7 投资和施工成本方面 因夯管 法铺管主要设备就是夯管锤 所用空 压机是工程中常用设备 大多数用户 均采用租赁方式解决 所以设备投资 极少 由于夯管法铺管设备投资少 施工操作又极为简单 材料消耗少 所以施工成本比其它施工方法低得多 11 5 结语 由于受到经济等各方面因素的制