非开挖施工技术简介ppt课件

非开挖施工技术简介,课程：机械工程学科前沿学号：120120805姓名：余楠,1,非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的一种施工新技术,已被联合国环境保护署认定为环境友好的施工新技术。它可广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、湖泊,以及在市区、古迹保护区、农作物或植被保护区等进行污水、自来水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等地下管线的施工。此外,非开挖技术还可用于降水工程、隧道工程、基础工程以及环境治理工程等领域。,非开挖技术的概述,2,尽管非开挖施工技术在国外已有百余年历史,但是大规模应用始于20世纪80年代,先从几个发达国家开始,继而推向世界各国。在欧洲,由于城市建设历史悠久,城市地下管网腐蚀和破损严重,因此非开挖管道更换和修复技术使用得最早、也最广。在日本,为了满足污水管道施工的需要,首先开发了小口径顶管施工(微型隧道)技术。在美国,在油气管道和通讯电缆施工的驱动下,水平定向(导向)钻进技术得以快速发展。据不完全统计,目前在发达国家中,非开挖设备制造商和材料供应商达400多家,工程承包商达4000余家,各种非开挖施工方法达百余种。,非开挖技术的概述,3,非开挖技术的发展历程,非开挖技术自60年代初开始在西方发达国家兴起，现已成为一项政府支持、社会提倡、企业参与的新技术。开挖技术是管道施工技术的一次革命。1900-1960早期非开挖技术的应用1.尤其是二战后，美国、欧洲、日本等国的重建；2.简单的方法，用于穿越铁路、公路、河流等短距离施工；3.回转钻进（水平湿钻）、水平螺旋钻进（水平干钻）、人工顶管。,4,非开挖技术的发展历程,1960-1985现代非开挖技术的兴起和发展1.生活水平的提高、交通的发展、传统施工方法成本的提高；2.替代的方法,开发了各种非开挖铺设、更换和修复的方法和设备、奠定了现代非开挖技术的基础；1985-现在现代非开挖技术的大规模应用非开挖方法和设备的完善，交通、环保、法律意识的增加，成本降低、政府支持首选的方法（比例在10%左右）形成新的产业：设备制造商（约100家）、材料供应商（约400家）、工程承包商（6000-8000多家）、咨询公司、科研院所,5,地下管线施工：各类管线（自来水、污水、雨水、石油、天然气等管道，以及通讯、动力和信号等电缆线）的铺设、更换、修复；管棚支护：地下人行过道、地铁、地下车库等工程的结构性支护；环境治理：在受污染的地下水和地层中设置水平环境治理井；其它：基础工程（钢管桩、微桩、土钉）、边坡、路基、大坝等工程（排渗孔、降水孔和注浆孔等）、以及降排水、地热井施工、瓦斯的排放和煤层气开发等。,非开挖技术的应用领域,6,非开挖地下管线施工方法大致可以分为四大类：新管铺设：铺设新的地下管线；旧管更换：在原位更换旧管线,提高管道输送能力；旧管修复：修复现有管线的局部缺陷或改善其输送性能；相关技术：主要是探测地下原有管网。,非开挖技术的构成分类,7,非开挖施工技术,新管铺设大口径（直径大于1米，可以进人）隧道法Tunnelling人工开挖钻爆法或新奥法NATMTBM法（岩层）盾构法（土层）顶管法PipeJacking气压平衡式机械平衡式土压平衡式（粘性土）泥水平衡式（砂土层）混合式,8,5.非开挖施工技术,新管铺设小口径（直径小于1米，可以进人）小口径顶管法（微型隧道法）Microtunnelling水平钻进法（水平湿钻）HorizontalDrilling水平螺旋钻进法（水平干钻）AugerBoring定向钻进DirectionalDrilling导向钻进法GuideBoring气动矛法ImpactMoling夯管法PipeRamming顶杆法RodPushing,9,5.非开挖施工技术,旧管更换爆管法PipeBursting裂管法PipeSplitting吃管法PipeEating,相关技术现场勘察SiteInvestigation管线探测PipeDetection管线检测Survey,旧管修复传统的内衬法ConventionalSliplining改进的内衬法ModifiedSliplining软衬法SoftLiningorCIPP缠绕法SpiralLining喷涂法SprayLining局部修复法LocalRepair其它方法Others,10,非开挖技术,AugerBoring螺旋钻进法,PipeBursting爆(裂)管法,Microtunneling微型隧道法,PipeJacking顶管法,H.D.D.水平定向钻进法,11,定（导）向钻进铺管法,定向钻进的基本原理：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉铺设地下管线。水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管、管端处理。,12,定（导）向钻进铺管法,13,定（导）向钻进铺管法,施工长度：50-1500m(一般)管径：300-800mm,大于1m的最好用顶管的方法适用管材：PE管、钢管应用：广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。,14,15,16,扩孔器和导向仪,17,顶管铺管法,顶管施工原理图,顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出，推进一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上另一节管道，继续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完后，工具管从接收井吊至地面。,18,顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。,19,顶管施工的分类,按所顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。大口径多指2m以上的顶管，人可以在其中直立行走。中口径顶管的管径多为1.21.8m，人在其中需弯腰行走，大多数顶管为中口径顶管。小口径顶管直径为5001000mm，人只能在其中爬行，有时甚至爬行都比较困难。微型顶管的直径通常在400mm以下，最小的只有75mm。按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离）分：普通距离顶管和长距离顶管。顶进距离长短的划分目前尚无明确规定，过去多指100m左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜，可把500m以上的顶管称为长距离顶管。按顶管机的类型分：手掘式人工顶管、挤压顶管、水射流顶管和机械顶管（泥水式、泥浆式、土压式、岩石式）。手掘式顶管的推进管前只是一个钢制的带刃口的管子（称为工具管），人在工具管内挖土。掘进机顶管的破土方式与盾构类似，也有机械式和半机械式之分。按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、以及其他管材的顶管。按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管和曲线顶管。,20,项管技术的发展方向,长大距离顶管：普通顶管一般距离100m，无中继环，（现在某些专家认为可能提高到300m），长距离顶管100m，长大距离1000m。大管径顶管：过去一般认为顶管最大直径为3m。现在日本、德国等国顶管管径可达45m。微型管顶管：过去顶管管径一般300mm，目前最小可达75mm。顶管按管径分类：大口径：2000mm中口径：12002000mm小口径：5001200mm微口径：500mm4.曲线顶管：S形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。5.自动控制：自动测量、自动记录、自动纠偏。,21,顶管法施工特点：,适用于软土或富水软土层；无需明挖土方，对地面影响小；设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快；适用于中型管道（1.52m）管道施工；大直径、超长顶进、纠偏困难。可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。,22,顶管法与盾构法的异同点,盾构法的衬砌为管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为管节，且每环管节是一次预制成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接收井位置。盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿，而顶管法施工的主顶进装置布置在工作井内，如果顶力不足要加设中继间。盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块，顶块必须采用球面接头，在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。顶管法的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶缩回后在中间加垫块或几块顶铁。盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的施工；顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。,23,24,爆(裂)管法,施工长度：100900m管径：701060mm应用：压力管道的更换下水道道的更换,25,爆管法的过程（固定裂管工艺）,26,爆管法的过程（固定裂管工艺)续,27,爆管法的过程（气动工法）,28,微型隧道法,施工长度：25225m管径：2503050mm应用：下水管道的安装,29,微型隧道法施工过程,30,水平螺旋钻进,一般不可控制方向，施工精度有限,在大卵砾石层或极软的土层中施工极为困难。,31,与传统的开挖施工相比,非开挖施工的主要优势是:1.对地面干扰小。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.施工速度快。由于辅助工程(如支护、回填等)少,施工速度大大提高3.综合成本低。在相同情况下,非开挖施工的综合成本均低于开挖法施工,而且管径和埋深越大时越明显;部分非开挖施工方法的直接成本甚至低于开挖法施工。4.施工时地面无需开槽,对设备和