非开挖施工技术总结

摘要本文首先介绍了非开挖技术的发展历史，然后详细介绍了定向钻进铺管技术、顶管铺管技术的施工原理和相关内容，简单介绍了盾构法、冲击矛法、夯管法、螺旋钻进法和微型隧道法的铺管施工技目录第一章非开挖技术概述 1§1.1非开挖技术简介 1§1.2非开挖技术的发展历程 §1.3非开挖技术的主要优势 2§1.4非开挖技术的应用领域 2§1.5非开挖技术的构成分类 3第二章主要的非开挖施工技术 4§2.1定(导)向钻进铺管技术 42.1.1地层勘察、地下建(构筑物)及地下管线探测 52.1.2钻进轨迹的规划与设计 52.1.3钻机的选择和配制钻液 52.1.4钻导向孔 62.1.5回拉扩孔 72.1.6铺管和管端处理 72.1.7水平定向钻技术上的瓶颈 7§2.2顶管铺管法 2.2.1顶管施工的分类 92.2.2顶管法的施工原理 92.2.3顶管施工的主要工序 2.2.4几种顶管机的平衡原理 2.2.5顶管法施工对管型的要求 2.5.6顶管施工中影响顶力的几个关键因素 2.2.7顶管质量技术保证措施 2.2.8顶管法与盾构法的不同 §2.3其他铺管施工方法 2.3.1盾构铺管法 2.3.2冲击矛铺管法 2.3.3夯管锤铺管技术 2.3.4螺旋钻进铺管 2.3.5微型隧道 §2.4管道的修复技术 2.4.1翻转内衬修复技术 2.4.2牵引法修复技术 2.4.3缠绕法修复技术 2.4.4内衬HDPE管法修复技术 2.4.5喷涂法修复技术 2.4.6碎(裂)管法修复技术 第三章非开挖技术的展望 参考文献 第一章非开挖技术概述§1.1非开挖技术简介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，首先开发近年来，随着我国经济建设的快速发展，现代非开挖技术在我国得到日益广泛的应用。日前，加速发展我国的非开挖技术产业的要求呼声日趋高涨，中国非开挖技术协会近来多次要求国内从事技术部门来研究非开挖技术领域的科学理论，尽快地为我国在这一技术领域赶超国外用非开挖技术开挖各种工程的增长速度极快，但我国人均管道的占有量远低于西方发达国家，据1998上、下水道则为12m/人。分别是我国人均值的66.6倍和120倍。而城市各类管网的地下化和城市非开挖技术自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、企业参1900—1960年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)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。1960—1985年—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)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。(1)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；(2)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。术阶段，1985后为第二阶段，为现代非开挖技术阶段。与国际非开挖协会成立一致。我国最早使用的非开挖方法是顶管法，1953年在北京首次使用，以后逐渐推广，并仍在使用。从80年代开始，水平钻机和螺旋钻机开始出现，这类设备方向不可控，钻机能力小，铺设管道直径一般在300mm以内，铺管长度在50m内。1985年开始现代非开挖技术进人中国，首先发展了顶管技术，引人了中继间顶管技术、触变泥浆技术、自动测斜纠偏技术以及土压平衡和水压平衡技术，顶管直径可达3m,一次顶进长度达上千米，并且成功运用于水下施工。微型隧道方面，引进了日本ISEKI公司的Unclemole,TTC600等掘进机械。用水平钻机RB-5穿越黄河，1995年从美国Augers公司引进DD-60/R2钻机，成功穿越汉江、海河。1994年引进了美国Vermeer公司的D-10型导向钻机，完成了导向钻进铺管。气动冲击矛方面，我国吉林大学自行研制了KCM-130等可控冲击矛。很明显，我部门的监管力度，1996年10月1日发布实施的我国《城市道路管理条例》中明确规定：“新修道路5年不准挖，修复道路3年不准挖”,这也表明我们政府对市政工程施工技术要求的提高。可以预见，现代非开挖地下管线施工技术，是近年来发展起来的一项高新技术，是钻探工程技术结合工程物探、计算机技术、岩土工程技术及新材料等技术的一项重要延伸。非开挖技术在国外已广泛使用，在国内也逐渐普及。与其它技术相比，非开挖技术起步较晚。但是在最近20多年中，非开挖技术无论在理论上，还是在施工工艺方面，都有了突飞猛进的发展。非开挖技术是极为重要的一种铺设管道的工程手段，采用非开挖技术铺设管道具有若干得天独厚的优势。与传统的开挖施工相比，非开挖施工(1)在管线施工时无需对路面和地表“开膛破肚”,解决了长期以来困扰城市地下管线建设工程(2)不开挖地面就能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是…种安全有效的施(3)非开挖技术不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段(4)采用房下非开挖技术能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大§1.4非开挖技术的应用领域(1)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(2)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；(3)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；(4)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。(1)铺设新管线施工技术：导向钻进铺管法、定向钻进铺管法、气动矛铺管法、夯管锤铺管法、(2)修复旧管线施工技术：原位固化法、原位换管法、滑动内插法、变形再生法、局部修复法。(3)探测地下管网：地下管线探测仪(非金属管道探测仪、金属管道探测仪、塑料管道探测仪、电力电信缆线探测仪和井盖探测仪等)、供水管网监测仪(流量水压记录仪、漏区诊断仪、漏点定位第二章主要的非开挖施工技术大口径的管道铺设的施工方法主要有盾构法和大直径顶管法；小口径的管道铺设的施工方法主要有：微型隧道法、水平螺旋钻进法、定(导)向钻进法、气动矛法、夯管法和顶杆法。§2.1定(导)向钻进铺管技术水平定向钻施工是一种采用定向钻机和控向仪器，在预先确定的方向上通过导向钻进、扩孔、拉管等工艺过程实施管线敷设的非开挖施工方法。该方法是我国非开挖铺设地下管线施工方法中发展最快、技术最先进、设备最完善、应用最广泛的一种，在非开挖技术领域里占据着主导地位。由于其施向作用，另一个是高压水射流的偏心冲蚀作用。在地表接收钻头内探头发出的信号来实现钻孔轨迹的控制。定向钻进的施工原理大致和导向钻进相同，应该说定向钻进技术和导向钻进技术之间没有严格的界限。因小型定向钻进采用的钻孔轨迹测量、控制技术与大中型的不一样，因此国际上用的分类方法是将铺设小直径、较短管线的小型定向钻进称为导向钻进，而将大可达400～500m。…般采用干式和湿式2种方法成孔。干式成孔采用挤压钻头、冲击锤和探头室组成；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，1)适用范围较广。该施工技术适用于粘土、粉土、砂土等各种土质；2)适用管材包括管径在DN40～DN2000的塑料管、PVC管、PE管、HDPE管、钢管、电缆、3)作业操作面小。只需挖有一定深度的作业坑就可以，钻孔过程在预先挖好的发射坑和接受坑4)施工设备的穿越精度高，可满足管道工程的控制要求；5)在施工过程中降低了对地貌和环境的破坏。它的优势是可以灵活处理施工中遇到的地层复杂情况。在导向或扩孔过程中如遇到大块石，或其他障碍物，不能形成一条合格的孔道时，可以再换一个位置另打一条，不会造成管材的损失。它的局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2.1.1地层勘察、地下建(构筑物)及地下管线探测地层勘察主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。其内容包土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等。可采用查资地下管线探测主要了解有关地下已有管线和其它埋设物的位置，为管线设计和设计钻进轨迹提供2.1.2钻进轨迹的规划与设计角来表示钻孔轨迹上某点的空间位置。钻孔顶角：用0表示，单位为度，是钻孔轨迹上某点的切线与铅垂线之间的夹角。90-0称为倾角。钻孔方位角：用a表示，单位为度，是钻孔轨迹上某点的切线在水平面上的投影线与正北(N)方向线之间的夹角(顺时针方向为正)。钻孔深度：是指测点距地表的铅垂距离，单位为m。在定向钻进中还有一个很重要的参数，那就是工具面向角。工具面向角用φ表示，单位为度，是指在与钻具垂直的平面内，造斜钻具的造斜方向与钻孔的终点方向(在钻孔弯工对地面道路、建筑物或河流的影响，以及对该位置已有管线的影响。推荐穿越的最小覆盖深度大于钻孔最终回扩直径的6倍以上；在穿越河床时，应在河床断面最低处5m以下。8°~20°的入出土角适用于大多数的穿越工程。对地面始钻式，入土角和出土角应分别在6°~20°(取决于欲铺设管的直径);对坑内始钻式，入土角和出土角一般应采用0°或近似水平。进行大曲率造斜钻进前最好先钻一段直线段。造斜段曲率半径是由待铺管线的弯曲特性来确定的，管入土点或出土点与欲穿越的第一个障碍物之间的距离(例如道路、沟渠等)应至少大于3根钻杆的长度。与水体的最小距离应至少为5～6m,以保证不发生泥浆喷涌。从钻进技术角度考虑，第一段和最后一段钻杆柱应是直线的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这两直线段的长度应大于10m。导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变2.1.3钻机的选择和配制钻液钻杆对孔底钻头施加回转扭矩、给进或回拖力。对水平定向钻进穿越铺管的钻机来说，回转扭矩和回拖力是其主要参数，它们是根据工程大小及要求选择钻机的重要依钻液具有冷却钻头(冷却和保护其内部传感器)、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。在不同的地质条件下，需要不同成份的钻液。钻液由水、膨润土和聚合物组成。水是钻液的主要成份，膨润土和聚合物通常称为钻液添加剂。钻液的品质越好与钻屑混合越适当。当遇到不同地层时，及时调整钻液的性能以适应钻孔要求。2.1.4钻导向孔钻直孔时给进加回转，造斜时只给进不回转。利用造斜或稳斜原理，在地面导航仪引导下，按预先设计的铺管线路，由钻机驱动带锲型钻头的钻杆，从A点到B点(见图2-1)钻一个与设计轨迹尽量吻合的导向孔(平面误差100毫米)。钻导向孔的关键技术是钻机、钻具的选择和钻进过程的监测和控制。要根据不同的地质条件以及工程的具体情况，选择合适的钻机、钻具和钻进方法来完成导向孔的钻进。监测与控制：在钻进导向孔时能否按设计轨迹钻进，钻头的准确定位及变向控制非常重要。钻进过程中对钻头的监测方法主要通过随钻测量技术获取孔底钻头的有关信息。孔底信号传送的方法主要有：电缆法和电磁波法。电磁波法的测量范围较小，一般在300m以内水平发射距离，测量深度在15m左右。钻机钻机工作坑A钻升工作坑B导向孔钻进钻机工作坑A扩钻矶回拉管道管道电磁波法测量的原理为：在导向钻头中安装发射器，通过地面接收器，测得钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况等参数，将测得参数与钻孔轨迹进行对比，以便及时纠正。地面接收器具有显示与发射功能，将接收到的孔底信息无线传送至钻机的接收器并显示，以便操作手能控制钻机按正确的轨迹钻进。目前，电磁波法在中小型钻机上应用较多，缺点是必须随钻跟综监控。电缆法在长距离穿越中，特别是地形复杂的工程中应用较多。优点是抗干扰能力强，不要随钻跟踪；但其操作复杂，选用的信号线必须强度高(不易拉断)、耐磨、绝缘性能好。钻进导向孔时，每2～3m应进行一次测量计算，作出实际钻孔轨迹曲线图，发现与设计轨迹有偏差，及时进行纠偏钻进。纠偏钻进是通过使用斜面钻头或定向高压水射流来实现的。纠偏钻进时，钻杆柱不转动，当钻具面向角调整到位后，钻机传到钻头的只有向前的推力，钻头斜面接触的土体被挤密，因而土体会给钻头斜面一个反作用力Q,如图2-2所示，反作用力的分力Q2使钻头偏斜。高压水射流纠偏钻进是由时，钻杆柱不转动，高压水射流仅向一个方向射出而冲蚀土体，同时钻头斜面上受到的反作用力使钻图2-2斜面钻头受力示意图2.1.5回拉扩孔回扩过程中必须根据不同地层情况以及现场出浆状况确定回扩速度和泥浆压力，确保成孔质量。导向孔钻成孔后，卸下钻头，换上适当尺寸和符合地质状况的特殊类型的回扩钻头，使之能够在以外采用挤压法成孔，以保证铺管后地面不致于沉降，不留隐患。在回扩过程中和钻进过程一样，自扩孔器类型有桶式、飞旋式、刮刀式等：穿越淤泥粘土等松软地层时，扩孔器通过旋转，将淤泥挤压到孔壁四周，起到很好的固孔作用；当地层较硬时，选择飞旋或刮刀式够保持泥浆流动畅通，保证管线能安全、顺利的拖入孔中。同径铺设时，导向孔完成之后，可直接回一级φ200mm、二级φ250mm、三级φ300mm、四级φ400mm、五级φ500mm等。根据设计的成2.1.6铺管和管端处理扩孔完毕，在拖管坑一端的钻杆上，再装扩孔器与管前端通万向接、特制拖头等连接牢固，启动导向钻机回拉钻杆进行拖管，将预埋管线拖入孔内，完成铺管工作。在拖管的同时加入专用防润土进当拖管结束后，采用挖掘机将扩孔器及管前端挖出，拆除扩孔器及万向接，处理造斜段，施工检2.1.7水平定向钻技术上的瓶颈技术上存在的最大瓶颈在于原有地下管线的准确定位和施工后敷设管道实际管位的测量。地下管线原有基础资料不详或缺失；城市建设发展迅速，路面情况变化较大；现有的物探技术又存在不足，摸清原有地下管线的管位比较困难。尤其是对原有的非开挖施工形成的地下管线。非开挖管线深度通常超过4m,尤其是穿越大型道路、河流时，深度达到近10m甚至超过20m。由于道路拓宽改造等原因，很多道路进行了加高，管道埋深也相应加深。常用的地下管线探测仪器很难将该类管道准确定位。另外，城市地下管线种类繁多，特征各不相同，单一的探测方法很难把施工区域内的地下管线完近年来许多重大地下管线受损事故发生的主要原因均是非开挖管道竣工资定向钻进竣工后的管位数据原先主要依据导向仪提供的数据，由于导向仪很容易受到干扰，在特殊区域如河面很宽、周围干扰大、场地全是堆积物或障碍物无法行走等情况下，要想获得准确的导向数据是很困难的，甚至是不可能的。同时，导向仪测定的数据是相对深度，而非绝对标高，受到地形地势的影响。此外，导向仪测定的数据为导向过程中钻头的深度，经过回扩、回拖工序后管道的埋深由于回扩器下沉等原因已与导向过程中的深度不同。我们需要的是管道竣工后的最终深度，这是导向§2.2顶管铺管法顶管施工技术最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。1948年日本第一次采用顶管施工方法，在尼崎市的铁路下顶进了一根内径600mm的铸铁管，顶距只在6米。欧洲发达国家50年代，初期主要是手掘式顶管，设备也较简陋。我国顶管技术真正较大的发展是从上世纪80年代中期开始。1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机。通过近些年的大量实际施工应用和理论研究，我国的顶管施工技术持续处于高速发展状态，在某些方面已经于世界领先技术并驾齐驱。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，也是日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。这些例子表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。特顶管施工中，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,(1)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φ2m以上顶管为中口径顶管。小口径顶管直径为500～1000mm,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。(2)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(3)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。(4)按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、以及其他管材的顶管。(5)按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管和曲线顶管。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。顶管法施工原理如图2-3所示：管道工具管主顶油鱼管道工具管接收井图2-3顶管法施工原理图2.2.3顶管施工的主要工序1)顶进方法的选择：管道顶进方法的选择，应根据当地的地质勘探资料、管径、地下水位、附粘性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法。b.在软土层且无障碍物时，宜采用土压平衡顶管法。d.在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水2)工作坑及其布置：工作坑是顶管施工操作的场所。要在坑内布置千斤顶、导轨等设施。排水管道顶进的工作坑，通常设在检查井位置。土质不稳定的工作坑壁应支设支撑。为了防止工作坑地基沉降，固定导轨、使顶管位置方向准确，应在坑底修筑基础或加固地基，常采用碎石、砼或钢筋砼基3)管道顶进：施工时，首先选择工作坑位置，开挖工作坑。然后按照设计管线的位置和坡度，在工作坑底修筑基础，基础上设置导轨，管子安放在导轨上顶进。顶时前，在管前端开挖一个深约30-50厘米、断面形状与所顶管道相似的坑道，然后用千斤顶将管道顶入，经多4)顶管接口：顶管为钢管时的接口宜采用电弧焊接。管段在顶进前与已顶入的管段，在管内焊接起来，这种接口施工简单。而混凝土管的接口就较复杂。以下为钢筋混凝土管接口方法：钢筋混凝土企口插口管接口处采用橡胶垫、橡胶圈及麻丝油毡等嵌缝材料。管口内侧应留有10～20mm的空隙；顶紧后两管间的孔隙宜为10～15mm。5)管道压浆：管道顶进完成及检查井施工完成后应对所有管线进行压浆施工，通过每节管道预2.2.4几种顶管机的平衡原理泥水平衡式顶管机是在加入添加剂、膨润土、粘土以及发泡剂等使切削土塑性液化的同时，将切削刀盘切削下来的土砂用搅拌机搅拌成泥水状，使其充满开挖面与管道隔墙之间的全部开挖面，使开土压平衡顶管机的基本工作原理是先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，同时刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机并被挤压，形成一定的土压；再通过螺旋输送机的旋转，输送出切削的土体。控制螺旋输送机的出土量或顶管机前进速度，来控制密封土仓内的土压力值，使此土压力与切削面前方的静止土压力和地下水压力保持平衡，从而保证开挖面的稳定，防止地卵石等的软土中施工，又可在岩石或复杂地质条件中进行自动化非开挖地2.2.5顶管法施工对管型的要求管材质量是顶进施工中的个控制因素，顶管施工对接口尺寸精度要求很高，密封性能直接影响使用功能。施工中要根据不同的顶距，台理安排各娄管节。顶管法用的混凝土管骨架是螺旋形焊接的双层钢筋笼，离心式旋转制成。混凝土管采用立式钢从而使顶进力由管子端面大面积承受，减小因顶进阻力过大造成的管子损坏，制造管子时，以高密度聚乙烯作为管子内衬，以破璃纤维强化塑料作为管子外衬。强化用的潦层厚度可达50mm。以增加管在小口径项管施工中，因出土较难，多为一次顶进结束后再进行管内排土。因混泥土管接口处耐在大口径管道的顶管施工中，目前主要采用2种材质的管型：混凝土管和钢管。而无论采用哪种管型，因其管内空是较大，出土工作已经不成问题，关键在于如何提高顶进速度和长度，如何提高顶进准确度的问题上。混凝土管因外壁粗糙，管壁较从而不利于进行长距离的顶管施工。同时，因其自重大，管与管的连接多为柔性连接口，如顶进距离较长，容易使管子在轴线方向上产生较大的弯曲变形，从而使摩阻力成倍的增长。这样，既损耗大量可大大降低施工所需总顶力，从而为减少中继间的数量、提高顶进长度及速度提供了保障。因钢管直线性较好，管节长短调整方便，能够满足多方面的质量要求。鉴于以上原因，目前大口径长距离的顶管施工大多数采用钢管作为首选的钢材。而中短距离的顶管施工则偏向于用混凝土管。因市场上中短距离的大口径混凝土的顶管施工的项目较多，随着施工的积累，顶管施工技术相对比较成熟些。而长距离大口径的钢管项管施工项目不是很多，因此，在大口径、长距离的钢管项管施工中，有必要对其顶管施工中影响顶力的因素多且复杂，既有一定的规律性，也有其特殊性1)土层性状：主要包括土的重度、粘聚力、内摩擦角、含砂量和地下水位。作用于管外壁的土压力与土的重度、粘聚力和内摩擦角等有关，土的含砂量大小影响管与土之间的摩擦系数，地下水位变化影响土的有效重度。因此，当上进因素改变时，作用于管外壁的摩阻力将随之改变.从而影响顶2)顶管尺寸、埋深和管材摩阻力的大小与管径、管长及埋深成正比关系，同时顶管外壁粗糙度3)注裳效果：在管外壁与土之间注入润滑泥浆，能有效地避免管与土层的直接接触，对减小顶进阻力非常有效。实际注浆效果直接影响摩阻力的减小程度，据实测注浆后顶力一般可减小至注浆前4)施工因素：顶进过程中若停歇时间过长，则重新启动时顶力会增大，四周松土会坍落在管壁上抱实，同时水分也会从减阻浆液中离析出来，使减阻作用失效，造成顶进阻力增大。在顶进过程中管线不可避免地会偏离设计轨迹，战需进行纠偏。主除直顶管外，目前曲线顶管也得到大量的使用。在顶管施工设计中，顶力的计算结果直接影响工作井的设计、管节强度的确定、中继环的布置以及顶进设备的选择等，如果顶力不在正常范围之内可能击因顶力过大造成后座墙顶裂、管材顶爆或因顶力过小完全顶不动等后果，因此对顶管工程的成败长距离管道的主要困难是，设置在顶进坑内的主千斤顶的推顶力有限，不足以克服管道长距离顶进时遇到的总阻力。希望增加顶管单程顶进的长度时，需要采取相关的措施，如增加主千斤顶的顶力、减少管道周边与地层的摩擦力、中途设置辅助千斤顶(中继环)、减小顶管承受的正面阻力等。目前在发展长距离顶管技术的过程中，减摩和设置中继环两项措施已得到较多研究为了适应长距离顶进管道的需要，研制了中继环(又称中继间、中间站)。即在管道顶进的中途设置辅助千斤顶，靠辅助千斤顶提供的动力继续顶进管段，延长顶管的顶进长度，满足铺设长距离管道的需要。采用中继环时，管道沿全长分成若干段，在段与段之间设置中继环。中继环是一个由钢材制成2.2.7顶管质量技术保证措施控制好轨道方向及管中心线，注意高程变化，在施工中，随时检查偏差情况，工作坑一定要准确无误。平仪控制高程，要多次复核，各道工序(如道轨铺设、根据土质情况，应随挖随顶，最多不得超过管端30cm必须向前顶进一次。管下135度严禁超挖，管3)顶进过程测量：在顶第一节管时，以及在校正偏差的过程中，测量间隔不超过30cm,保证管道入土的位置正确，管子顶进入土层以后的正常顶进，测量间隔不宜超过100cm。a.中心测量。顶进长度在50cm范围内，可采用垂球拉线的方法，要求两垂球的间距尽量拉大，用水平尺测量头一节管坑内设置的水准高程点标高(设两个),测头一节管前端与后端管内底高程，掌握头一节管的走向趋2.2.8顶管法与盾构法的不同1)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2)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3)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4)盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。5)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盾构法是隧道暗挖施工法的一种，它是利用盾构机前端是与盾构机体同等直径的刀盘，在与土壤接触时进行旋转，并加入适量的液体，使切削下来的土与液体在刀盘旋转的搅拌作用下，成为泥状流塑体，通过螺旋输送机送到地面。机头前进后，在机后留出的空间里，把提前预制好的混凝土管片拼盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地(1)线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；(2)隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m;(3)相对均质的地质条件；(4)从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。随着国际上盾构技术的日趋完善以及国内对盾构技术的需求加大，盾构的发展逐渐趋向于微型化(1)施工断面从常规的单圆形向双圆形、三圆形、方形、矩形及复合断面发展。(2)施工的新技术，包括进出洞技术、地中对接技术、长距离施工、急曲线施工、扩径盾构施工法、(3)盾构刀盘参数优化等。(4)隧道衬砌新技术，包括压注混凝土衬砌、管片自动化组装、管片接头等技术、管片接缝防渗技术。(5)盾构隧道运营期的加固处理。2.3.2冲击矛铺管法冲击矛是以其形状而得名，它采用挤密成孔，与潜孔锤相似。冲击矛通常由压缩空气驱动，近年来也开始使用液动(压)驱动式冲击矛。冲击矛的钻进方法有钻杆式和无钻杆式两种。无钻杆式钻进又称为自行式钻进，它由压气驱动活塞冲锤往复运动冲击钻头打入地层，靠冲击器外壳与土层的摩擦气动冲击器的直径一般在φ45~250mm之间，可施工的钻孔长度与冲击器的型号、冲击力、管线在欲铺管线地段的两端挖发射坑和接收坑，坑的大小根据矛体大小、铺管深度、管的类型以及操作方用瞄准器调整好矛体的方向和深度，启动冲击矛，冲击矛沿着预定方向进人土层。当矛体进人土层1/2后，再用瞄准器校正矛体方向，如有偏差应及时调整，如图2-4所示。校正过程可以重复数次，直至矛体完全进人土层。随着冲击矛前进，可将直径比矛体小的管线用钢丝绳拉人孔内。冲击矛到达图2-4冲击矛工作示意图冲击矛适用于均质非富水地层，如粘土、亚粘土等，也可用于含卵砾石层。在含水地层，冲击振动使矛体与地层接触周围发生“液化”,摩擦力降低，冲击矛无法前进，或进尺缓慢，矛头下沉，解为0~20m。为了防止挤密地表隆起，要距地表深度大于冲击矛体直径的10倍。图2-5冲击矛结构示意图气动矛法的优点是操作简单，不要求较高的专业技术，投资少，成本低；缺点是地层条件变化或遇到障碍时易偏离设计方向不可控制方向，施工精度受到限制不适用于硬土层或含大的卵砾石层，以夯管锤是指用由压缩空气驱动的夯管锤将要铺设的钢管沿设计的路线直接夯人地层，实现非开挖穿越铺管。夯管锤实际上是一个低频、大冲击功的冲击器切割土体，并克服土层与管体的摩擦力使钢管不断进人土管内，待钢管抵达目标后，取下切削头，将管中的土心排出，钢管留在孔内，即完成铺管。如图2-6图2-6夯管锤铺管示意图根据铺管现场具体条件，来确定段长度，如果条件许可，应尽可能用长的管段，以便减少焊接造成的铺设偏差。由于钢管要承受较大的冲击力，因此用做夯管的钢管一般为无缝钢管，且壁厚也有一定要求，如果夯管距离超过40m,壁厚应增加250%。夯管铺管管径范围为φ200~2000mm,不同地层和夯管法的优点是设备简单，施工成本低；缺点是不可控制施工方向，不适用于含大卵砾石的地层。2.3.4螺旋钻进铺管用该方法铺管施工时，螺旋钻机水平安放在预先挖好的工作坑内，依靠螺旋钻杆向钻头传递钻压、扭矩并排除土屑，螺旋钻杆外为钢管套，用来铺设管道，由钻机的顶管油缸向前顶进，钢管间采用焊接方法进行连接。水平螺旋钻进示意图如图2-7所示。2-7水平螺旋钻进示意图2.3.5微型隧道微型隧道铺管技术诞生于日本。1975年，日本的Komatsu公司推出了世界上第一台微型隧道铺管设备。1980年，德国政府出资研究开发用于排污管施工的微型隧道铺管技术。1984年，美国引进设备施工了第一个微型隧道铺管项目。如今，日本和德国在该项目上处于世界领先地位，日本拥有顶管和微型隧道设备超过2000台，铺管长度约1300km,而在德国，柏林市新铺的排污管道有40%采用这种方法。据初步统计，欧洲采用顶管和微型隧道技术铺设的铺设方法。微型隧道所适用的管道内直径小于900mm,这一管道直径通常被认为无法保障人在里面安全地工作。因此，在顶进过程中，不可能或者禁止派工作人员进入工作面工作。微型隧要求都比较高，通常采用地表遥控的方法来施工事先确定了方位和水平高度的管道，施工中工作面的掘进、泥沙的排运和掘进机的导向等全部采用远程控制。这类施工方法又被称为“遥控小直径顶管技图2-8微型隧道施工过程微型隧道技术对于施工埋深大于4m的重力排水管道、繁忙的路段或者附近有其它地下管线设施等条件下，具有一定优越性。另外，在环境较敏感的地区，或者采用开挖法将会造成一定社会成本(如对社会及公众带来干扰，影响局部的商业活动等),微型隧道技术都具有很强的竞争力。微型隧道主要应用领域在于铺设重力排水管道，其他形式的管道也可以采用此法，但应用比例还微型隧道技术现在可以成功地用于绝大部分地层，包括坚硬地层、极不稳定的淤泥层和地下水位较高的砂层等。其切削刀盘和其它设备在结构上不但能也能够处理混合类地层(如含有鹅卵石的砂层等)。但是微型隧道直径较小，同时采用的又是远程控制作业方法，所以对地层的敏感性较大；当地层条件变化较快或遇到障碍物时(如含有大块孤石和漂石的粘土层),微型隧道施工则不能进行。和传统的开挖施工法比较，微型隧道施工法又有它的优势。对于在地下水位较高或具有沉降危险的不稳定地层进行开槽施工，必须对地层进行良好的支撑、稳定和降水处理，其施工成本是比较高的。传统的开挖修复施工简单、直接施工成本低，但由于给排水管道的修复是在城市内进行，采用开挖修复法会对车辆及行人交通造成影响，在施工过程中工人存在较大的安全风险，并会对附近商业活动和附近居民生活、道路寿命、附近设施等造成影响，甚至造成严重的环境污染，种种负面影响使得开挖修复法在极不利于给排水管道的修复，受到来自社会、环境、经济等各方面的限制。非开挖修复技术是在地表不开槽的情况下探测、检查、铺设、更换或修复各种地下管道的技术。非开挖修复技术对环境、交通等影响极小，同时施工周期短、综合成本低、社会效益高，因此被广泛应用于城市给排水管道修复、油田输送管道、天然气输送管道之中，被各目前，全世界有超过五十种非开挖修复技术被实际应用于管道修复工程中，给排水管道的修复技术，按使用年限分类有临时非开挖修复和长效非开挖修复；按修复时机按修复位置分有局部非开挖修复和整体非开挖修复。将非开挖修复技术分为局部非开挖修复和整体非开挖修复两种。整体非开挖修复技术是一种基于井间整段管的非开挖修复技术，采用整体非开挖修复的方法，可以有效的起到防腐、防渗，增加管道结构强度的目的。整体看来，整体非开挖修复技术是当前非开挖修复技术的主流。整体非开挖修复技术修复后，管道内的内衬管和旧管之间的结构，可分为自立管、复合管、双层管三种构造，从而可分为自立管、复合管、双层管三种不同的整体非开挖修复技术。自立管不用考虑旧管道的强度，而只考虑内衬管自身的承受能力，此内衬管需要能够承受外部压力，要求能够具有同新管相当的耐久度和负载能力。在自立管非开挖修复设计时，通常按埋管时管道所随的荷载来计算并设计内衬管。复合管整体非开挖修复技术内衬管和旧管会形成一体共同承受外部荷载，两者形成一体后需要具有和新管相当的荷载能力和耐久度，在施工时需要在旧管和内衬管间注浆，以使两者形成一体。双层管整体非开挖修复技术中，旧管承受外部荷载，而内衬管则承担地下水压荷载，两者以双层构造的形式共同承担外部荷载，采用双层管结构时内衬管可以较簿，具有较好的经济效益和施工性能。局部非开挖修复技术是对管道中已损坏部分进行修复施工的技术，包括嵌补法、注浆法、套环法、局部涂层法、局部内衬法。目前在我国嵌补法、注浆法、套环法三种方法主要应用于给排水管道的日常维护中。局部涂层法由于操作简便且成本较低，则多应用于给排水管道的修复工程中。这里主要介图2-9水压翻转内衬工作原理2.4.2牵引法修复技术牵引法即把灌浸有热硬化性树脂的软管材料运到工地现场后，采用牵引的方式把材料插人旧管内空压机内衬管C内衬管图2-10牵引法示意图该工艺是将带状聚氯乙烯(PVC)型材放在现有的入孔井底部，通过专用的缠绕机，在原有的管道内部螺旋旋转缠绕成一条固定日径的新管，并在新管和旧管之间的空隙灌入水泥砂浆。所用型材外表面布满T形肋，以增加其结构强度；而作为新管内壁的内表面则光滑平整。型材两边各有公母锁扣，型材边缘的锁扣在螺旋缠绕中匀_锁，在原有管道内形成一条连续无缝的结构性新管。该工艺是污水、雨水管道更新修复中的一种有效、可靠、完善的工艺。管道可在通水的情况下作业，水深30%通常可正常作业。主要施工工艺如图2-11所示。图2-11螺旋缠绕法管道修复示意图螺旋缠绕法目前在市政管网的修复施工中应用比较广泛，管道修复后内壁光滑，输送能力比修复前的混凝土管要好，而目_材料占地面积较小，适合长距离的管道修复。2.4.4内衬HDPE管法修复技术管道内衬HDPE管技术是将外径略大于主管道内径的HDPE衬管，经多级等径缩径或压“U”变形后，使其截面小于主管道的内截面，在牵引力的作用下快速插入主管道。依靠HDPE管自身记忆特性或借助压力和温度使HDPE衬管管径回弹膨胀并以过盈状态帖附于主管道内壁，形成牢固的管中管(见图2-12),从而达到恢复主管道使用功能，延长使用寿命的目的。本方法的管道横截面面积减少较小，但由于HDPE管内壁光滑，水流阻力小，使得流量和流速都可能增加。图2-12内衬HDPE管技术示意图2.4.5喷涂法修复技术该方法将水泥砂浆、环氧树一脂、环氧玻璃鳞片作为喷涂材料，通过卷扬机拉力作用下的旋转喷3.5mm的加固层，经过自然养护，形成主管道-衬里复合管，达到对旧管道的整体修复。该技术能够提高管道的耐压、耐腐蚀及磨损性能，延长管道寿命。喷涂衬装前必须将原管道清拭干净并用专用的二水泥砂浆的喷涂厚度为斗4mm,需要注意的是，喷涂材料有时会对水质产生影响，所以在对给水2.4.6碎(裂)管法修复技术该方法主要适用于原有管线为易脆管材，如灰口铸铁管等，且管道老化严重的情况。新管的管径可以比原有管道管径大，具体施工方法是将碎管设备放入旧管中，由卷扬机拉动沿旧管前进，沿途由碎管设备将旧管破碎，在碎管设备后连着扩管头，扩管头的管径比原有旧管大，负责将破碎的旧管压具切割碎管设备。其中刀具切割碎管设备较为常用，其结构由半径大于原有管道的切割圆周向的切割刀具构成，在切割刀具后面紧接衬装新管。另一种为液压碎管设备，操作简便。碎管衬装完全摆脱了阀门等处需要局部开挖。对于埋深较浅的管线，碎管设备的震动碎(裂)管法是采用碎(裂)管设备从内部破碎或割裂旧管道，将旧管道碎片挤入周围土体形成管孔，并同步拉入新管道(同口径或更大口径)的管道更新方法，施工工艺如图2-13所示。图2-13碎(裂)管法修复技术工艺示意图此类修复技术适用于陶瓷、不加筋混凝土、石棉水泥、塑料或铸铁管的旧管道夹角新，适用管径范围为75~2000mm。第三章非开挖技术的展望非开挖技术之所以受到越来越多的应用和重视，既有其固有的技术优势，也有社会发展带来的巨大渴求，主要表现在：地下穿越是社会发展的必然要求。无论是各行业部还是基建发展需要，新的地下设施总在不断增加，这时要么开挖，要么非开挖，非开挖的优势逐渐被人们认同，非开挖技术日趋成熟，非开挖施工成本逐年降低，所以非开挖的应用下铁道一起，被称为城市的生命线，随着社会的发展，地下管线的长度持续增加的地区非开挖具有绝对优势城市桥梁、楼房、隧道建成后，开挖铺设管线已不可开挖条件，但由于管道埋设太深、地下水位较高，非开挖便成为首选方法。在有铁路、公路、城市建筑物等，施工效率高，节约材料消耗，降低施工费用，所以在某些工程中非开挖活。而非开挖施工不阻碍交通、不污染环境、不破坏植被、不影响周边建筑物常生活和工作秩序。故上海市实行年开挖总量控制，比如2003年上海控制开挖总工程数不超过1000项。随着城市的都市化发展，北京市政府将北京规划为适合居住举办奥运会之后，人们对于工程施工对日常生活的干扰会日益关注，传统的开高污染、强噪音的施工将成为公众难以接收的工法。施工单位若考虑到开挖后商业店铺营业、公交改线的补偿费，开挖方法的经济性日益衰退。此时若政府施，规定在北京的重要路段、