顶管与箱涵法施工

1、第7章顶管和箱涵施工，7.1概述7.2顶管施工，7.3水平定向钻施工，7.4箱涵施工，7.1概述，挖盖施工广泛应用于城市市政管线和地下通道工程。然而，在管道埋深较大、靠近交通干线、对周围环境的位移和地下水有严格限制的地区，采用非开挖施工方法更安全、更经济。常用的非开挖方法包括顶管法、水平定向钻法和箱涵法。7.1概述、7.2顶管施工，顶管是用大功率顶推设备将管道顶推至终点完成铺设任务的施工方法。顶管法施工过程如下：顶管工作井顶管出口孔壁对面的侧壁为承压墙，其上安装液压千斤顶和承压垫然后将预制好的管接头按设计轴线逐段推入土层直至下一个工作井的进口孔壁。7.2顶管施工，自20世纪60年代以来，顶管技

2、术不断发展和推广；20世纪70、80年代，长距离顶管、接力室、泥浆减阻、计算机控制和激光制导系统等先进技术相继引进和发展，最大顶管长度已超过千米。嘉兴污水处理顶管工程一次推进2050米，创造了类似顶管工程的世界纪录。顶管适用于各种土层，尤其是粘性土、粉土和砂土，也适用于非粘性土，如卵石、砾石和风化残积土。顶管法主要用于直径300-4000的地下管线施工。该设备能平衡地下水压力和土压力，控制地表的抬升和沉降，并具有激光定向功能。顶升速度为200-300转/分钟。7.2.1顶管施工的关键设备工具管，又称机头，是顶管施工的关键设备，一般具有以下功能：掘进、防塌、排泥和导向。不同的工具管有不同的特点，

3、因此应根据工程特点、地质条件和设计要求选择合适的工具管。工具管按功能分类如下：(1)按掘进功能可分为手掘、挤压、半机械、机械和液压挖掘工具管。(2)根据防塌功能，可分为机械平衡式、泥水平衡式、土压平衡式、水压平衡式和气压平衡式工具管。(3)根据排泥功能，可分为干排泥型和排泥水型工具管。7.2.1顶管施工的关键设备，中继间顶管的关键设备类型工具管，长距离顶推的关键设备是中继间。对于长输管道，由于管道周围摩擦的增加，一方面，主千斤顶的顶力是有限的，不能无限增加；另一方面，主千斤顶的顶力也受到管道许用应力和后壁许用应力的限制。为了解决上述问题，继电器室应运而生。使用中继技术是将一条长管道分成几个部分

4、，并在各部分之间增加中继环，分散主战的最大力量。总主战的顶力大于接力环。7.2.1触变泥浆减阻是顶管施工中的关键设备。为了减少管壁周围的摩擦，触变泥浆套管的形成取决于工具管。在长距离和超长距离顶管施工中，由于施工周期长，触变泥浆容易因失水而失去作用。因此，应在工具管沿管道的一定距离处设置灌浆孔，以便及时补充新的触变泥浆。灌浆孔通常设置在中继环附近。7.2.1对于顶管施工的关键设备，纠偏是指在工具管偏离设计轴线后，利用工具管的纠偏机构改变管端方向，减小偏差的过程。目的是沿着设计推进管道7.2.2顶管施工顶力的计算。顶管施工前，必须先计算顶力，然后根据计算出的顶力进行施工设计。与顶管施工直接相关的

5、施工设计内容主要包括：千斤顶的选择规格和数量，不采用继电器间的最大顶进距离，采用继电器间的数量和间距，管端能承受的最大顶力，是否采用润滑剂，以及后壁设计。以及不同方案的比较等。在顶进过程中，如果管道上的应力大于其极限应力，将导致管道变形和损坏，影响管道的正常安装和使用。因此，为了避免对管道的损伤和接头处的应力集中，也有必要准确估算顶升过程中的顶升力。7.2.2顶管施工中顶力的计算，根据工程特点和实测顶力的变化，影响顶力的主要因素归纳如下：(1)地质条件的影响；(2)管径的影响；(3)灌浆的影响。(4)顶升操作。如果顶升过程中停止时间过长，重新启动时顶升力会明显增加。由于停顿时间长，周围松散的土

6、体会坍塌在管壁上，同时水会从减阻泥浆中分离出来，失去减阻支撑作用，导致顶托阻力增加。(5)管道偏差的影响。在顶升过程中，偏差经常发生。如果校正量过大，也会导致阻力增加，从而增加总顶力。一般来说，在隧道进出口处，管道的偏差较大，纠偏次数也较多，顶力明显增加。7.2.2顶管施工顶力的计算上海市经验公式上海市结合本地区土层的具体情况和触变泥浆顶管工程的成熟经验，提出了顶力的计算公式。F=KDL公式：D -管道外径(m)；L -顶升距离(m)；K -采用触变泥浆时每平方米管道的侧向顶推力，上海地区取812 kN/m2；注：以上公式需根据其他地区的实际经验进行修改后才能使用。7.2.2顶管施工顶力的计算

7、，(2)顶力按理论公式计算：F1588KN。根据半经验公式，顶管的前摩阻力为F1310KN顶部管道侧壁摩擦力F22410KN。总顶力：FF1F2310 24102720KN。(1)工程概况本工程为广州地铁排水修复工程。地下位置很复杂。采用小口径土压平衡顶管法，施工中采用注浆减阻。右图为施工方案。7.2.2顶管施工顶力的计算，施工过程中每20厘米记录一次顶力值(见图)。测得的最大顶力为800千牛。正面阻力的平均值越大，为300千牛顿。管程摩擦，在前40米。根据实测值，管程摩擦系数仅为0.3千牛顿/平方米；在最后41m，反算系数为3.3KN/m2，远小于经验公式计算的顶力。因此，在实际工程中，应根

8、据具体情况动态修正计算参数，并积累当地施工经验。7.2.4顶管施工工程实例、垂直顶管工程、7.2.3顶管施工技术、动画显示、7.3水平定向钻进施工、7.3.1水平定向钻进施工原理、7.3.2水平定向钻进施工前测量、7.3.3水平定向钻进工程实例、水平定向钻进施工技术、定向扩孔(300、300)水平定向钻进的导向钻进原理，大多数导向钻进采用射流辅助切削钻头，钻头通常为斜面，因此当钻杆不停转动时， 可以钻直孔，而当钻头朝某一方向前进但不转动时，钻孔倾向于朝一个方向前进。向前钻进时，通过跟踪安装在钻头上的发射器的信号，确定导向钻的深度和方向，设计钻进轨迹的方法，确定偏离点(直线段成为曲线段的起点)，

9、确定曲线段的曲率半径，计算每根钻杆的曲率半径，7.3.2水平定向钻进施工前的测量，管道基础的岩土分类(应注意砂和淤泥质粘土)， 城市地下障碍物调查(如杂填土、城市已有地下管线调查、7.3.2水平定向钻施工前调查、静力触探(注意探孔回填)、管道仪器(适用于金属管道的快速检测)、地质雷达(可检测障碍物和各种管道)、子场地75R/75T、电磁感应法管道检测仪器设备、RD400PXL、RD4000、电磁感应法管道检测仪器设备、EKKO 100增强型、 E K O 1000型、Noggin 250型、EKKO系列、SIR3000型(最新)、匹配天线、SIR系列、3207型、5103型、5100型、NEX

10、T、GSSI生产的天线、X3M型、 RIS-2K/ME型(多通道)、RIS系列、RIS-2K/0型(单通道)、宁夏路(靠近金沙江路轻轨站)现场测量图、宁夏路(靠近金沙江路轻轨站)解释剖面图、7.3.3水平定向钻工程实例峨眉站排水工程、排水管长160毫米(2*6)顶管最深深度为6.09米。施工完成后，通牛发现一些管道疏通有障碍。2002年1月21日，一个管道检测器被用来检测排气管。检测结果显示，几个孔严重变形，排气管截面呈椭圆形。(详见管道检测联系人列表)。管道检测设备图(1)、管道检测设备图(2)、工程检测结果图、孔径严重变形原因分析1。泥浆消耗不足导致挡土墙不足。2.管道的环刚度不符合设计要

11、求，导致顶管过程中无法承受外部压力而变形。3.扩孔不足会导致被拖管道与其周围环境之间的摩擦增加。4.扩孔器与管道的连接不完善。(目前，大部分管道用拖管头固定器固定。当其中一根管子受力后被偏压时，其他管子将一起被偏压，导致整体位移。)，7.4箱涵法施工，采用预制钢筋混凝土箱涵顶进法施工地下通道道路，其原理是在基坑内的滑板上预制箱涵，用液压千斤顶顶推箱涵，然后穿越道路下的箱涵。然后在箱涵的前后两端修建引道。施工过程：基坑支护与开挖-滑板-箱涵浇筑-顶进施工及千斤顶安装-铁路或公路防护-箱涵顶进-引道施工，7.4箱涵法施工，上海镇北路立交位于沪宁铁路与镇北路交叉口，下一个立交道路工程采用箱涵顶进法施

12、工。有四个单孔箱涵，包括两条快速车道和两条人行道。四个箱涵的总宽度为36.4米，长度为35.7-39.4米，箱涵中心线与铁路中心线的交角为79度。箱涵断面见图。工程地质条件：由表及里，有褐黄色粉质粘土(层厚2.32米)、灰色粉土(层厚2.88米)和灰色淤泥质粘土(层厚7.3米)，下卧层为饱和水的软淤泥质粘土。7.4箱涵施工、背梁和滑板施工本工程中，背梁和滑板考虑形成连接结构，背梁为钢筋混凝土。滑板分为一个快道滑板和两个慢道滑板，滑板的坡度分别为7.14%。和5.83%。混凝土浇筑后，滑板表面应用水泥砂浆找平。滑板表面涂有润滑隔离层，润滑剂为石蜡：机油1 4: 1，厚度3毫米，一层塑料为了减小箱涵顶进过程中的摩擦力，在箱涵底部设置了气垫。快车道箱涵自重为1365吨，安装