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1、第 2 章 非开挖地下管线施工的工程勘测任何一种非开挖施工方法都有其优缺点和适用范围。因此，了解地层和地下埋设物的情况极为重要，它不仅影晌施工成本，而且关系到施工方法和设备的选择。对新铺设管线，需要了解有关地层和地下水的情况，以及现有地下管线和其他埋设物的位置。对更换管线，需要了解待更换管道的管材、尺寸和形状，以及邻近管线的位置。对修复管线，需要了解待修复管线的管径、形状、路径，以及管道的现状，包括管接头和人井的情况。21 岩土的工程性能和分类211 土的种类1非黏性土在非黏性土(粗粒土)中，单个的矿物颗粒或岩石碎片由于颗粒表面存在的相互摩擦力而形成一种松散的土体，其性能主要受颗粒大小、粒径分
2、布、颗粒形状和粗糙度的影响。非黏性土包括砂、砾石、碎石，以及由它们组成的、小于 006 mm 颗粒的重量百分比低于 l5的混合物。2黏性土在黏性土(细粒土)中，颗粒表面的静电作用使土的颗粒相互黏结在一起，形成一种黏性的塑性土体，其性能主要受含水量、颗粒大小和黏性矿物含量的影响。黏性土层包括黏土、黏性淤泥、淤泥，以及由它们组成的、小于 006 mm 颗粒的重量百分比高于 l5的混合物。3有机土有机土包括泥炭和腐殖泥，其中动物或植物的有机成分含量分别超过 3或 5。有机土具有纤维结构，而且具有较高的储水能力(其大小取决于有机物的分解程度)。212 土的颗粒分布土的颗粒大小与土的性质有密切关系。例如
3、，土的颗粒由粗变细，其性质可由无黏性变为有黏性，而透水性随之减小。粒径大小在一定范围内的土粒，其矿物成分及性质都比较接近。因此，可将土中各种不同粒径的土粒，按适当范围分为若干粒组。表 21 是常用的粒组划分方法。表中根据粒径大小、把土粒分为六大组：漂石(块石)、卵石(碎石)、圆砾(角砾)、砂粒、粉粒和黏粒。自然界中的土都是由大小不同的土粒组成的。土中各个粒组相对的百分比成为土的颗粒级配。表 2-1 土粒的粒组划分粒组名称 粒径范围，mm一 般 特 征漂石或块石 200卵石或碎石 20020透水性极大，无黏性，无毛细水圆砾或角砾粗由细201010552透水性极大，无黏性，毛细水上升高度不超过粒径
4、大小砂粒粗由细极细20.50.50.250.250.10.10.075易透水，当混入云母等杂质时透水性减少；无黏性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，且随粒径变小而增大粉粒 粗细0.0750.010.010.005透水性小；湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水上升高度较大较快粘粒 15 的土称为极不均匀的。土的可压密性随不均匀程度的uCuC增加而提高。213 无黏性土的致密性土的致密性反映的是土粒彼此间的结合程度，可用它来评价土的可压密性或者渗透性。 无黏性土颗粒较粗，土粒之间无黏结力，呈散粒状态：它们的工程性质与其密实程度有关，如系密实状态，则其强度高、压缩性小；反之，则
5、强度低、压缩性大。砂土的密实程度可用相对密实度 D，来表示：(22)/()(minaxmaxr式中： 土的最大空隙比，即在最松散状态下的空隙比；max土的最小空隙比，即在最密实状态下的空隙比；in砂土在自然状态下的空隙比。当 D 时，即 ，表示土处于最疏松状态；当 D 时，即 ，表不土处于最0rmax 1rmix密实状态。按 D，值的大小可将砂土的密实程度分为以下三类： 01LI状态 坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑215 土层的水文地质条件完整的土层勘察报告应包括水文地质条件，即：地下水的水位；水的流动方向和速度；地下水的数量；地下水的化学成分。土中的水除了一部分是受电分子力作用吸附在颗粒表面的
6、结合水外，其余都是自由水。自由水能够传递静水压力，能够在重力和表面张力作用下在土内流动。土中的水对细粒土的性质影响很大，可使其产生粘性、塑性和胀缩性等一系列变化。在地下水位以上的土体中存在毛细水，它可增加土粒间的接触压力，这对土体的稳定性是有利的，但会加剧土的冻害。地下水位以下土体中的自由水称为地下水，它连续布满所有的空隙，对土粒产生浮力作用，改变土体的自重应力。如果地下水中存在压力差，水就会从水头高处流向水头低处，即产生渗流现象，对施工具有很重要的影响。土对水的渗透性是工程施工必须考虑的一个重要因素。渗透性的大小可用渗透系数忌来表示，一般通过做室内渗透试验或现场抽水和压水试验进行测定。影响土
7、的渗透性系数大小的主要因素有土的颗粒大小及级配、土的密实度、土的饱和度、土的结构和构造以及水的温度等。根据达西定律，砂和其他细颗粒土的渗透系数可由下式表示：K=v/i (2-5)式中：v渗流速度(cms)；i水力梯度。表 24 可用于粗略估计土的渗透系数。216 岩土的工程分类表 24 各类土的渗透系数土的种类 透水性大小 渗透系数女，cms卵石、碎石、砾石很透水 110 2砂 透水 110 10 4砂质黏土 中等透水 110 11046粉质黏土 低透水性 110 10 8黏土 几乎不透水 17pI素填土 由碎石、砂土、粉土、黏性土等组成的填土杂填土 含有工业废料、建筑垃圾、生活垃圾等杂质的填
8、土人工填土冲填土 由水力冲填泥砂形成的沉积土特殊土 包括淤泥和淤泥质土、红黏土和次生红黏土、湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土等22 非开挖地下管线施工的工程勘察与其他工程施工一样，地下管线的施工在很大程度上受到地层条件(包括地质条件和水文地质条件)的影响。因此，在施工之前应进行工程地质勘察，以便评价某种技术方法的可行性或选择合适的施工方法。工程地质勘察的目的在于了解土的主要物理性能，其方法有：间接勘察，如对比相邻或相近的地层，查阅现有的地质图；直接勘察，如钻探、取样、地球物理勘探、原位测试等。勘察的深度至少应在规划的管线铺设深度以下 3m。除了现场勘察外，对采取的土样进行必要的实验室试验也极为重
9、要，因为只有这些试验才能提供有关土力学性能的特性值。表 26 列出了与非开挖施工有关的土的性能及其所采用的不同勘察方法。221 地下管线分类管线可分为两大类：地下管道和地下电缆。地下管道主要有给排水管道、热力管道、燃气管道、电力电缆、电信电缆和工业管道。地下电缆主要有市内电话电缆、长途电话电缆、电报电缆、有线电视电缆、光纤电缆、有线广播电缆和其他专用电缆等。表 27 至表 211 为地下管线的分类表。表 2-6 与非开挖施工有关的土的性能及其所采用的不同勘察方法直 接 的 方 法勘察方法土的特森测绘 槽探 探测 钻探 实验室间接的方法砾 石 砂 淤 泥 黏 土 土的类型有机土 粒径分布 颗粒形
10、状 致密性 o 内摩擦角 土的状态 黏 性 含水量 土的性能有机成分 注：精确； 不太精确。表 27 给排水管道的分类功能分类输水方式 用 途 管材 管径，mm输水管压力输水、重力输水从水源地输送原水到水处理厂 钢管、混凝土管800给水 配水管压力输水 从水处理厂或调节构筑物经城市管网直接向用户配水铸铁管、钢管75600雨水管城市街区雨水汇集排泄排水污水管一般重力输水工业废水与生活污水汇集输往污水处理厂混凝土管、混凝土结构暗渠2002 000表 2-8 热力管道的分类热能分类 压力，kPa 温度， 热 源蒸气过热管道 1001 400 10 000 高压表 211 电力电缆的分类功能分类 电压
11、，kV 电压级别1 低压1110 高压供电(输电或配电)、路灯、电车等 110 超高压222 地下管线场地分类地下管线场地的分类应按现行的国家行业规范市政工程勘察规范的有关规定执行，如表2-12。只要场地各项条件中有一项属于上一类时，应将该场地划分为上一类。对于管线线路较长的场地，如果沿线各地段的场地条件、地基土质和地下水条件有差别时，应分别划定勘察区内各地段的场地类别，不宜将整个勘察区简单地划分为某一类。表 2 一 l2 场地的分类I 类 类 类1按现行的国家规范建筑抗震设计规范划分的对建筑抗震危险的场地和地段。2不良地质现象强烈发育。3地质环境已经或可能受到强烈破坏。4地质地貌复杂。5岩土
12、种类多，性质变化大，地下水对工程影响大，且需特殊处理。6变化复杂、作用强烈的特殊性岩土1按现行的国家规范建筑抗震设计规范划分的对建筑抗震不利的场地和地段。2不良地质现象一般发育。3地质环境已经或可能受到一般破坏。4地质地貌较复杂。5岩土种类较多，性质变化较大，地下水对工程有不利影响。6不属I类的一般性岩土1地震设防烈度为6度或6度以下，或按现行的国家规范建筑抗震设计规范划分的对建筑抗震有利的场地和地段。2不良地质现象不发育。3地质环境基本未受破坏。4地质地貌简单。5岩土种类单一，性质变化不大，地下水对工程无影响。6非特殊性岩土223 地下管线工程勘察的基本要求勘察、设计与施工三者是基本建设工程
13、的主要环节，它们相辅相成构成基建的主要内容。勘察是为设计和施工而进行的可行性研究，其目的是查明工程地质环境，论证场地地基的稳定性，以确保工程的顺利进行和使用效果。1勘察前需掌握的资料管线工程勘察一般进行一次性详勘。勘察前应收集的主要资料：(1)附有标明坐标、管线走向、与拟铺设管线有关的设施和现状地形等的管线工程总平面布置图； (2)管线类型、基底高程、管径(或断面尺寸)、输送方式、设计示意图和可能采取的施工方案以及地下埋设物分布概况等。2勘察的主要内容和要求室外管线工程勘察要求查明沿线各地段的地质、地貌、地质结构特征，各类土层的性质及其空间分布，对管线地基进行工程地质评价，为地基基础和穿越工程
14、设计、地基处理与加固、不良地质现象的防治、施工开挖与排水设计等提供工程地质依据和必要的设计参数，并对可能出现的岩土工程问题提出治理措施和建议。非开挖管线施工需要通过勘察和设计解决的主要岩土工程问题如下：(1)当管线穿越软弱地基与坚实地基交界部位时，需判明由于地基差异沉降而导致管线损坏的可能性；(2)选择确定软弱地基和振动液化地层适宜的处理与加固方案；(3)当管线穿越河流、沟谷地段时，应查明河床、岸坡的地层结构等，并对河床、岸坡冲刷和稳定性作出评价，提出穿越方案建议和措施；(4)查明施工地段的岩土分布状态、水文地质条件，提供可能采用的施工方法的设计、施工所需要的计算参数和依据；(5)当埋管较深，
15、需深挖辅助坑槽时，应对坑槽边坡及邻近建筑物的稳定性进行分析评价，提出适宜的坑槽边坡支护方案；(6)地下水位高，并对工程有影响的地段，需选择确定适宜的排水方法(排水井、井点或深井泵排水)，对可能产生流砂、潜蚀、管涌等问题的防治落实措施；(7)在强地震区的管线勘察中，必须对场地和地基地震效应进行分析，应提供相应的防震措施，如采用柔性接口结构、改善管线与附件(弯头、三通、四通、阀门)的连接、混凝土枕基(平基或弧基措施)等。在可能产生振动液化的地段，必要时可采用打桩补强措施；(8)判明环境水和土对管材的腐蚀性，必要时采取相应的防腐措施；(9)应查明施工地段地下埋设物(包括已铺设的各种管线)的类型、埋深、位置和路线，以免施工时损坏。3勘探孔的布置要求勘探孔的布置原则：(1)勘探孔应沿管线中线布置，当条件不允许时，勘探孔可适当移位；(2)穿越铁道、公路或河谷地段的勘探孔移位不宜偏离管线中线超过 3 m，勘探孔间距以能控制地层土土质变化为原则，宜采用 30100 m，但在穿越铁道、公路地段，不宜少于 2 个勘探孔；(3)在每个地貌单元、地貌单元交界部
