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1、 第 3 节 室外管道的不开槽法施工铺设城市排水管道，当管线穿越障碍物，如铁路、车辆来往频繁的公路、建筑物、河流，或在城市干道下铺设管道时，为加快施工进度，减少对环境的污染，不影响城市交通，所以采用不开西槽法施工。同时管道的不开槽法施工可以大大减少开挖和回填土方量，不拆或少拆地面建筑物，一般不会影响地面的正常交通，管道不需设置基础和管座，不受季节影响，不利于文明施工。管道不开槽施工法可归纳为顶管法、盾构法和暗挖法。4.3.1 掘进顶管法掘进顶管的工作过程如图 4.1 所示，首先开挖工作坑，在工作坑内安装后背，再按照设计管线的位置和坡度在工作坑修筑基础，在基础上设置导轨，将管子放在导轨上，利用管
2、子和后背之间的千斤顶（顶镐）进行顶进。顶进前，先在管子前端开挖土方，形成坑道，然后操纵千斤顶将管子顶入土中。而后再退镐，向管道与千斤顶之间放入顶铁，重复上述操作，直到管端与千斤顶之间能放入一节管子后，撤去顶铁，再下另一节管子继续上述方法顶进。图 4.1 掘进顶管过程示意1后座墙； 2后背；3立铁；4横铁； 5千斤顶；6 管子；7内胀圈；8基础；9导轨；10掘进工作面一、人工掘进顶管人工掘进顶管就是依靠人工在管内前端挖土用小车将土从管中运出，然后借助千斤顶将管子顶进土中的方法。这一方法设备简单，操作方便，被广泛应用于顶管施工中。为了保证人工挖土的工作环境，人工掘进顶管多用于管径大于 800mm
3、的管道顶进。1、工作坑的设计工作坑又称竖井，是顶管工作的关键。主要设计内容包括工作坑的位置、形式和尺寸；工作坑的基础和导轨；工作坑的后背等。下面分别介绍。（1）工作坑的种类及设置原则根据工作坑顶进方向，可分为单向坑、双向坑、交汇坑和多向坑等形式，如图4.2 所示。其中单向坑一般用于穿越障碍，双向坑用于长距离连续顶管，多向坑用于管道交汇处。工作坑的位置根据地形、管线位置、管径大小、障碍物种类、顶管设备能力来决定。排水管道顶进的工作坑通常设在检查井位置，单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；根据地形和土质情况，尽量利用原土后背；工作坑与穿越的建筑物应有一定的安全距离，并应尽量在离水电源较近的地方
4、。图 4.2 工作坑类型1单向坑；2双向坑；3交汇坑； 4多向坑（2）工作坑的尺寸工作坑应具有足够的空间和工作面，方能保证顶管工作顺利进行。其尺寸和管径大小、管节长度、埋置深度、操作工具及后背形式有关。工作坑的尺寸可按图 14-3所示由公式进行计算。图 14-3 工作坑尺寸图1管子；2掘进工作面；3后背；4千斤顶；5顶铁；6导轨；7内涨圈；8基础1）工作坑的宽度：W=D1+2B+2b （4.1）或中 W工作坑底部宽度（m） ；D1管道外径（m） ；2B+2b管道两侧操作空间及支撑厚度，可取 2.43.2m。2）工作坑的长度：L=L1+L2+L3+L4+L5 (m) （4.2）式中 L矩形工作坑
5、的底部长度 (m)；L1工具管和长度 (m)，当采用管道第一节管作为工具管时，钢筋混凝土管不宜小于 0.3m，金属管不宜小于 0.6m。L2管节长度 (m);L3出土工作间长度 (m);L4千斤顶长度 (m);L5顶管后背的总厚度 (m)1 2 3 4 3）工作坑的深度：当工作坑为顶进坑时，其深度按公式（4.3）计算H1=h1+h2+h3 (4.3)当工作坑为接收坑时，其深度按式（4.4）计算。H2=h1+h2 （4.4）式中 H1顶进坑面至坑底的深度 (m);H2接收坑地成至高底的深度 (m)；h1地面至管道底部外缘的深度（m） ；h2管道外缘底部至导轨底面的高度（m） ；h3基础及其垫层的
6、厚度。但不应小于该处井室的基础及垫层厚度 (m)。（3）工作坑的基础为了防止工作坑地基沉降，影响管道顶进位置的准确性，应在坑底修筑基础，常用基础形式为混凝土基础和枕木基础。含水弱土层通常采用混凝土基础，混凝土基础的尺寸根据地基承载力和施工要求而定。一般混凝土的宽度比管径大 40cm 为宜，长度至少为管长的 1.21.3 倍，通常采用 2 节管长，基础的厚度为 2030cm、强度等级为 C10C15。当地下水丰富、土质很差时，混凝土基础可铺满全基坑，基础厚度和强度等级也可适当增加。当土质密实、管径较小、无地下水、顶进长度较短时，可采用枕木基础，枕木基础用方木铺成，其平成尺寸与混凝土基础相同。根据
7、地基承载力的大小，枕木基础又分疏铺和密铺两种。枕木一般采用 15cm15cm 的方木，疏铺枕木的间距为4080cm。（4）导轨导轨设置在基础之上，其作用是引导管子按照设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土中之前位置正确。导轨有钢导轨和木导轨两种，其长度以满足施工要求为准，一般等于基础的长度。1）轨道距离：施工中应首先选用钢导轨，钢导轨一般采用轻型钢轨，管径较大时，也可采用重型钢轨，如图 14-4 所示。两根钢轨的距离控制在管径的 0.450.6 倍之间。图 14-42）导轨的安装方法及技术要求：由于导轨是一个定向轨道，其安装质量对管道顶进工作影响很大。因此安装后的导轨应当牢固，不得在使用中产
8、生位移；并且要求两导轨应顺直、平行、等高或略高于该处管道的设计高程，其纵坡应与管道设计坡度相一致。安装导轨时，应首先利用垂球和直尺确定导轨的间距和平面位置，然后测出导轨各点的实际高程，并与设计高程相比较，确定导轨的高程调整量后进行安装。当钢轨安装在混凝土基础上时，可在浇筑混凝土基础时，在混凝土基础内预埋作为轨枕的方木，如图 14-6 所示。导轨用道钉固定在方木上，或者在混凝土基础内预埋工字钢或槽钢，将钢轨放在预埋件上，用电焊接钢轨与预埋件焊牢；也可以在浇筑混凝土时，在道钉周围预留孔洞，钢轨稳好后，穿上鱼尾地脚螺栓，浇筑二次混凝土。导轨的安装精度必须满足施工要求。其允许偏差为：轴线 3mm；顶面
9、高程0+3mm；两轨内距2mm。图 14-6 基础预埋方木稳轨（5）后背与后座墙后背是千斤顶的支撑结构，承受着管子顶进时的全部水平顶力，并将顶力均匀地分布在后座上。后背应具有足够的强度、刚度和稳定性，当最大顶力发生时，不允许产生相对位移和弹性变形，此外要考虑后背是临时结构，应力求节约。1）后背形式：常用的后背形式有原土排木后背、刚板桩后背、管后背和人造重力式后背。当管道埋置较深，顶力较大时，也可采用沉井后背或地下连续墙后背。后座墙主要采用原土座墙，这种后座墙造价经济、修建方便。一般的粘土、亚粘土、砂土都可做原土后座墙。根据施工经验，原土后座墙的长度一般不小于 7m，选择工作坑的位置时，应尽量考
10、虑利用原土后座墙。a、原土排木后背：当顶力较小，土质良好，无地下水或采用人工降低地下水效果良好时，可采用原土排木后背，其结构形式如图 14-8 所示。该后背紧贴垂直的原土后座墙密排 15cm15cm 或 20cm20cm 的方木，其宽度和高度不小于所需的受力面积，排木外侧立 24 根立铁，一般为 40 号工字钢，放在千斤顶作用点位置，在立铁外侧放一根大刚度横铁，千斤顶作用在横铁上。b、钢板桩后背：当顶力较大，土质较好，且有地下水或降水效果不理想时，可采用钢板桩后背，其形式如图 14-9图 14-8 原土排木后背 图 14-9 钢板桩后背1方木；2立铁；3横铁； 4基础；5导轨 1钢板桩；2横铁
11、；3封闭框架支撑；4导轨；5基础板桩式后背的修筑在工作坑开挖以前，先用型钢（槽钢、工字钢）打入土中，以免开挖工作坑时扰动板桩后壁土座。工作坑开挖一定深度后，在靠近工作坑顶部及拟顶管上部一定距离用封闭框架进行支撑，这样既能保证结构安全，也不影响下管和出土。工作坑开挖完毕后，在钢板桩外侧放一根大刚度横铁，以便千斤顶作用在横铁上。2）后背受力：为了保证顶管后背的稳定，后座墙土体不发生破坏，应使顶管发生的最大顶力小于后座土体的允许抗力，故应对顶力和后座墙土抗力进行计算。以保证后背和后座墙土体结构稳定。2 工作坑的质量标准1、在工作坑内外设置中心控制桩。2、将地面的临时水准点用水准仪（精度指标不低于 3
12、mm）引入工作坑的底部，设置两点，选择不易碰撞及不遮挡测量视线的地方设置。3、工作坑的中心桩与水准点设置必须牢固可靠，要经常校对并保证准确。4、中心桩应设可靠的延长柱。5、管道中心桩的位置，要考虑到后背中基础变形的影响。项管工作坑的质量标准 表 13-1-7检验频率序号 项目 允许偏差范围 点数1 工作坑每侧宽度，长度 不小于设计规定 每座 2检验方法垂直度 0.1%H 1 挂中线用尺量2 后背水平线与中心线的偏差 0.1%L每座1 用垂线角尺3 导轨 高程 +3mm0 每座 1 用水平仪测中线位移 左 3mm右 3mm 1 用经纬仪测注：表内 H 为后背的垂直高度（单位：m） ；L 为后背的
13、水平长度（单位：m）.二、顶管设备1、液压千斤顶液压千斤顶的构造形式分活塞式和柱塞式两种。其作用方式有单作用液压千斤顶及双作用液压千斤顶，由于单作用液压千斤顶在顶管使用中回镐不便（卧用回镐时，需用外力压回） ，所以一般采用双作用活塞式液压千斤顶。液压千斤顶由控制箱和千斤顶组成，有手动控制及电动控制。（1）液压控制箱：一般用电泵驱动，可将油箱、高压油泵、液压操纵箱安装成一个整体。（2）千斤顶（顶镐）千斤顶的生产种类很多，其规格与性能可根据现行有关标准及生产厂的产品说明选用。顶管一般采用顶力为 2000kN4000kN 的千斤顶，行程有0.25、0.5、0.8、1.2、2.1m等。（3）液压工作用
14、油在顶管施工中经常采用的是普通液压油。2、顶铁顶铁是顶管过程中传递顶力的工具，它可延长千斤顶的行程，并且扩大管节端部的承压面积。顶铁由各种型钢制成，其强度和刚度应经过核算。顶铁根据安放位置与使用作用的不同，可分成顺铁、横铁和立铁。顺铁是在顶进过程中与顶镐的行程长度配合传递顶力，在顶镐与管子之间陆续安放。顶铁的形式一般有矩形、圆形、弧形等，其断面参见图 13-2-1.2 的(a) 、(b)、(c)(a)矩形顶铁(b)圆形顶铁(c)弧形顶铁图 13-2-1.2 顶铁示意图圆形或弧形顶铁，主要用于保护管子端面，使端面传力均匀，其材料可用铸钢或用钢板焊接成型内灌注 C28 混凝土。圆形或弧形顶铁端面必
15、须与管子端面形状吻合（企口或平口） 。3、其他辅助设备及工具（1）工作台及棚架1）工作台：搭设在工作坑的顶面，主梁采用型钢，上面铺设 15cm15cm 方木，作为承重平台，中间留下管和出土的方孔为平台口，在平口上设活动盖板（装有滚动轮与导轨。 ）承重平台主梁必须根据荷载计算选用（管重、人重及其他附加荷载） ，主梁两端伸出工作坑壁搭地不得小于 1.2m。平台口的尺寸（长宽）为：长度 L=l1+0.8 (13.2.2-1)宽度 B=D1+0.8 (13.2.2-2)式中 l1管子长度（m） ；D1管外径（m） 。2）棚架：即起重架与防雨（雪）棚合成一体，罩以防雨棚布为工作棚。起重机卷扬机、滑轮或电葫芦门式架，应根据起重量核算配备，参见示意图 13-2-2.1、13-2-2.2。图 13-2-2.1 卷扬机起重台与棚架示意图1棚架；2卷扬机；3活动盖板；4滚轮轨；5方木；6槽钢；7工字钢；8工作坑撑木图 13-2-2.2 电动葫芦门架示意图 图 13-2-2.3 工具内涨圈示意图（2）测量仪器1）水准仪一台2）经纬仪或激光经纬仪一台（3）常用工具顶管用的工具有内涨圈（参见图 13-2-2.3） 、硬木楔、水平尺、特制短高程尺、钢尺、垂球、小线、出土小车等。（4）管道临时联结设备为了保证管子顶时中不产生错口和偏斜，提高管道的整体性，应在第一节管子顶完后，将拟
