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1、 给水排水工程施工中国建筑工业出版社目录n第七章 室外地下管道不开槽施工n第一节 概述n第二节 掘进顶管法n第三节 挤压土顶管n第四节 管道牵引不开槽铺设n第五节 盾构法施工第七章 室外地下管道不开槽施工第一节 概述n 穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物铺 管，或在城市道路下铺管，常常采用不开槽施工 。不开槽敷设的室外地下管道的形状和材料，采 用最多的是各种圆形预制管道如钢管、普通钢 筋混凝土管、以及其他各种合金其他非圆形的预 制或现浇的钢筋混凝土管沟。n 不开槽施工与开槽施工比较，管道不开槽施 工的土方开挖和回填工作量减少很多，不必拆除 地面障碍物，一般也不必拆除浅埋地下障碍物， 施工占地
2、面积减少很多；不会影响地面交通；穿 越河底铺管时既不影响正常通航，也不需要修建n围堰或进行水下作业，能消除冬季和雨季对开槽 施工的影响，也不会因管道埋没较深而增加开挖 土方量；工程立体交叉施工时，不会影响上部工 程施工；管道不必设置基础和管座；可减少对管 道沿线的环境污染等。为此，室外地下管道不开 槽施工得到广泛应用。n 不开槽施工一般适用于非岩性土层。在岩石 层、含水层施工、或遇地下障碍物，都需要有相 应的附加措施。因此，施工前应详细勘察施工地 段的水文地质和地下障碍物等情况。n 管道不开槽施工方法很多，主要可分为以下 几类。n (1)人工、机械或水力掘进顶管；n (2)不出土的挤压土层顶管
3、；n (3)盾构掘进衬砌成型管道或管廓等。n 采用何种方法，要根据管子的材料和各项尺 寸、土层性质、管线长度及其其他因素，如穿越 障碍物性质及占地范围等选择。第二节 掘进顶管法 n 掘进项管的工作过程如图7-1所示。先开挖工 作坑，再按照设计管线的位置和坡度，在工作坑 底修筑基础、设置导轨，把管子安放在导轨上项 进。项进前，在管前端开挖坑道，然后用千斤顶 将管子顶入。一节管顶完，再连接一节管子继续 顶进。千斤顶支承于后背，后背支承于原土后座 墙或人工后座墙上。除直管外，顶管也可用于弯 管的施工。n 为了便于管内操作和安放施工设备，管子直 径，采用人工掘进时，一般不应小于900mm；采用 螺旋水
4、平钻进，一般在3001000mm。n 一、人工掘进顶管n (一)工作坑及其布置n 工作坑亦称竖井，其位置根据地形、管线设 计、地面障碍物情况等因素决定。排水管道顶进 的工作坑通常设在检查井位置上。n 1.工作坑种类和尺寸n 管道只向一个方向顶进的工作坑称单向坑。 向一个方向顶进而又不会因顶力增大而导致管端 压裂或后背破坏所能达到的最大长度，称为一次 顶进长度。单向坑最大顶进距离为一次项进长度 。一次项进长度因管材、项进土质、后背和后座 墙种类及其强度，顶进技术、管子埋没深度不同 而异。为了增加从一个工作坑顶进的管道有效长 度，可以采用双向坑。根据不同功能，其他工作 坑还有：转向坑、多向坑、交汇
5、坑、接收坑n等，如图7-2所示。工作坑一般为单管项进。有时 ，两条或三条管道在同一工作坑内同时或先后顶 进。n 工作坑坑底宽度W如图7-3所示。操作宽度根 据施工方法和设备尺寸决定，坑底长度工如图7-4 所示，按实际布置情况确定。钢管顶进时应留焊 接口的操作长度。工作坑深度见图7-3。C为管外 壁与基础面之间的孔隙，一般为13cm。n 工作坑纵断面形状有直槽形、阶梯形等。由 于操作需要，工作坑最下部的坑壁一般应为直壁 ，其高度一放不少于3m。如需开挖斜槽，则项管 前进方向西端应为直壁。土质不稳定的工作坑壁 应支设支撑或板柱。如图7-5所示。n 在松散土层或饱和土层内，经常采用沉井或 连续壁方法
6、修建工作坑。这种工作坑平面一般为 圆形和方形。n 为了顶进时校测管线位置，工作坑内应设置 中心桩和高程桩，都由地面桩引入。坑内中心桩 引入方法如图7-6所示。坑内高程桩引入方法如图 7-7所示。n 2.工作坑基础n 为了防止工作坑地基沉降，导致管子项进位 置误差过大，应在坑底修筑基础或加固地基。 n 含水弱土层通常采用混凝土基础。基础尺寸 根据地基承载力、施工荷载、操作要求而定。基 础宽不少于管外径，长度至少为1.21.3单节管长 。基础一般厚度为1525cm，C10混凝土，卵石垫 层厚约10cm。n 为了安放导轨，应在混凝土基础内预埋方木 轨枕。方木轨枕分横铺与纵铺两种。n 密实地基土可采用
7、木筏基础，由方木铺成， 如图7-8所示。平面尺寸与混凝土基础相同，分密 铺和疏诵两种。疏铺木筏基础的方木净距约为 40cm。n 在粉砂地基并有少量地下水时，为了防止扰 动地基，可铺设厚为1020cm的卵石或级配砂石， 在其上安装轨枕，铺设导轨。n 3.导轨n 导轨的作用是引导管子按设计的中心线和坡 度顶入土中，保证管子在将要项入土中前的位置 正确。n 导轨用轻轨(图7-9)、重轨、型钢或滚轮做成 。根据管径和管重选择导轨，也可采用方木，还 必需作抹角处理，因施工不便，目前现已很少使 用。n两导轨间净距A可由下式求得：n (7-1)n导轨中距A0(见图7-10)的计算公式如下：n (7-2)n式
8、中 D管子内直径(m)；n t管壁厚(m)；n h钢导轨高度(m)；n C管外壁与基础面的间隙约为13cm。n 导轨高程按管线坡度铺设。导轨用道钉固 定于木筏基础的轨枕上，或固定于混凝土基础n内预埋的轨枕上。在每条导轨选68点，测每点高 程，检查安装质量。还可采用按轮式导轨(图7- 11)。这种导轨的优点是可以调节两导轨的中距， 而且减少导轨对管子的摩擦。n 施工时，导轨可能产生各种质量事故。如从 工作坑一侧开挖坡道下管时，管子从侧面撞导轨 ，使之向管中心位移，垂直下管，管子撞击导轨 ，使之向两测位移；导轨可能因基础下沉而下沉 ；基础纵向开裂，其中一半下沉，使两个导轨面 高程不一致等。这些事故
9、都需采用相应措施予以 补救。n 4.后座墙与后背n (1)形式和构造n 后座墙与后背是千斤项的支承结构，经常采 用原土后座墙。这种后墙造价经济，修建方便。 枯土、粉质粘土均可做原土后座墙。根据施工经 验管顶埋深24m浅覆土原土后座墙的长度一般需 47m、选择工作坑位置时，应考虑有无原土后座 墙可以利用。n 无法建立原土后座墙时，可修建人工后座堵 。人工后座堵的种类很多，图7-12所示为其中的 一种。n 后背的作用是减少对后座墙的单位面积的压 力，图7-13所示为后背的构造，其中钢板桩后背 适用于弱土层。n 在工作坑双向项进时，已顶进的管段作为未 项进管段的后背。双向项进时，就不必设后背和 后座
10、墙。n 转向顶进比工作坑后背布置如图7-14所示。n (2)后背的计算n 应该保证后背在顶力或后座墙土压力作用下 不会破坏，不发生不允许的均匀压缩变形及不均 匀的压缩变形。n 后背和后座墙在顶力作用下产生压缩，压缩 方向与项力作用方向一致。停止顶进，顶力消失 ，压缩变形也随之消失。这种弹性变形现象称后 座现象。由于后座墙土体和后背材料的弹性性质 、后背各部件之间和后背与后座够之间存在安装 孔隙，顶力作用时，首先是安装孔隙“消失”， 随即是土体和材料的弹性压缩。位移量0.52cm的n轻微后座现象是正常的。大位移量会使千斤顶的 有效顶程减少，而且后座墙的大量位移会导致被 动土压力出现。n 减少大位
11、移量后座现象的有效措施之一就是 保证后背各部件之间接触紧密、后背与后座墙之 间的孔隙灌砂捣实。n 为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背 的强度和刚度计算。须根据承受荷载顶力大小 而设计。n 计算分3类情况：第一类是浅覆土后背，后座 土质的稳定性较好，可利用后座墙土体的抗变强 度，则采用简单的后背构造，第二类是深覆土n后背，可利用后座墙土体的抗变强度，但应采用 板桩后背承受后座土压力；第三类是借土与基础 间的摩擦力，支承千斤顶的顶力如图7-15所示。n 浅覆土后背按挡土墙受力，有3种状态：n 第一种状态，是后背修建完毕尚未顶进，此 时后背受后座墙土体的主动土压力，如图7- 15(a)所示。n
12、作用于后背挡土墙的主动土压力，砂土为：n (7-3)n式中 Ea主动土压力(KN/m)；n土的重力密度(kN/m3)：nH土体高度(m)；nB后背宽度(m)；n土的自然摩擦角(度)。n粘土为：n (7-4)n式中 c粘性土的粘聚力(kN/m2)；n 其他符号同式(7-3)。n 如果后座土体的稳定性并未导致土体的正位 移，后背就没受挡土墙土压力。n 第二种状态，是后座墙土体产生主动土压力 滑移，如图7-15(b)所示，并导致坑底ef段负(压 缩)位移，发生对后背的被动土压力Ep。由于ef 段一般为0.5m，被动土压力的发主可能性是存在 的。n 第三种状态：是后座墙和后背受顶力作用， 产生负位移。
13、当负位移达到一定值时，产主土体 对后背的被动土压力Ep，如图7-15(c)所示。n 作用于后背挡土墙的被动土压力Ep,砂土为 ；n (7-5)n式中各符号含义与式(7-3)相同。n 粘土为；n (7-6)n式中各符号含义与式(7-4)相同。n 产生被动土压力的条件取决于负位移量与后 座墙高度的比值，而且这个比值对各种土是不同 的。图7-16所示为内摩擦角35，密度为 17.6kN/m3的砂土后座对后背挡土墙的土压力系 数。n 在施工中，后座不可能达到被动土压力由此 发生的位移值，实际作用于后背的土压力都要小 于被动土压力。一般采用土抗力系数K。反映这 种关系。因比，后背所受的土压力值，砂土为：
14、n (7-7)n式中 Kr土抗力系数。n其他符号同式(7-3)。n 浅覆土项管一般采用支撑或板桩加固工作坑 壁。这种情况下，显著改善了后背的受力条件， 从而可以采用较小的土抗力系数值。后背土抗力 计算一般还处于实验与经验阶段，各国有不同的 受力假定，使用不同的计算方法和算式。n 由于影响因素很多，以及这些因素对土压力 值的定量影响不易确定，后背强度和刚度计算的 精确结果难于取得，目前施工所采用的大多为经 验估算的方法。n 5.工作坑的垂直运输n 地面与工作坑底之间的土方、管子和顶管没 备等的垂直运输方法很多，一般可采用单轨电动 吊车三脚架一卷扬机等。由于三脚架起重设备不 能作水平运输，采用这种方法还需搭地面操作平 台。n 6.工作平台n 直槽形工作坑一般需在坑口地面搭设工作平 台。工作平台的结构与尺寸取决于管子情况若用 槽钢横梁支承的工作平台，其中平台口尺寸应保 证管子的下放。n 7.顶进口处理n 管子入土处的坑壁应不支设支撑，土质较差 时，为了防止管顶处土方塌落，可设混凝土护管 装置。采用触变泥浆顶管时，防止泥浆从管外壁 和坑道壁之间向工作坑泄漏，应安置顶进口装置 ，使钢环上的橡胶垫阻止泥浆的外溢。n 工作坑布置时，还应解决电源、坑内排水、 地面排水、防雨、地面运输、堆料场、地面临时 工作场、照明、扶梯和工人工地生活设施等问题 。n (二)顶力计算及顶进设备n 1
