5顶进管道
5.1顶进管道的基本要求
5.1.1所用管材必须满足如下基本要求:
(1)能够抵抗管道内外的侵蚀。
(2)能够承受一定的静、动荷载。
(3)能够承受管道内外部的压力。
(4)具有良好的过流性能。
(5)较低的成本。
5.1.2除了满足5.1.1中对管材的基本要求之外,顶管施工的管材还应符合以下要求:
(1)较高的轴向承载能力。
(2)紧密的配合尺寸。
(3)端部要乎整、垂直。
(4)管道长度方向上应保证平直度。
(5)防水接头应设置在管道壁内,不允许突出于管道的内外壁。
(6)管道接头应具有传递轴向载荷的能力,同时在发生一定角度的偏斜时应仍具有防水能力。
5.1.3管道长度通常以2.0~3.0m为宜,有时也采用1.0~1.25m较短的管节。
对于大
直径的管道,一般应采用较长的管节,这样可以相对减少管接头的次数、提高施工效率。
在通常情况下,
采用的单根管节的长度不宜超过顶管机或微型隧道掘进机的机身长度。
5.1.4顶进管道的直径DN(ID)系列为:
250,300,350,400,450,500,600,700,8
00,900,1000,1100,1200,1250,1300,1400,
1500,1600,1800,2000,2100,2200,2400,2500,2600,2800,3000,3200,3500,4000。
5.1.5适合于顶管的管材类型通常包括:
混凝土管道、球墨铸铁管道、石棉水泥管道、陶土管、钢
管和塑料管等。
5.1.6顶进管道及其连接处应有足够的抵抗管道内外化学腐蚀和机械损伤的能力,管道的防护措施
应和管道顶进工艺过程以及地层条件相适应。
5.1.7管道制造商应提供顶进管道的下列详细资料:
(1)管道的内径。
(2)管道的外径。
(3)管道的接头形式。
(4)管道连接位置的尺寸。
(5)管道长度(平均长度)。
5.1.8管道的长度误差应符合表5.1.8中的相关规定。
5.1.9管道端面的垂直度应满足下列要求:
(1)管道端面的垂直度定义为如图5.1.9所示的管道末端的角度。
(2)管道端面垂直度要依据线垂直于管道轴的管壁为基准来测量。
如6顶管工作坑的设计与施工
6.1顶进工作坑的设计
6.1.1工作坑形状一般有矩形、圆形、腰圆形、多边形等,其中矩形工作坑最为常见。
在直线顶管
中或在两段交角接近180度的折线的顶管施工中,多采用矩形工作坑。
矩形工作坑的短边与长边之比通常为2:
3。
如果在两段交角比较小或者是在一个工作坑中需要向几个不同方向顶进时,则往往采圆形工作坑;另外,较深的工作坑也一般采用圆形,且常采用沉井法施工。
沉井材料采用钢筋混凝土,工程竣工后沉井则成为管道的附属构筑物。
腰圆形工作坑的两端各为半圆形状,而其两边则为直线;这种形状的工作坑多用成品的钢板构筑而成,而且大多用于小口径顶管中。
6.1.2应根据下列条件设计顶管工作坑:
(1)管道井室的位置。
(2)可利用坑壁土体作后座墙。
(3)便于排水、出土和运输。
(4)对地上、地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全施工措施。
(5)距电源和水源较近,交通方便。
(6)地下水位以下顶进时,工作坑要设在管线下游,逆管道坡度方向顶进,有利于管道排水。
(7)尽可能减少工作坑的数量:
顶进过程中要力求长距离顶进,少挖工作坑。
(8)直线顶管工作坑最好设在管道附属构筑物处,竣工后就工作坑地点修建永久性管道附属构筑物。
(9)长距离直线管道顶进时,在检查井处做工作坑,在工作坑内可以调头顶进。
在管道拐弯处或转向
检查井处,应尽量双向顶进,提高工作坑的利用率。
(10)多排顶进或多向顶进时,应尽可能利用一个工作坑。
(11)工作坑的选址应尽量避开房屋、地下管线、池塘、架空电线等不
利于顶管施工的场所。
(12)在一些特殊条件下,如离房屋很近,则
应采用特殊方法施工工作坑。
6.1.3矩形工作坑的底部尺寸应满足式(6.1.3—1)和式(6.1.3—2)要求:
6.1.4工作坑深度应符合式(6.1.4—1)和式(6.1.4—2)要求(图6.1.4):
7后座墙的设计与施工
7.0.1后座墙(reactionwall)是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构,有时也称为后座、
后背或者后背墙等。
在施工中,要求后座墙必须保持稳定,一旦后座墙遭到破坏,顶管施工就要停顿。
后座墙的设计要通过详细计算,其重要程度不亚于顶进力的预测计算
7.0.2后座墙的最低强度应保证在设计顶进力的作用下不被破坏,并留有较大的安全度。
要求其本
身的压缩回弹量为最小,以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率。
在设计和安装后座墙时,应使其满足如下要求:
(1)要有充分的强度在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不致破坏。
(2)要有足够的刚度当受到主顶工作站的反作用力时,后座墙材料受压缩而产生变形,卸荷后要恢复原状。
(3)后座墙表面要平直,并垂直于顶进管道的轴线,以免产生偏心受压,使顶力损失和发生质量、安全事故。
(4)材质要均匀后座墙材料的材质要均匀一致,以免承受较大的后坐力时造成后座墙材料压缩不匀,出
现倾斜现象。
(5)结构简单、装拆方便装配式或临时性后座墙都要求采用普通材料、装拆方便。
7.0.3后座墙的结构形式一般可分为整体式和装配式两类。
整体式后座墙多采用现场浇筑的混凝土。
装配式后座墙是常用的形式,具有结构简单、安装和拆卸方便、适用性较强等优点。
7.0.4采用装配式后座墙时,应满足下列要求:
(1)装配式后座墙宜采用方木、型钢或钢板等组装,组装后的后座墙应有足够的强度和刚度。
(2)后座墙土体壁面应平整,并与管道顶进方向垂直。
(3)装配式后座墙的底端宜在工作坑底以下(不宜小于50cm)。
(4)后座墙土体壁面应与后座墙贴紧,有间隙时应采用砂石料填塞密实。
(5)组装后座墙的构件在同层内的规格应一致,各层之间的接触应紧贴,并层层固定。
(6)顶管工作坑及装配式后座墙的墙面应与管道轴线垂直,其施工允许偏差应符合表7.0.4中的规定。
7.0.5当无原状土作后座墙时,应设计结构简单、稳定可靠、就地取材、拆除方便的人工后座墙。
7.0.6利用已顶进完毕的管道作后座墙时,应符合下列规定:
(1)待顶管道的顶进力应小于已顶管道的顶进力。
(2)后座墙钢板与管口之间应衬垫缓冲材料。
(3)采取措施保护已顶人管道的接口不受损伤。
7.0.7在设计后座墙时应充分利用土抗力,而且在工程进行中应严密的注意后背土的压缩变形值,将残
余变形值控制在20mm左右。
当发现变形过大时,应考虑采取辅助措施,必要时可对后背土进行加固,以提高土抗力。
7.0.8后座反力常用的计算方法一:
忽略钢制后座的影响,假定主顶千斤顶施加的顶进力是通过后座墙均匀地作用在工作坑后的土体上,为确保后座在顶进过程中的安全,后座的8顶管施工设备及安装
8.1导轨选择与安装
8.1.1导轨是在基础上安装的轨道,一般采用装配式。
管节在顶进前先安放在导轨上。
在顶进管道人
土前,导轨承担导向功能,以保证管节按设计高程和方向前进。
导轨应选用钢质材料制作,其安装应符合下列规定:
(1)两导轨应顺直、平行、等高,其坡度应与管道设计坡度一致。
当管道坡度>1%时,导轨可按平坡铺设。
(2)导轨安装的允许偏差应为:
轴线位置,3mm;顶面高程,0~+3mm;两轨内距,±2mm。
(3)安装后的导轨必须稳固,在顶进中承受各种负载时不产生位移、不沉降、不变形。
(4)导轨安放前,应先复核管道中心的位置,并应在施工中经常检查校核。
8.1.2导轨应选用钢质材料制作,导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨,副导轨的轴线以及高
程均要与主导轨保持一致,此副导轨用于防止机头进洞后低头。
8.1.3目前常用的导轨形式有两种,普通导轨和复合型导轨。
普通导轨适用于小口径顶管,它是用两
根槽钢相背焊接在轨枕上制成的(图8.1.3a),它的导轨面标高与管子内管底的标高是相等的,因此两轨道之间的宽度B可以根据公式求得:
复合型基坑导轨断面请参见图8.1.3b)。
在每一根导轨上都有两个工作面:
水平工作面是供顶铁在
其上滑动,倾斜的工作面则是与管子接触。
这样一来,复合型导轨的寿命要比普通型大大增长。
为了测量及导轨安放的方便,导轨的水平工作面仍然与钢筋混凝土管内的管底标高同处一个水平面上。
每一副复合导轨中还设有六只可以调节高低的撑脚,以便安装。
8.2主顶设备及安装
8.2.1主顶千斤顶安装于顶进工作坑中,用于向土中顶进的管道,其形式多为液压驱动的活塞式双
作用油缸。
1主顶设备主要由下列装置组成:
(1)2~6只主顶千斤顶。
(2)组合千斤顶架。
(3)液压动力泵站及管阀。
(4)顶铁。
2千斤顶的组合布置一般采用以下几种形式:
(1)固定式。
(2)移动式。
(3)双冲程组合式。
8.2.2千斤顶的安装应符合下列规定:
(1)千斤顶宜固定在支架上,并与管道中心的垂线对称,其合力的作用点应在管道中心的垂直线上。
(2)当千斤顶多于一台时,应取偶数,且规格相同,行程同步,每台
9顶进力的计算
9.1.1顶管的顶力可按下式计算(亦可采用当地的经验公式确定):
9.1.2采用敞开式顶管法施工时,顶管掘进机的切人阻力可按式(9.1.2)计算:
9.1.3在封闭式压力平衡顶管施工中,迎面阻力可以用式(9.1.3)进行计算:
9.1.4曲线顶进时,应分别计算其直线段和曲线段的顶进力,然后累加即得总的顶进力。
直线段的
顶进力仍然按照上述公式来计算,而曲线段的顶进力则可按式(9.1.4—1)进行计算:
在曲线段的顶进力计算完毕后,如要接着计算随后的直线段顶进力,可按下述公式进行计算:
10顶进施工
10.1顶进施工的一般要求
10.1.1顶进钢管采用钢丝网水泥砂浆和肋板保护层时,焊接后应补做焊口处的外防腐层。
10.1.2采用钢筋混凝土管时,其接口处理应符合下列规定:
(1)管节未进入土层前,接口外侧应垫麻丝、油毡或木垫板,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;
(2)管节入土后,管节相邻接口处安装内胀圈时,应使管节接口位于内胀圈的中部,并将内胀圈与管
道之间的缝隙用木楔塞紧。
10.1.3采用T形钢套环橡胶圈防水接口时,应符合下列规定:
(1)混凝土管节表面应光洁、平整,无砂眼、气泡;接口尺寸应符合规定。
(2)橡胶圈的外观和断面组织应致密、均匀,无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷,安装前应保持清洁,无油
污,且不得在阳光下直晒。
(3)钢套环接口无疵点,焊接接缝平整,肋部与钢板平面垂直,且应按设计规定进行防腐处理。
(4)木衬垫的厚度应与设计顶进力相适应。
10.1.4采用橡胶圈密封的企口或防水接口时,应符合下列规定:
(1)黏结木衬垫时凹凸口应对中,环向间隙应均匀。
(2)插入前,滑动面可涂润滑剂;插入时,外力应均匀。
(3)安装后,发现橡胶圈出现位移、扭转或露出管外,应拔出重新安装。
10.1.5掘进机进人土层后的管端处理应符合下列规定:
(1)进入接收坑的顶管掘进机和管端下部应设枕垫。
(2)管道两端露在工作坑中的长度不得小于0.5m且不得有接口。
(3)钢筋混凝土管道端部应及时浇筑混凝土基础。
10.1.6在管道顶进的全部过程中,应控制顶管掘进机前进的方向,并应根据测量结果分析偏差
产生的原因和发展趋势,确定纠偏的措施。
10.1.7管道顶进过程中,顶管掘进机的中心和高程测量应符合下列规定:
(1)采用手工掘进时,顶管掘进机进入土层过程中,每顶进300mm,测量不应少于一次;管道进入
土层后正常顶进时,每顶进looomm,测量不应少于一次,纠偏时应增加测量次数。
(2)全段顶完后,应在每个管节接口处测量其轴线位置和高程;有错口时,应测出相对高差。
(3)测量记录应完整、清晰。
10.1.8纠偏时应符合下列规定:
(1)应在顶进中纠偏。
(2)应采用小角度逐渐纠偏。
(3)纠正顶管掘进机旋转时,宜采用挖土方法进行调整或采用改变切削刀盘的转动方向,或在管内相
对于机头旋转的反向增加配重。
10.1.9顶管穿越铁路或公路时,除应遵守本规范外,还应符合铁路或公路有关技术安全规定;
10.1.10管道顶进应连续作业。
如遇下列情况时,应暂停顶进,并应及时处理。
(1)顶管掘进机前方遇到障碍。
(2)后背墙变形严重。
(3)顶铁发生扭曲现象。
(4)管位偏差过大且校正无效。
(5)顶进力超过管端的允许顶力。
(6)油泵、油路发生异常现象。