长距离钢管顶进工法

长距离钢管顶进工法一、特点采用这一工法敷设管道，即不需要挖槽或水下挖泥，也不需要降低地下水位，可以直接在地下水位以下的土层中长距离顶进，穿越江河和地面建(构)筑物，也可直接通向水域。因而避免了施工对航运、铁道或公路交通的影响，避免了大量的土方工程。在市区施工可以避免大量拆迁。顶管法与盾构法相比，在一定管径范围内，具有施工速度快、质量好、造价低和对地面影响小等优点。二、适用范围本工法适用于采用三段双铰型工具管、单向顶进长度在100m以上，并使用中继环、管径为1.6m~3.5m的钢管顶管。本工法最适用于软土地区。可穿越粘性土、粉性土以及砂土等土层，但应尽量避开渗透系数大、上面又无不透水层或弱透水层的砾石和粗砂层。此工法不适用于坚硬的岩层及弱风化岩层。采用本工法可敷设穿越江河和地面建(构)筑物的给水管道、下水管道、排污管道、工业地下管道、地下人行道以及通向水域的各种大直径管道等。三、工艺原理在敷设管道前，先建造一个工作坑(井)。在坑内顶进轴线的后方，布置一组行程较长的千斤顶，一般每组为4只或6只。将敷设的管道放在千斤顶前面的导向导轨架上(图1)。管道的最前端是一台三段双铰型工具管。工具管与管段之间采用焊接方法连接。千斤顶顶推时，以工具管开路，推着管段穿过坑壁上的穿墙洞(孔)，把管道压入土中。与此同时，进入工具管的泥被高压水冲成泥浆，用水力吸泥机通过管道运出坑外。当千斤顶达到最大行程后，全部缩回，放入顶铁，千斤顶继续顶进。如此不断加入顶铁，管段不断向土中延伸。当工具管和第一节管段几乎全部顶入土中后，吊去全部顶铁，将第二节管段吊入，焊在第一节管段的后面，继续顶进，如此循环施工，直至全部顶完。管道外壁压注触变泥浆，以减少四周的摩阻力。当管道顶进阻力超过主千斤顶的顶进能力时，则采用中继接力技术，将管段分成数段，段间加入中继环，以接力方式分段克服摩阻力。各中继环的运行、触变泥浆的压浆和补浆由计算机控制或自动控制。管道的顶进方向由经纬仪定向和指向。较长管道宜由陀螺经纬仪测定，激光指向仪指向计算机光靶自动显示偏差。管道的上下偏差由水位连通器测定。四、工艺流程(图2)五、施工要点1.穿墙管道穿墙前应将工具管调零，并使管道轴线与设计轴线基本一致。管道顶进后，当工具管的尾部接近穿墙管而泥浆环尚未进洞时，应停止顶进，安装穿墙止水。止水中的盘根不宜压得太紧，留下一定压缩量供盘根磨损后再次压紧止水。当穿墙管处于可能产生流砂或排水困难的土层，可在井外降水或加固土层，或不降低地下水在气压下穿墙。2.冲泥、排泥和顶进冲泥一般应局限在冲泥舱，以确保不超量出泥。每次顶进量应严格根据出泥多少决定。顶进后一般要重新测量一次，以确定工具管的偏差。3.纠偏利用测定不平衡外力的大小来指导纠偏和控制管道顶进方向。使管道尚未产生偏差前，通过纠偏消除不平衡外力，使管道继续沿着设计直线顶进。4.触变泥浆减阻为了减少顶进阻力，在管壁四周应压注触变泥浆。三段双铰型工具管的尾部有压浆孔，这里的压浆必须首先得到保证。压注触变泥浆的一般要求是先压后顶，随顶随压，出口压力必须大于地下水压力，压浆量控制在理论压浆量的1.5倍左右。在长距离顶管中，由于施工期较长，会导致触变泥浆的失水，为此在各中断环附近设置补浆孔补浆。5.局部气压在流砂层和流塑状态的土层中顶进，应采用局部气压施工，即在三段双铰型工具管的冲泥舱——这一局部空间加气压。局部气压施工时，当工具管正面遇到障碍物，或吸口被堵影响出泥，或机械故障需要进入冲泥舱排障或修理时，可采用气压应急处理。即向操作室加气压，在气压下进入冲泥舱修理或排除故障。六、主要施工设备顶管施工的主要设备见表1。现将关键设备介绍如下：1.工具管钢管顶管采用三段双铰型工具管，该工具管曾获得国家发明三等奖(图3)。三段双铰型工具管由前中后三段组成。前段与中段之间设置一对水平铰(18)，通过上下纠偏油缸(17)的伸或缩，可以使前段绕水平铰上下移动；同样可以通过垂直铰(8)和左右纠偏油缸(9)实现中段与前段绕垂直铰作左右移动，如此实现纠偏。工具管分三个舱室，从前到后依次是冲泥舱、操作室、控制室。2.中继环钢管顶管中的中继环构造(图4)。中继环的前段和后段均设置环形梁。在前环形梁上均匀地安装中断油缸。前后管段间为套接。套接部分设有橡胶密封圈，以防止泥水渗入管内。七、劳动组织应组建专业施工队伍，由经过培训的专业施工队伍承担施工任务。劳动组织中的某些工种应经本工法特殊培训并考核合格方可上岗，如工具管操作工、钳工、电焊工、门吊司机、电工、测量工、泥浆工等。需要一般培训的工种有：冷作工、起重工、机工、油漆工。另外还应包括经本工法特殊培训并经考核合格的施工员，自控人员。八、质量标准有关本工法的设计施工可参照《上海市地基基础设计规范》(DBJ08-11-89)，其中设计部分参见第九章第十一节，施工部分参见第十二章第十一节。管段的焊接质量应经无损探伤满足设计要求。竣工图应包括实测管轴线图。管道终点偏差及轴线偏差应满足表2的规定。管道的弯曲段应测定管径的椭圆度。最大椭圆度应小于管径的3%。在管轴上方的重要地面建(构)筑物上，应设置沉降观测点，施工中定期观测，及时提供数据，以便采取相应的措施。竣工时应提供沉降观测资料。九、安全措施应遵照国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》和上海市基础工程公司制定的《顶管安全操作规程》的有关安全操作要求。另外还应特别注意：(1)正常施工时，工具管头道门(小水密门)应常闭，二道门(气闸门)和三道门(大水密门)应常开，而且门边不准堆物，处于能随时关闭状态。(2)在有地下水的土层中顶进，应备有完整的气压系统，可随时使用。(3)电气系统应有专人操作维修，特别是管内的电气设备，无关人员不得触及。十、效益分析在某些特殊环