顶管施工方法

一、管道顶进措施的选择管道顶进措施的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和多种设施等原因，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：1在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法2在顶进长度较短、管径小的金属管时，宜采用一次顶进的挤密土层顶管法；3在粘性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；4当土质为砂砾土时，可采用品有支撑的工具管或注浆加固土层的措施；5在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶6管法；7在粘性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法二、顶管措施的解释：1.人工掘进顶管施工法人工掘进顶管施工法就是在向土内顶进套管的过程中,采用人工在套管前方掘土的一种施工措施。首先顶进的一般是钢制或钢筋混凝土制的套管,最终在套管内安装燃气管道。顶管施工的重要设备和操作都是在顶管工作坑内,工作坑的位置一般选择在顶管地段的下游,工作面的尺寸用下面公式确定(图8-1):图8-1顶管工作坑B=Dw+2b+2cL=l1+l2+l3+l4+l5式中B――工作坑宽度(m);Dw――套管外径(m);b――套管两侧操作宽度,根据摆放工具数量及土质条件而定,一般为0.8～1.6m;c――撑板厚度,一般为0.2m;L――工作坑长度(m);l1――管子顶进后,尾端留在导轨上的最小长度,钢筋混凝土管一般为0.3～0.5m,钢管一般为0.6～0.8m;l2――每根管长度(m);l3――出土工作面长度,根据出土工具而定,一般为1.0～1.8m;l4――千斤顶组装的总长度,1000kN的千斤顶可取0.9m,kN的千斤顶可取1.0m;l5――千斤顶后座及后座墙的总厚度(m)。工作坑的底面高程,按燃气管道设计标高,套管直径及基础厚度而定。工作坑的基础重要用于固定导轨及满足导轨上方套管的荷重。其做法是:当土质很好并无地下水时,常采用方木基础,如遇地下水可用混凝土基础。顶进的管节应留有足够的长度与下一根管节连接,钢筋混凝土管一般采用企口连接,接缝处可垫油毡,内壁接口处安装一种内胀圈,以防顶进中错口。内胀圈可采用钢筋混凝土,也可运用钢板卷焊。为了延长顶管的长度可采用中继间管(又称接力环)。所谓中继间管就是一根钢筋混凝土管顶入一定深度后,在其内安装千斤顶和顶铁,如图8-2所示。当工作坑千斤顶难以顶进时,开动中继间管的千斤顶,以其后段管节为后座,向前顶进一种行程,然后开动工作坑内的千斤顶,使中继间后段的管子也向前推进一种行程。此时,中继间管随之向前推进,再开动中继间千斤顶,如此循环操作,可增长顶进长度,但顶进速度较慢。图8-2中继间管局部剖面1―后段管节;2―垫块;3―千斤顶;4―钢套环;5―橡胶密封环;6―前段管节套管所有顶入土层后,应及时将燃气管道曳入套管内。若采用钢筋混凝土套管,套管内径下半部可用砖砌体或混凝土筑成平底垫层,垫层的厚度与坡度应满足燃气管道的安装规定。燃气管道底部焊接滑动支座,曳引时仅让支座底面与垫层表面接触,防止损坏防腐绝缘层,支座与燃气管道之间的空隙可填塞沥青麻。为了使燃气管道与套管之间的容积不致形成爆炸空间,最佳用中粗砂将空间填满,套管两端用砖砌体封闭。对重要地段为了运行时能检查套管内与否有燃气,在套管较高的一端应安装检漏管,如图8-3所示。对于钢套管可采用特制的滚动支座安装在燃气管道上,运用滚轮能轻松地把燃气管道推入套管内,但滚轮应沿焊接在套管内壁的槽钢导轨滚动,防止燃气管道在推入时产生周向滑动。钢套管两端灌沥青封堵,如图8-4所示。套管内的燃气管道均应采用加强型防腐绝缘层。2.机械掘进顶管在被顶进的管道前端安装上机械钻进的掘土设备,配置传播带运土机械以替代人工挖运土,当管前方土体被掘削成一定深度的孔洞时,运用顶管设施,将连接在钻机后部的管子顶入孔洞。机械掘进顶管同样要在工作坑内按设计高程及中线方向安装导轨,使每节管子沿着一定方向和高程顶进。图8-3钢筋混凝土套管内的燃气管道1―钢筋混凝土套管;2―石棉水泥填料;3―内套环;4―接缝油毡;5―钢燃气管道;6―检漏管;7―防护罩;8―墙堵;9―滑动支座;10―中粗砂;11―混凝土垫层图8-4钢套管内的燃气管道1―钢燃气管;2―滚轮托架;3―钢套管;4―导轨;5―滚轮;6―检漏管;7―防护罩机械钻进的顶管设备有两种安装形式,一种是机械固定于特制的钢管内,此管称为工具管。工具管安装在顶进的钢筋混凝土管的前端,称为套筒式安装。另一种是将机械直接固定在顶进的首节管内,顶进时安装,竣工后分件拆卸,称为装配式安装。套筒式机械钻进设备的构造,重要分工作室、传动室、校正室三部分,如图8-5所示。机械掘进顶管施工法可减少劳动强度,加速施工进度,对黏土、砂土及淤泥等土层均可顺利进行顶管。但运土与掘进速度不易同步,出土较慢。碰到含水土层或岩石地层时因无法更换机头,因此不能使用。3.水力掘进顶管水力掘进顶管的全套设备安装在水力掘进工具管内,如图8-6所示。工具管分为前、中、后三段。前段为冲泥舱,高压水枪射流将切入工具管的土层冲成泥浆,进入泥浆吸口,由泥浆管输送至泄泥场地。中段为校正环,环内安装校正千斤顶和校正铰,校正铰可使冲泥舱作相对转动,在对应千斤顶的作用下,调正掘进方向。后段为气闸室,是工作人员进出冲泥舱(高压区)内检修或清理故障时,升压和降压之用。冲泥舱、校正段和气闸室之间应具有可靠的密封连接。图8-5套筒式水平钻机1―机头;2―轴承座;3―减速齿轮;4―刮泥板;5―偏心环;6―摆线针轮减速电机;7―机壳;8―纠偏千斤顶;9―校正室;10―链带输送机;11―特殊内套环;12―钢筋混凝土管;13―切削刃图8-6水力掘进工具管1―刃脚;2、4―格栅;3―水枪;5―水枪操作把;6―观测窗;7―泥浆吸口;8―泥浆管;9―水平铰;10―垂直铰;11―上下纠偏千斤顶;12―左右纠偏千斤顶;13―气阀门;14―大密封门;15―小密封门在有充足水源和泄泥场地的条件下,水力掘进工具管可使饱和土层内的顶管过程大为简化。4.挤密土层顶管挤密土层顶管是运用千斤顶或卷扬机等设备将燃气管道直接挤压进土层内,如图8-7所示。顶进时,第一节管前端安装管尖,以减少顶进阻力,有助于挤密土层。管尖的圆锥度一般为1:0.3,偏心管尖可减少管壁与土层的摩擦力,也可在钢管前端安装环刀。开始顶进时,土进入环刀及管内形成土塞,当土塞到达一定长度后,即可制止土继续进入,土塞可使顶管不致产生过大的偏斜。图8-7运用油压千斤顶挤密顶进1―千斤顶;2―垫铁;3―顶铁;4―枕木;5―夹持器;6―燃气管;7―管尖;8―千斤顶油管挤密土层顶管法合适在较潮湿的黏土或砂质黏土中顶进,顶进的最大管径不适宜超过150mm,顶进过程中应采用措施保护防腐绝缘层。5.切刀掘削流体输送顶管所谓切刀掘削流体输送顶管,就是用水加压或机械加压使掘削面土层保护稳定,同步旋转切削刀掘进,掘出的土物则采用流体输送装置排出,掘削、排泥和顶管同步进行。压紧破碎型环流式掘进机是当今世界较先进的切刀掘削流体输送顶管设备,其构造如图8-8所示。掘进机前面装有扇形辐条刀,辐条刀与锥体破碎机装配成一体,辐条刀转速为4～5r/min,破碎机则以100r/min的转速进行偏心转动,掘进面的切削与进刀破碎同步进行。破碎后的石块粒径不不小于20mm。图8-8压紧破碎型环流式掘进机1―扇型辐条刀;2―送排泥管;3―同轴双通阀;4―破碎机头部;5―纠偏油缸;6―减速机;7―油压机组;8―电视摄像仪;9―密封液注入口;10―顶进管垫圈切刀掘削流体输送顶管法的安装如图8-9所示,主千斤顶的顶力通过锥体内装满掘削下来的土石传递给掘进面,具有压紧掘进面的作用,使掘进面土石层保持稳定,掘削土石量可以通过操纵台用增减掘进面压力或顶进速度来调整。方向修正(纠偏)可通过操纵顶进管内设置的两个纠偏油缸在上下±1°,左右±1.5°的范围内,调整破碎机头