城镇综合管廊顶管施工技术规程(征求意见稿)_第1页
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文档简介

1总则

1.0.1为了提高陕西省综合管廊顶管工程施工技术水平,做到安全适

用、技术先进、经济合理、确保质量和保护环境,制定本规程。

【条文说明】综合管廊顶管技术在国内使用已相当广泛,施工技

术也日趋成熟,但目前尚无综合管廊顶管施工技术规范对本地区顶管

施工给予统一的指导,因此,制订本规程是非常迫切及需要的。

1.0.2本规程适用于泥水平衡式、土压平衡式及网格式等顶管机在黏

性土、黄土、粉土和砂土等地层中的施工。

1.0.3本规程适用于钢管、钢筋混凝土管、玻璃纤维增强塑料夹砂管

及预应力钢筒混凝土管的顶管施工。

1.0.4顶管工程的施工除应符合本规程的规定外,尚应符合国家现行

有关标准的规定。

【条文说明】本规程涉及的主要标准包括国家标准《建筑地基基

础设计规范》GB50007、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB

50202-2013、《混凝土结构设计规范》GB50010、《混凝土结构工程施

工规范》GB50204-2015、《钢结构焊接规范》GB50661、《建筑地基基

础工程施工规范》GB51004、《给水排水管道工程施工及验收规范》

GB50268、《岩土工程勘察规范》GB50021,行业标准热力机械顶管

技术标准(CJJ/T284-2018),以及地方标准《陕西省预制拼装混凝土

综合管廊工程技术规程》DBJ61/T160-2019、《陕西省城镇综合管廊施

工与质量验收规程》DBJ61/T139-2017等。

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2术语和符号

2.1术语

2.1.1顶管pipejacking

地下管道施工中,依靠顶管机和顶进装置,将管节在地下逐节顶

进的施工工艺。

2.1.2顶管机pushbench

安装在管道前端用于掘进的机械设备。

【条文说明】顶管机是指带动力的顶管掘进机头,敞开手掘式的

只能称为工具管。

2.1.3工作井jackworkingpit/startingpit

顶管始发端放置顶进设备并进行顶进作业的地下作业空间结构。

2.1.4接收井receivingpit/arrivingpit

顶管终端接收顶管机的地下作业空间结构。

2.1.5小直径顶管smallerdiameterpipejacking

内径600mm~1000mm的顶管。

2.1.6大直径顶管largerdiameterpipejacking

内径不小于3500mm的顶管。

2.1.7长距离顶管longdistancepipejacking

一次顶进长度500m~1000m的顶管。

2.1.8超长距离顶管superlongdistancepipejacking

一次顶进长度大于1000m的顶管。

2.1.9导轨rail

铺设在工作井底部,用于顶管工程初始导向和管节拼接用的轨道。

2.1.10始发originating

2

顶管机由工作井进入土层开始顶进的过程,也称为出洞。

2.1.11接收receiving

顶管机由土层进入接收井完成顶进的过程,也称为进洞。

2.1.12顶力jackingforce

推进整个管道系统和相关机械设备向前运动的作用力。

2.1.13后靠背jackingback

工作井中承受千斤顶反力的结构体。

2.1.14顶管后座jackingbase

千斤顶与反力墙之间的传力装置。

2.1.15中继间intermediatestation

设置在管节间的接力顶进装置。

2.1.16手掘式顶管manualpipejacking

施工人员进入管道进行开挖作业的施工方法。

2.1.17土压平衡式顶管earthpressurebalancejacking

由螺旋机出土,并利用搅拌土体压力或压缩空气压力平衡水土压

力的机械掘进顶管施工方法。

【条文说明】土压平衡式顶管施工是一种以全断面切削土体,通

过螺旋机出土,并以螺旋机搅拌土产生的土体压力来平衡水土压力的

顶管施工方法。

2.1.18泥水平衡式顶管slurrybalancejacking

由泥水循环出土,并利用泥水压力平衡水土压力的机械掘进顶管

施工方法。

【条文说明】泥水平衡式顶管施工是一种以全断面切削土体,以

泥水压力来平衡土压力和地下水压力,又以泥水作为输送弃土介质的

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机械式工具管的顶管施工方法。

2.1.19特殊管材specialpipe

顶管管道采用玻璃纤维增强塑料夹砂管、预应力钢筒混凝土管的

管材。

2.1.20特种顶管specialpipejacking

使用特殊管材或特殊施工方法的顶管。

2.1.21垂直顶升verticaljacking

依靠顶进装置将管节在已顶进完成管道内逐节垂直向上顶进的

施工工艺。

2.1.22触变泥浆thixotropicslurry

用于填充管道外壁与土体之间的空隙并起到减阻作用的泥浆。

2.1.23顶升帽jackingcap

垂直顶升时,设置在首节立管顶部用于破除迎面土体的结构件。

2.1.24顶铁jackingblock

顶铁是放置于千斤顶和被顶管道之间的传力装置,分环形顶铁和

其他顶铁。

【条文说明】环形顶铁是放置于管道尾部用于向管道传力的环形

装置,它确保管道受力均匀,是顶管必需的装置。

2.1.25穿墙孔wallhole

设于顶管井用于顶管机通过的洞口。

2.1.26盘根止水packingseal

把棉﹑麻、石棉、石墨等材料浸入复合树脂或油浸物而制成的填

塞顶管机与穿墙孔空隙的止水材料。

2.1.27穿墙止水环wallholewaterproofring

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在洞口设置的环形止水装置。

【条文说明】顶管位于地下水位以下透水地层或采用泥水平衡顶

管施工时,必须采用的止水装置。

2.2符号

2.2.1抗力和材料性能

f—管材的纵向抗压设计强度。

2.2.2作用和作用效应

F—顶进阻力;

N—管材允许顶力;

Fj—主顶千斤顶顶力;

fk—管道外壁与土的单位面积平均摩阻力。

2.2.3几何参数

D—管道的外径;

DN—管道公称直径;

A2—管材环向最小截面面积;

t—管壁设计厚度。

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3基本规定

3.0.1施工前应进行现场调查研究,并应对工程沿线有关工程地质、

水文地质、地上与地下管线、建(构)筑物、障碍物及其他设施等周边

环境情况的详细资料进行核实确认。

【条文说明】顶管与周边环境之间存在互相影响和互相制约的关

系,所以必须查明周边环境情况,并采取相应的应对措施。

3.0.2顶管场地的选择应符合下列要求:

1避开地下障碍物、离开地上及地下建(构)筑物。

2顶管穿越河道时,管道应布置在河床冲刷深度以下,拱顶覆土

厚度需要征得河道管理单位认可。

3管线位置宜预留顶管施工发生故障或碰到障碍时必要的处置

空间。

【条文说明】顶管工程场地的选定关系到管道的使用安全、施工

难易和工程投资控制。顶管施工一旦出现机器故障或其他意外,通常

的做法是在地面往下进行处理,因此有必要在地面预留一定的施工操

作空间。

3.0.3顶管施工前应熟悉施工图纸,掌握设计意图与要求,并应进行

设计交底。

3.0.4顶管施工前应编制施工组织设计。施工组织设计应包括下列内

容:

1工程概况;

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2工程的地质、水文条件及环境条件;

3工程难特点分析与针对性措施;

4施工现场总平面布置;

5顶管机的选型;

6顶管设备、系统的布置;

7管材、接口连接与管道防水;

8管节的内外防腐;

9顶力估算及后座布置;

10中继间的布置;

11测量及纠偏方法;

12顶管施工参数的选定;

13触变泥浆的配制与管理;

14顶管的通风措施、供电措施、通信及监视系统;

15始发及接收措施;

16环境监测与影响分析;

17施工进度、机械设备、材料及劳动力安排计划;

18安全、质量及文明施工措施;

19应急预案;

20附图。

【条文说明】施工组织设计是实施顶管施工的重要依据,所以本

规程提出了对施工组织设计编写内容的要求。顶管机的系统主要包括

通风系统、进水排泥系统、供电系统、通信系统等。

3.0.5顶管掘进工艺应采用泥水平衡式或土压平衡式,在探明地下存

在障碍物无法使用平衡模式,且对不适用的地层条件采取可靠处理措

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施确保安全施工的条件下,管道外径1.2m以上及2m以下(含1.2m及

2m)时才能使用手掘式工艺。

【条文说明】掘进工艺选择必须综合考虑各方面的因素,既要考

虑机具的适应性,也要考虑施工的效率,更要考虑施工人员的安全。

对于在含地下水的黄土层中进行顶管,不应使用敞开式的掘进(俗称

人工顶管)工艺,因为施工过程风险很大,所以,对采用人工顶管做

了严格的限制。人工顶管是机械顶管无法解决问题时才使用的工法,

不应把它作为主要工法选用。砾石层、卵石层应使用具有破碎功能的

顶管机,中风化岩及其以上、饱和抗压强度大于10MPa的岩层应使

用滚刀刀盘的顶管机。

3.0.6顶管施工应根据设计要求、工程特点及有关规定,对顶管沿线

影响范围内的地表、邻近建(构)筑物及地下管线设置观测点进行监测。

监测的信息应及时反馈,发现问题应及时处理。

3.0.7顶管工程所用的管材、构配件和主要原材料等产品进场应按照

国家有关标准的规定进行验收。

3.0.8顶管设备必须经检验合格后再进入施工现场,并应进行单机、

整机联动调试。

3.0.9顶管施工中的测量应建立地面与地下测量控制系统,控制点应

设在不易扰动、视线清楚、方便校核和易于保护的地方。

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4岩土工程勘察

4.1一般规定

4.1.1顶管工程岩土勘察宜分阶段进行。应根据初步勘察成果综合判

定实施顶管的可行性。对顶管施工中的复杂工程应进行专项勘察。

【条文说明】岩土勘察在不同的设计阶段,对勘察资料有不同的

深度要求。应视工程的大小和特点,分为选线勘察、初勘、详勘几个

阶段并进行选择。管道工程能否采用顶管,除根据勘察资料判定外,

还要考虑其他因素,因某一因素制约,都可能能导致顶管施工的失败。

对规模大、情况复杂的管道,还要考虑不同的线路进行比选,从而确

定综合评定最佳的线路。

4.1.2顶管下穿既有铁路(构筑物)时,应对施工影响段的铁路(构

筑物)沿线进行勘察。

4.1.3岩土工程勘察报告应针对顶管工程的特点提出设计和施工建议。

【条文说明】岩土勘察报告有针对性地对顶管工程提出建议及注

意事项,是勘察的基本要求,设计、施工、管理可参考其意见,指导

项目的方案选择。

4.1.4当顶管施工线路或地质条件发生变化影响施工时,应进行补充

勘察。

【条文说明】补充勘察在顶管工程实施过程遇到不明情况或突变

的地质情况经常采取的措施。

4.1.5勘探孔工作完成后应进行全长封孔,封孔材料宜采用水泥浆或

水泥砂浆等。

4.2勘探孔

4.2.1一般顶管工程、简单顶管工程可在管道中心线布置勘探孔;重

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要顶管工程应在管道两侧折线或双侧边线布置勘探孔。

【条文说明】按照一般的布孔原则,可根据场地情况进行调整。

4.2.2顶管下穿铁路(构筑物)时,应在铁路构筑物周边布置勘探孔。

4.2.3工作井的井位应布置勘探孔,重要顶管工程应在井的角部或沿

井的周边增加勘探孔。

【条文说明】由于顶管井施工人员比较集中,止水要求较高,通

常要做支护结构,故要在顶管井位专门布置钻孔。

4.2.4勘探孔间距宜根据不同的勘察阶段以及工程重要性按表4.2.4

确定。

表4.2.4顶管勘探孔间距(m)

分类重要顶管工程一般顶管工程简单顶管工程

DN大于2222mm且

DN不大于1222mm且

覆土厚度大于12m,除重要工程和简单

描述覆土厚度小于5m和地

或地层条件复杂的工程外的工程

层条件单一的工程

工程

初步勘察62~82122~152222~322

详细勘察32~4252~82122~152

4.2.5重要顶管工程的勘探孔深度不应小于管道底部以下5m,其他顶

管工程的勘探孔深度不宜小于管道底部以下3m。详勘时,勘探孔深

度尚应符合下列要求:

1当顶管下穿既有构筑物时,应加密勘探孔;

2当管道穿越河道时,应至河床冲刷深度以下3m~5m;

3当管道穿越软特殊土层时,应完全穿过该土层并往下加深1m

以上。

4.3勘察报告

4.3.1勘察报告应包括下列内容:

1顶管工程的分类、勘察工作概况及执行的技术标准;

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2地形地貌、地质构造、地层分布及不良地质现象;

3岩土的物理力学性能指标、地基承载力及地震动参数;

4地下水的勘察和腐蚀性;

5场地岩土工程与顶管适宜性评价;

6有无易燃易爆和有毒气体。

【条文说明】一般的勘察报告只提供基础工程的所需的土工参数,

没有针对顶管设计、基坑支护设计及施工提供的有关土和岩石的物理、

力学指标。

4.3.2勘察报告应包括下列图纸和影像资料:

1勘察点平面布置图;

2工程地质剖面图;

3钻孔柱状图;

4岩芯彩色照片。

4.3.3岩土的物理力学性能指标应包括下列数据:

1土的常规物理指标;

2土的粘聚力、内摩擦角指标;

3土的压缩模量、变形模量;

4土的标准贯入试验统计数据;

5土的渗透系数;

6地基承载力的建议取值。

4.3.4地下水勘察应包括下列内容:

1地下水类型、埋藏条件、水力联系条件及水位变化。

2当顶管位于强透水层时,应测定其渗透系数及涌水量。

【条文说明】地下水对顶管的影响非常大,所以勘察需要提供地

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下水勘察定性、定量的分析内容。

4.3.5岩土工程评价应包括下列内容:

1对地下水位以下存在的饱和砂土和饱和粉土进行液化判别;

2对不良地质作用和地质灾害以及各种特殊性岩土进行分析评

价;

3对地下水和土进行腐蚀性评价;

4存在问题以及有关地基基础设计与基坑支护方案的建议。

【条文说明】考虑水和土的腐蚀性对地下管道的耐久性影响,勘

察报告还要求提供地下水和土对不同建筑材料所具有不同腐蚀类型

和程度的评价。

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5顶管施工

5.1顶管工作井、接收井

5.1.1工作井和接收井围护结构形式应根据工程地质条件、水文地质

条件、邻近建(构)筑物、地上与地下管线情况,结构受力及施工安全

等要求合理选型。工作井和接收井可采用钢板桩、沉井、地下连续墙、

灌注桩或型钢水泥土搅拌墙等结构形式。

【条文说明】当工作井埋置较浅、地下水位较低时,宜选用钢板

桩或SMW工法。工作井内水平支撑应形成封闭式框架,在矩形工作

井水平支撑的四角应设角撑。在顶管埋置较深的区域,工作井宜采用

沉井或地下连续墙。当场地狭小且周边建(构)筑物需要保护时,宜

选用钻孔灌注桩或地下连续墙。

5.1.2工作井的最小净长度宜按下式计算:

L>L1L2L3S1S2S3(5.1.2)

式中:L——工作井最小净长度(m);

L1——顶管机或管段长度,取大者(m);

L2——千斤顶长度(m);

L3——后座及扩散段厚度(m);

S1——顶入管段留在导轨上的最小长度(m),可取0.5m;

S2——顶铁厚度(m);

S3——考虑顶进管段回缩及便于安装管段所留附加间隙(m),

可取0.2m。

【条文说明】顶管机长度宜为5.5m,千斤顶长度约为2m,行程

约为lm,钢管管段宜为2m~6m,混凝土管段宜为2m~3m。

5.1.3工作井的最小净宽度宜按下式计算:

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BD2b(5.1.3)

式中:B——工作井的最小净宽度(m);

D——管道外径(m);

b——施工操作空间(m),可取1.0m~1.5m,浅井取小值,深

井取大值。

5.1.4工作井的最小深度可按下式计算:

H=H1Dh(5.1.4)

式中:H——工作井最小深度(m);

H1——管顶覆盖层厚度(m);

D——管道外径(m);

h——管底下的操作空间(m),钢管可取0.7m~0.8m,钢筋混

凝土管可取0.4m~0.5m,其他管材可根据实际情况取值。

5.1.5工作井的穿墙孔直径可按下式计算:

D=D'0.2m(5.1.5)

式中:D——工作井的穿墙孔直径(m);

D'——顶管机外径(m)。

5.1.6工作井的穿墙孔应设置止水装置。止水装置可采用盘根止水或

橡胶止水,也可采用组合形式止水。止水装置的设置应符合下列规定:

1黄土、砂土、粉土等土层宜采用盘根止水;

2黏性土土层宜采用橡胶止水;

3在长距离顶管或承压水土层中宜采用多道或组合形式止水;

4顶管结束后,管道与穿墙孔的间隙应及时进行封堵。

【条文说明】工作井洞口设置止水装置是为了防止顶管机初进洞

口时发生水土流失,造成大量坍方,并要求顶管机迅速穿墙,使顶管

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机快速顶入土体,止住渗漏。管道与穿墙孔的间隙及时封堵,主要是

为了防止管道移动和管端的移位,同时也可防止水的浸入。

5.1.7接收井的最小净长度和净宽度应满足顶管机在井内拆除和吊出

的要求。

5.1.8接收井的穿墙孔应考虑止水要求,其直径可按下式计算:

'

D2=D0.3m(5.1.8)

式中:D2——接收井的穿墙孔直径(m);

D'——顶管机外径(m)。

5.2顶管始发与接收

5.2.1顶管始发及接收的洞口土体加固应根据工程地质条件、水文地

质条件、顶管机型、管道直径、顶管推进方向、坡度、埋深和周围环

境等情况综合确定。土体加固宜采用水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、冷

冻法及降水等形式。

【条文说明】洞口土体采取加固的主要目的是:①确保开洞门时

土体具有一定的强度,防止土体坍塌涌入井内;②确保开洞门时土体

具有一定的抗渗透性,防止地下水通过土体涌入井内。始发到达洞口

土体加固的范围宜为离洞口正前方6m,上下方各3m~4m,左右各

3m~4m。关于始发到达端头加固体长度,建议比顶管机长1m~2m。

因为不同类型的顶管机长度不同。为了确保安全质量,加固体应该确

保全部包裹整个顶管机。

5.2.2顶管洞口的加固效果应采用钻芯取样的方式进行检验,加固体

的强度不宜小于0.5MPa,并应检查加固体的均匀性和防渗漏性能,

始发、接收前应在洞门上打设探测孔,确认止水措施的有效性。

【条文说明】始发到达前采用土体加固确认其加固质量,可以采

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用开观察孔,仔细查看是否有孔洞及渗漏水,必要时可采取钻孔取样

检验,确认其是否有孔洞并可检测加固体强度。在洞门处打不少于5

个(上、下、中、左、右)观测孔,样洞呈米字分布,观察土体变形、

均质性等状况,以掌握加固土体的实际情况。若采用降水降低承压水

水头时,其降水水位应降至底板以下0.5m。

5.2.3采用沉井施工的工作井和接收井的洞口临时封门可采用钢封门、

砖砌封门、钢筋混凝土封门、型钢封门或以上几种的组合等形式。

【条文说明】沉井洞口临时封门形式应考虑满足抵抗沉井下沉及

洞口加固时外侧压力的要求。

5.2.4顶管施工采用降水措施时应设置水位观测井,并应使水位降至

管底0.5m以下。

5.2.5洞口凿除物应清除干净,顶管机始发时,导轨上的管道应与洞

口的止水装置保持同轴,避免损坏洞口的止水装置。

5.2.6顶管机始发时应设置延伸导轨,其标高和轴线应与工作井内导

轨一致。

5.2.7顶管机在进入接收井洞口加固体时,应降低推进速度并减小正

面压力。接收井内应设置接收导轨。

【条文说明】顶管机始发和接收是顶管施工的重大风险源,施工

前应确保洞口外侧土体符合稳定条件,以防止出现洞口涌水涌泥涌砂

等事故。

5.2.8顶管始发前应验算顶管机和管道的后退受力状态。起始顶进的

阶段不宜实施注浆减阻措施,并应在起始顶进段设置可靠的止退装置。

【条文说明】起始顶进阶段不宜实施注浆减阻措施,以提高管外

壁侧向摩阻力。

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5.2.9在含承压水的砂性土层中,顶管始发和接收宜采用降压措施。

当周边环境保护要求高时,顶管机接收可采用水下进洞和钢套筒辅助

进洞方式。

【条文说明】在顶管机接收安全风险较大时,可采取水下进洞或

钢套筒辅助进洞的措施,以平衡内外水土压力。在洞口间隙封堵完成

后,再排水或拆除钢套筒,然后吊装机头。

5.3管材和管道接口

5.3.1顶管管材材质应根据设计要求、管道用途、管材特性及工程具

体情况确定。

【条文说明】我省所用的顶管管材较多的种类是混凝土管、钢管

和玻璃纤维增强塑料管,其他类型如钢筒混凝土顶管和铸铁顶管尚未

见应用。

5.3.2用于弱腐蚀性的流体和土质的管道工程宜选用钢管或混凝土管;

输送中等或中等以上腐蚀性且温度低于40℃液体的管道工程宜选用

带防腐内衬混凝土管或玻璃纤维增强塑料管;使用环境具有中等或中

等以上腐蚀性的管道工程宜选用玻璃纤维增强塑料管。

【条文说明】本条考虑到输送液态介质以及周围土质对管材的腐

蚀或老化作用,影响管材的使用寿命。有关带防腐内衬的混凝土管应

用有陕西省工程建设标准《陕西省公路桥梁和隧道混凝土结构防腐涂

装技术规程》DB61/T1036-2016。

5.3.3管材所用的制作原材料、管材产品、密封圈及木垫板的质量应

符合国家相关产品技术标准的要求。新型管材和接口形式应进行试验

并取得可靠数据后方可采用。

【条文说明】钢筋混凝土顶管质量在行业标准《顶进法施工用钢

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筋混凝土排水管》JC/T640及国家标准《混凝土和钢筋混凝土排水管》

GB/T11836有相关的描述。

5.3.4橡胶密封圈的尺寸、形状、圈数和材料性能应符合设计要求。

5.3.5橡胶密封圈材料性能应符合现行国家标准《橡胶密封件给排水

管及污水管道用接口密封圈材料规范》GB/T21873的要求。

5.3.6接头用的橡胶密封圈在遇有含油的地下水部位,宜选用丁晴橡

胶;在含有弱酸弱碱地下水时宜选用氯丁橡胶;遇霉菌侵蚀时宜选用

防霉等级二级及以上的橡胶;在平均气温低的部位,宜选用三元乙丙

橡胶。

5.3.7预制管节接头处应设置衬垫板,木衬垫板应符合下列规定:

1木衬垫板应选用质地均匀有弹性的松木、杉木或胶合板;

2木衬垫板在满足传力要求的同时,尚应满足强度和变形要求;

3木衬垫板厚度应为10mm~30mm;

4木垫圈厚度应根据管道直径和曲率半径确定。

【条文说明】木衬垫板应具有一定弹性,避免管节端头应力集中。

5.3.8钢筋混凝土管、预应力钢筒混凝土管的衬垫板外径应与管插口

橡胶密封圈槽口齐平,单侧应比管道内径大20mm。

5.3.9玻璃纤维增强塑料夹砂管衬垫板外径应等于接头的最小外径,

内径宜比管道内径大2mm。

【条文说明】衬垫板不应突出接头槽口,以免影响后续接头嵌缝

施工。

5.4顶进设备的选择与安装

5.4.1顶管机的类型可根据工程地质条件、水文地质条件、周边环境

等因素,并结合表5.4.1综合确定。

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表5.4.1顶管机选用参考

机头形式适用土层环境适用性

淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、黏

土压平衡式好

质粉土、砂质粉土、黄土

淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、黏

泥水平衡式较好

质粉土、砂质粉土

网格式淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土一般

【条文说明】本条列出了陕西地区常用的顶管机选型参考表。当

然,也有许多其他类型的顶管机适用陕西地区的顶管施工。顶管机应

在保证工程质量、安全、文明施工,保护地下、地上构建筑物和管线

安全,减少施工对交通的影响基础上,根据工程水文地质条件和施工

环境条件合理选型。

5.4.2顶管机的刀盘应能满足开挖面的土质要求,刀盘驱动扭矩应按

式(5.4.2)计算。

TD'3(5.4.2)

式中:T——刀盘驱动扭矩(kN·m);

α——刀盘扭矩系数(kN/m2),泥水平衡式顶管机,刀盘扭矩系

数宜大于14kN/m2;土压平衡式顶管机,刀盘扭矩系数

宜大于16kN/m2;在较硬土层中,应根据地层情况增大

刀盘扭矩系数;

D'——顶管机外径(m)。

【条文说明】本条是指采用刀盘驱动的顶管机,其刀盘驱动扭矩

应能满足开挖面的土质要求,一般来说,针对陕西黄土地层,土压平

衡式顶管机的刀盘驱动扭矩宜大一些,扭矩系数宜大于16kN/m2。而

泥水平衡式顶管机,刀盘的驱动扭矩可以小一些,扭矩系数宜大于

19

14kN/m2。刀盘驱动扭矩应具有一定的安全系数。

5.4.3刀盘驱动功率应按式(5.4.3)计算。

nT

P(5.4.3)

9.55

式中:P——刀盘驱动功率(kW);

T——刀盘驱动扭矩(kN·m);

p——机械效率;

n——转速(r/min)。

5.4.4顶管后座安装应符合下列规定:

1顶管可采用拼装式后座或整体式后座;

2顶管后座强度与刚度应满足要求;

3顶管后座尺寸应满足顶管最大顶力扩散需要,确保工作井结构

安全;

4后座安装应与顶进轴线垂直,后座与反力墙之间宜设传力结构。

【条文说明】顶管施工前需安装的主要施工设备应包括:顶进设

备、洞口止水装置、测量设备、泥浆设备、施工电缆及其他辅助施工

设备。反力墙为沉井或地下连续墙结构时,可采用拼装式后座,反力

墙为SMW工法、旋喷桩、深层搅拌桩等结构形式时可采用整体式后

座。后座应与结构墙密贴。后座的面积应满足结构墙抗冲切和土体承

载力的要求,强度﹑刚度应满足最大顶力要求。

5.4.5导轨安装应符合下列规定:

1导轨宜选用钢质材料制作;

2导轨安装前,应先复核管道中心位置,导轨的高度应与穿墙管

标高相对应;

3两导轨安装应顺直、平行、等高,并应固定牢靠;

20

4导轨对管道的轴心支承角宜为60°;

5导轨安装的允许偏差应符合表5.4.2的规定。

表5.4.2导轨安装的允许偏差

序号项目允许偏差

1轴线平面位置±3mm

2标高+3mm

3轨道内距±2mm

【条文说明】导轨具有足够的强度和刚度。导轨应固定在工作井

的底板上。需要注意的是,在顶进过程中需要对轨道的变形情况进行

测量复核。导轨与管道的轴心支承角指的是导轨与管道交点与管道轴

心连线的夹角。

5.4.6主顶配置和安装应符合下列规定:

1千斤顶的规格和数量应根据实际需要的顶力、工作井允许顶力

及管节允许顶力确定;

2安装在支架上的千斤顶,应在管道轴线两侧对称布置,规格应

相同,其合力的作用点应在管道中心线上。

【条文说明】顶进后座由千斤顶支架、后座主顶油缸及油泵车组

成。对于千斤顶支架安装后的油缸中心位置必须与顶铁的受力肋板部

位一致且与顶进轴线平行。安装后的油缸中心误差小于10mm。

千斤顶油缸合力中心位置的布置可适当向下,满足导轨上管节自

重作用在洞口止水位置向下力矩即可,所布置的油缸可在使用过程中

自由组合来达到调节合力中心位置的作用。

后座主推油泵车可实现本控和远控,主推油泵车可采用多电机分

级提供动力,也可以使用变频控制灵活调节后座顶进速度。

5.4.7油泵站布置应符合下列规定:

1油泵站应与千斤顶相匹配,并应有备用油泵,油泵流量应满足

21

顶进要求;

2油泵站宜设置在千斤顶附近,油管应顺直;

3油泵站安装完毕应进行试运转。

5.4.8顶铁安装应符合下列规定:

1顶铁可采用U形和环形两种形式;

2顶铁应具有刚度大且稳定性好的结构性能;

3顶铁与管接口端面之间的接触面应衬垫缓冲材料。

5.4.9管道内部装置的布置应符合下列要求:

1管道内部应遵循安全可靠及方便施工的原则进行布置;

2管道内部通风装置宜设置在管道两侧,并应固定牢靠;

3进水排泥装置宜设置在管道底部,进水排泥两路管道宜分不同

颜色标识;

4供电线路及通信线路可设置在同侧,便于设备供电。

5.5顶力估算和允许顶力

5.5.1顶管顶进所需的总顶力可按式(5.5.1-1)估算。

FF1F2(5.5.1-1)

F1DL'f(5.5.1-2)

式中:F—总顶力(kN);

F1—管道外壁与土层的摩阻力(kN);

F2—顶管机的迎面阻力(kN);

D—管道外径(m);

L'—管道顶进长度(m);

f—管道外壁与土的平均摩阻力(kPa),宜取2~7。

22

【条文说明】总顶力的计算结果与实际施工顶力有一定差距,与

土层情况和施工技术水平有关,所以计算的总顶力仅作为施工的参考

依据。

5.5.2顶管机迎面阻力可按顶管机机型分别计算,网格式顶管机可按

式(5.5.2-1)估算,土压平衡式和泥水平衡式顶管机可按式(5.5.2-2)计算。

FD'2(cRR)(5.5.2-1)(5.5.2-1)

242

FD'2R(5.5.2-2)(5.5.2-2)

241

式中:D'—顶管机外径(m);

c—网格截面参数可取0.6~0.8;

R—网格挤压阻力,可取100kN/m2~500kN/m2;

R2

1—顶管机下部1/3处的被动土压力(kN/m);

R

2—气压(kPa),对于网格式顶管机,若加气时,迎面阻力计

RR

算公式需加气压2,无加气时2取0。

【条文说明】顶管机迎面阻力的计算公式是根据现行国家标准

《给水排水工程施工及验收规范》GB50268和现行陕西省工程建设规

范《建筑地基基础设计规范附条文说明》GB50007-2011简化所得,

供参考使用。

5.5.3钢筋混凝土管允许顶力宜按式(5.5.3)计算。

Fdc=kdcfcAP(5.5.3)

式中:Fdc—混凝土管允许顶力(N);

kdc—混凝土管综合系数,取kdc=0.372;

3

fc—混凝土抗压强度设计值(N/mm);

2

Ap—管道的最小有效传力面积(mm)。

【条文说明】控制顶力应选择工作井允许反力和管材允许顶力两

23

者较小的一个值。中继间的允许顶力应小于管材允许顶力。

5.5.4钢管允许顶力宜按式(5.5.4)计算。

FdskdsfsAp(5.5.4)

式中:Fds—钢管允许顶力(N);

kds—钢管综合系数,一般可取kds=0.277;当顶进长度小于300m

且穿越土层均匀时,可取0.346;

2

fs—钢管轴向抗压强度设计值(N/mm);

2

AP—管道的最小有效传力面积(mm)。

5.6中继间

5.6.1中继间的设置应根据估算总顶力、管材允许顶力、工作井允许

顶力、中继间千斤顶总顶力和主顶千斤顶的顶力确定。

5.6.2第一道中继间应根据顶管机迎面阻力及估算摩阻力确定,宜布

置在顶管机后方20m~50m的位置。

【条文说明】第一道中继间宜布置在顶管机后方20m~50m的位

置,主要是为了顶管机在纠偏时后续的管道能及时纠偏。距离过长,

纠偏效果难以保证。

5.6.3中继间布置宜按式(5.6.3)计算确定。

'

Sk(F3F2)/(Df)(5.6.3)

式中:S'—中继间的间隔距离(m);

k—顶力系数,宜取0.5~0.6;

F2—顶管机的迎面阻力(kN),可按本规范表5.5.2选用;

F3—控制顶力(kN);

D—管道外径(m);

f—管道外壁与土的平均摩阻力(kPa),宜取2kPa~7kPa。

24

【条文说明】第一道中继间应能保证克服前方管道的外壁摩阻力

和顶管的迎面阻力之和,而后面的中继间应能克服两个中继间之间的

管道外壁摩阻力。确定中继间位置时,应留有足够的顶力安全储备(宜

大于30%~40%),并根据顶管穿越土层及实际经验,以选定中继间

的实际摆放位置。

5.6.4中继间的构造应符合下列规定:

1中继间的允许转角宜为0.4°~1.2°;

2中继间的外径应和管道外径相同;

3中继间千斤顶应予以固定,防止旋转;

4中继间宜采用组合式密封形式,对于超深、长距离或砂性土层

中的顶管工程应采用组合式密封形式;

5中继间的止水橡胶密封圈应耐磨,保养时应易于更换;

6对于曲线顶管,中继间千斤顶应能够单独关闭及开启油路,使

得中继间具有调整合力中心位置的能力;

7中继间经拆除处理后的管道结构强度不应低于管道的结构强

度。

【条文说明】中继间型式有多种,组合式密封中继间的特点是密

封装置可调节、可组合,可在常压下对磨损的密封圈进行调换,可在

各种复杂地质条件下和高水头压力下进行超长距离顶管。中继间的允

许转角使其在顶进过程中可以纠偏,也可用在曲线顶管,但允许转角

不宜过大,中继间转角偏大易造成渗漏及减小顶进力。

5.6.5中继间各部件应满足功能要求,组装完成后应进行试运行,应

检查合格后投入使用。

5.6.6顶进过程中暂不启用的中继间宜固定。

25

5.6.7中继间使用时应符合下列规定:

1中继间应设置安全行程开关;

2曲线顶管在曲线内启用中继间时,应预先向曲线内弧侧调整合

力中心,并应在使用过程中调整。

5.6.8顶进结束后应从顶管机向工作井方向逐环拆除中继间,拆除部

位并应按设计要求进行处理,处理后的管道结构和防腐性能应符合设

计要求。

【条文说明】施工结束后,由前向后依次拆除中继间内的顶进设

备。拆除中继间应先将千斤顶、油路、油泵、电器设备等拆除。每个

中继间拆除的顺序应是;先顶部,次两侧,后底部。由第一个中继间

开始往后拆,拆除的空间由后面的中继间继续向前顶进,使管口相连

接。钢管中继间拆除后,在薄弱断面处宜加焊内环,两端焊缝应平滑。

5.7触变泥浆

5.7.1触变泥浆压注管路布置应符合下列规定:

1顶进距离为500m以内的,宜采用一根总管、一套管路系统;

2长距离顶管宜采用两根总管、两套管路系统和两种不同配方的

浆液;

3长距离顶管应在总管沿线设置中间接力泵站。

【条文说明】本条把顶管的注浆分为同步注浆和管道补浆两部分。

并对顶进距离为500m以内和大于500m的总管布置加以区分。对顶

进距离小于500m,建议采用一根总管,对大于500m的顶进距离,

建议采用两根总管和两种不同配方的浆液,分别满足同步注浆和沿线

补浆的要求。严格来说,一般的长距离顶管都应该采用两根总管和两

种不同配方的泥浆。以上管路系统的布置,实际施工反映这种布置还

26

是能够满足要求的。触变泥浆材料如果选择钙基膨润土,必须在拌制

泥浆时添加一定剂量的纯碱进行钙离子和钠离子的置换。此外,由于

顶进距离长,采用普通的压浆泵一次压浆无法到位,需要接力输送,

因此,长距离顶管,应在总管沿线设置中间接力泵站。中间接力泵站

的作用有两个方面:一是运输作用;二是承担至前面压浆接力站管道

部分的补压浆。长距离顶管应根据注浆泵的扬程和流量、总管的管径

和泥浆的黏度等计算出中间接力泵站的间距,宜为400m。

5.7.2触变泥浆配合比应根据试验确定,触变泥浆性能指标可按表

5.7.2选用。泥浆应充分搅拌水化,泥浆搅拌完成宜放置24h后再行

使用。

表5.7.2触变泥浆性能指标

黏度滤失量比重

>30s<25mL/30min1.02~1.30

【条文说明】顶进施工前做配比试验,可充分掌握所用泥浆材料

的相关性能,以便选出适合于施工的最佳泥浆配合比。本条是指泥浆

的性能指标,对不同的地层,触变泥浆的材料和配方应有所区别,性

能指标稍有差别。

5.7.3注浆泵可选用液压注浆泵、柱塞泵或螺杆泵。泵的压力和流量

应能满足顶管管径、埋深与顶进长度的要求。总管宜采用直径50mm

的钢管,支管宜采用直径25mm的耐压橡胶管。每个注浆孔处应设球

阀,并应在管路上设置压力表。

【条文说明】本条规定了注浆泵的选型和管路系统的布置要求,

这些要求随着新型注浆泵的产生,管路系统的布置将得到改进。施工

中,在机尾和管路等处均装有压力表,便于观察,从而控制和调整压

浆压力。

5.7.4顶管机尾部后方管节应设置不少于4个连续同步注浆断面,同

27

步注浆量应根据实际情况确定。注浆压力控制宜符合下式要求:

Pkh(5.7.4)

式中:P—注浆压力(kPa);

k—经验系数,取0.8~1.2;

γ—土的重度(kN/m3);

h—埋深(m)。

【条文说明】本条是指同步注浆、补浆量控制和注浆压力的控制,

一般情况下是以注浆量为控制目标。在注浆过程中,应注意注浆孔堵

塞与否,使得管外壁形成完整的触变泥浆润滑套,防止单侧有泥浆,

形成制动效应。注浆量主要取决于管道周围空隙大小及周围土层的特

性,由于泥浆的流失及地下水等的作用,泥浆的实际用量要比理论用

量大得多,一般可达到理论值的6倍~10倍,但施工中还需根据土

质情况、顶进状况及地面沉降要求等做适当的调整。

5.7.5在工作井的出洞口井壁宜预埋注浆管,用于补充注浆。

【条文说明】本条是指在工作坑的出洞口预埋注浆孔和注浆。出

洞口的注浆,可以防止管道入土后被土体握裹的情况发生。一旦在管

外壁形成背土现象,不仅会对顶进减阻产生不利影响,而且会引起较

大的地表变形。

5.8管道顶进和纠偏

5.8.1管道顶进时应符合下列规定:

1顶管机在始发洞口外侧土体加固区的初始顶进速度宜小于

10mm/min;

2顶管机进入土层后正常顶进时,顶进速度宜小于30mm/min;

3顶管机初始土压力控制值和顶进速度应根据洞口外侧土体的

28

加固强度和加固体积设定;

4顶管机土压力控制值应根据选用的顶管机型确定,土压平衡式

顶管机宜设定在静止水土压力值与被动土压力值之间,泥水平衡式顶

管机宜设定在地下水压力值加0.02MPa。

【条文说明】管道顶进时的说明:

1管道初始顶进时应控制推进速度,不宜过快,在此过程中应摸

索推进的相关数据,为正常顶进提供依据;

2顶管正常顶进时应控制开挖量与出土量的平衡;

3土压力值的确定应根据土的性质和出土量的多少而确定。

5.8.2管道顶进中的顶管机防磕头可采取如下措施:

1调整后座主顶千斤顶的合力中心,用后座千斤顶进行纠偏;

2土体承载力低于100kPa时,对于钢筋混凝土管、预应力钢筒

混凝土管、玻璃纤维增强塑料夹砂管顶管,应将顶管机后的3节~5

节管节用拉杆连成一体;

3顶管始发时,洞口外侧土体应进行加固,土体承载力低于60kPa

或处于含承压水的砂性土层中时加固长度宜大于顶管机长度;

4洞口的止水装置密封应可靠,止水装置失效时应及时封堵处置。

【条文说明】由于沉井下沉时周围土体被扰动,顶管机出洞时,

洞外土体泥水易流失,同时顶管机自重太重,所以要采取防磕头措施。

5.8.3顶管顶进时,顶管机应备有限扭措施。顶管机及中继间应设管

道扭转显示装置,管道扭转时宜采用单侧压重,或改变顶管机切削刀

盘的转动方向进行纠正。

【条文说明】顶进过程中由于周围土质情况的变化,纠偏的影响

及管内设备的不均布置,造成管道推进时发生不同程度的扭转,所以

29

要采取防扭措施。

5.8.4工作井内拼装管节时,主顶千斤顶在缩回前应对已顶进的管节

进行临时限位固定。

【条文说明】由于在初始顶进阶段正面水土压力远大于管周围的

摩阻力,因此在千斤顶回缩时,管道也跟随后退,导致洞口止水装置

受损,为此需将初始顶进的管道与井壁相连,防止管道退缩,直至管

道外壁摩阻力大于顶管机正面水土压力为止。

5.8.5每顶进一节管节应测量一次顶管机的姿态偏差,超过允许值时

应及时纠偏,并应根据纠偏效果调整纠偏角度。

【条文说明】管道纠偏的测量依据应该是顶管机端面的中心偏差,

但由于测点无法进入顶管机头部,因此对于管端的偏差无法测量,从

而必须从测点推算顶管机管端的偏差,以此作为纠偏的依据。管道顶

进出现偏差是正常的,在允许偏差内可以不纠偏,当偏差大于允许偏

差时才考虑纠偏,纠偏过程不能大起大落,不追求零偏差,要保持管

道轴线以适当的曲率半径逐步回到轴线上即可。纠偏按照“缓纠偏,

勤纠偏”原则进行。

5.8.6控制和减少沉降可采用如下施工措施:

1顶管各项施工参数应严格控制;

2顶管机尾部后方的管节压浆孔应及时有效地进行同步注浆,确

保能形成完整的泥浆套;同步注浆时应“先压后顶、边压边顶”,管道

内的沿线补浆压浆孔应及时进行补浆,并应严格控制注浆量及注浆压

力;

3顶管施工时应进行实时施工监测和信息化施工,监测数据应及

时报告,并应根据监测数据调整施工参数;

30

4顶进过程中出现管节渗漏时应立即堵漏;

5顶管结束后应采用水泥浆对泥浆套进行固化。

5.8.7管道接口嵌缝应符合下列要求:

1嵌缝所用的密封胶材料应符合现行国家标准《建筑密封胶分级

和要求》GB/T22083的设计要求;

2施工时管壁和接口处应无渗漏、无灰尘、无油污、无水分,保

持管道内干燥,管道内杂物应清除干净;

3对于曲线段顶管接口,在密封胶嵌缝前,张角处的空隙应采用

泡沫填充剂注入充实;

4密封胶施工完成后表面应平整,宽度应均匀。

5.8.8压浆孔封堵应符合下列规定:

1顶管顶进完成后,应对管节上的压浆孔进行封堵;

2压浆孔封堵应采用弹性密封材料,密封胶与固化剂配比数量应

经现场封堵试验确定;

3胶粘剂宜按现场试验确定的重量比均匀混合,且配置后应立即

使用;

4压浆孔应封堵严密,不得出现渗漏。

31

6特种顶管

6.1一般规定

6.1.1顶管按单向一次顶进长度可分为短距离(L≤100m)、中距离

(100m<L<500m)、长距离顶管(500m<L<1000m)和超长距离

(L≥1000m)。

6.1.2顶管按管径大小可分为大直径(D≥3.5m,需搭设平台作业)、

中直径(1.2m<D<3.5m,人员可进入并完全直立作业)、小直径

(0.6m<D<1.2m,人员可进入但不能完全直立作业)、微直径(D<0.6m,

人员不能进入)。

6.1.3顶管按顶进轨迹可分为直线顶管和曲线顶管。

6.1.4根据挖掘面是否密闭,将顶管施工方式分为敞开式与封闭式两

大类。

【条文说明】6.1.1~6.1.4顶管工程按管道截面尺寸(管径)、单

向一次顶进长度、及挖掘面密闭状况进行分类,详见表6.1.4。

表6.1.4顶管类型表

分类依据类型定义或特征参数

巨口径顶管D≥3.6m

大口径顶管2.2m≤D<3.6m,需搭设平台作业

截面尺寸中口径顶管1.5m<D<2.2m,人员可进入并完全直立作业

小口径顶管0.8m<D<1.5m,人员可进入但不能完全直立作业

微口径顶管D<0.8m,人员不能进入

超长距离顶管L≥1000m

单向顶进长距离顶管400m<L<1000m

长度中距离顶管100m<L<400m

短距离顶管L≤100m

D>1.0m,采用人工手持工具挖掘岩土的顶管施工

手掘式顶管方式,采用该方式应制定专项施工方案并经专家

论征

挖掘面机掘式顶管采用各种形式的挖掘机挖掘岩土的顶管施工方式

状况通过钻孔、装药、爆破进行岩土破碎的顶管施工

顶转爆式顶管

方式

将管瑞的挖掘面分成数个小挖掘单元,对每个小

网格式顶管

单元分别进行挖掘的顶管施工方式

32

水冲式顶管使用高压水冲击、破碎土体的顶管施工方式

管道前端设计为喇叭口形,顶进时,部分土体进

挤压式顶管

入管内,部分土体推挤到管外周的顶管施工方式

不进行出土作业的顶管施工方式,管道前端安装

挤密式顶管

管尖,管尖将土体推挤到管外周

使用钻机导向钻孔,使用螺旋机械排土的顶管施

螺旋钻进式顶管

工方式

通过调节土舱内渣土的压力维持挖掘面稳定的顶

土压平衡式顶管

管施工方式

通过调节泥水舱内泥水的压力维持挖掘面稳定的

闭泥水平衡式顶管

顶管施工方式

向挖掘面充入气体,利用气体压力维持挖掘面稳

气压平衡式顶管

顶定的顶管施工方式

泥水或土压式与气压

以上三种平衡式的组合

式组合的平衡式顶管

具有相应对抗地质条件的刀盘结构和刀具、具有

泥水平衡岩石顶管

二次粉碎功能、通过泵排出渣的顶管施工方式

6.2曲线顶管

6.2.1曲线顶管始发时应有一段长度不小于20m的直线顶进段,并应

逐渐过渡到曲线段。

【条文说明】本条是指在工作坑出洞段,应有一直线顶进段,然

后逐渐过渡到曲线段。直线段的长度宜大于20m,这是考虑到基坑导

轨和后靠反力墙的受力要求,以及出洞口止水装置的密封可靠性要求。

6.2.2曲线顶管宜选用较短的管节。

6.2.3曲线顶管的中心线轨迹应符合设计要求。

6.2.4曲线顶管的最小管径不宜小于1200mm。

【条文说明】本条对曲线顶管的最小管径进行了界定。因受到管

内测量、顶进和纠偏困难等工作条件的限制,曲线顶管的最小管径应

不小于1200mm。

6.2.5曲线顶管宜采用钢筋混凝土管。焊接钢管不宜用于曲线顶管,

但采取合适的技术方可同于曲线顶管,曲率半径宜大于1800D。

【条文说明】现国内已有曲线钢顶管的成功案例,故本规程建议

33

有条件的可供参考选用。

6.2.6曲线顶管应在管内放置中间测站。

【条文说明】本条对曲线顶管的最多测站数进行了界定。曲线顶

管在管内放置中间测站,测站数的确定与管径、线形、顶距和测量手

段等有关。为防止顶进过程中产生较大累积测量误差,经计算后所需

设置的测站数不宜超过4座。

6.2.7设有中继间的曲线顶管最小管径不宜小于1400mm。

6.2.8曲率半径小的曲线顶管应选用较厚的和弹性模量较小的木垫圈。

管节接头的木垫圈厚度应根据曲率半径变化调正,应不小于20mm。

木垫圈宜选用无节疤松木板。

6.2.9每个管节之间都应设木垫圈。

6.2.10曲率半径不宜小于300m,并应满足按式(6.2.10-1)的计算要

求,取其大值。

Rl/tan(6.2.10-1)

tanX/D(6.2.10-2)

式中R——曲率半径(m);

l——管节长度(m);

α——相邻两管节之间的转角(°);

X——内外侧管节间隙差(N);

D——管道外径(m)。

【条文说明】本条列出了曲线顶管的几何计算公式。通过

(6.2.10-1)、(6.2.10-2)式能够得出相关参数之间的关系。对特殊条

件,曲率半径较小,则可以把管节长度缩短,从而满足管节转角的要

求。

34

6.2.11预制管节顶管的曲率半径应按下列条件估算:

1当为传力面一侧压应力为零,另一侧压应力最大的受力模式时,

可按下式估算(见图6.2.11-1):

图6.2.11-1不张口接头的受力模式

La

R(6.2.11-1)

1tan

2(fp2fp1)ahpL/t

tan[](6.2.11-2)

dEpEc

Fdi

fp1(6.2.11-3)

Ap

2Fdi

fp2(6.2.11-4)

Ap

式中R1——曲率半径(mm);

L——管段的长度(mm);

a——木垫圈厚度(mm);

——接头处转角(弧度);

2

EP——垫圈材料弹性模量(N/mm);

2

EC——管材弹性模量(N/mm);

t——管壁设计厚度(mm);

hP——垫圈宽度(mm);

d——垫圈外径(mm);

35

2

fp1——中心顶力作用下表面均匀压应力(N/mm);

2

fP2——偏心顶力作用下表面最大压应力(N/mm);

Fdi——顶力作用设计值(N);

2

AP——垫圈与管材接触面积(mm)。

2管道接头出现张口时的受力模式,可按下式估算(见图

6.2.11-2):

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