1200管径一次性顶进700米难吗
难。顶管法是指,隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法,中国创造钢管顶管世界记录一次最大才顶进距离为1743m,1200管径一次性顶进700米难。
顶管工作坑又称竖井,是顶管施工起始点、终结点、转向点的临时设施,工作坑内安装有导轨、后背及后背墙、千斤顶等设备。
一、工作坑的种类及设置原则
根据工作坑顶进方向,可分为单向坑、双向坑、多向坑、转向坑和交汇坑等形式,如图9-7 所示。
工作坑的位置根据地形、管线位置、管径大小、地面障碍物种类等因素来决定。排水管道顶进的工作坑通常设在检查井位置;单向顶进时,应选在管道下游端,以利排水;根据地形和土质情况,尽量利用原土后背;工作坑与穿越的建筑物应有一定的安全距离,并应考虑工作坑的开挖尺寸与支护方式的影响。
图9-7 顶管工作坑形式示意图
1—单向坑、2—双向坑、3—交汇坑、4—转向坑、5—多向坑
工作井按其形状分有矩形、圆形、腰圆形(两端为半圆形,中间为直线形)、多边形等几种,其中以矩形为多;按其结构分有钢筋混凝土井、钢板桩井、瓦楞钢板井等;按其构筑方法分有沉井、地下连续墙井、钢板桩维护井、混凝土砌块(或砖)井等。下面按构筑方法进行介绍。
1.沉井
沉井是最普遍的钢筋混凝土基坑。它是先在地面上按尺寸大小、洞口位置等要求浇注矩形(或圆形)钢筋混凝土井,再通过挖掘井内的土方和其他手段将钢筋混凝土井壁沉到预定的位置并封底。
2.地下连续墙井
先在地下一定深度范围内用地下连续墙围成一个矩形(或圆形)井,同时处理单幅墙体与墙体之间的接缝,使其不透水,最后将井内的土挖去,加上支撑浇注钢筋混凝土底板等。
3.钢板桩井
钢板桩是一种常用的基坑围护形式。根据其横断面形状,可以分为普通钢板桩和拉森钢板桩两种。普通的钢板桩即为槽钢,拉森钢板桩与普通钢板桩不同为:①断面形状不同;②拉森钢板桩的边缘有一个燕尾槽,相邻两块拉森钢板桩的燕尾槽相嵌,可以做到密不透水。
4.砌筑井
采用混凝土砌块或砖进行砌筑,施工时一边挖土一边砌筑。土质较好、深度不大时,也可一次挖到底再进行砌筑,必要时也可进行简易的支护。另外,还可采用类似管片的形式,随着开挖一环一环地往地下构筑井壁,管片可以是钢筋混凝土,也可以是钢结构。采用这种方法构筑成的工作井形状大多为圆形。
二、工作坑的尺寸
工作坑应具有足够的空间和工作面,方能保证顶管工作顺利进行。其尺寸和管径大小、管节长度、埋置深度、操作工具及后背形式有关。工作坑的尺寸可按图9-8 所示由公式进行计算。
图9-8 顶管工作坑尺寸示意图
1—管子;2—掘进工作面;3—后背;4—千斤顶;5—顶铁;6—导轨;7—内涨圈;8—基础
1.工作坑的宽度
地下建筑工程施工
式中:w为工作坑底部宽度,m;d1为管道外径,m;2b+2b 为管道两侧操作空间及支撑厚度,一般可取2.4~3.2m。
2.工作坑的长度
地下建筑工程施工
式中:l为矩形工作坑的底部长度,m;l1为工具管长度,m。当采用管道第一节管作为工具管时,钢筋混凝土管不宜小于 0.3m,钢管不宜小于 0.6m;l2为管节长度,m;l3为出土工作间长度,m;l4为千斤顶长度,m;l5为顶管后背的厚度,m。
3.工作坑的深度
当工作坑为顶进坑时,其深度按式(9-3)计算。
地下建筑工程施工
当工作坑为接收坑时,其深度按式(9-4)计算。
地下建筑工程施工
式中:h1为顶进坑地面至坑底的深度,m;h2为接收坑地面至坑底的深度,m;h1为地面至管道底部外缘的深度,m;h2为管道外缘底部至导轨底面的高度,m;h3为基础及其垫层的厚度。但不应小于该处井室的基础及垫层厚度,m。
三、顶进工作井的布置
顶进工作井的布置分为地面布置和井内布置。
1.井内布置
井内布置包括前止水墙、后座墙、基础底板及排水井等。后座要有足够的抗压强度,能承受主顶千斤顶的最大顶力。前止水墙上安装有洞口止水圈,以防止地下水土及顶管用润滑泥浆的流失。在顶管工作井内,还布置有工具管、环形顶铁、弧形顶铁、基坑导轨、主顶千斤顶及千斤顶架、后靠背,如图9-9 所示。其中主顶千斤顶及千斤顶架的布置尤为重要,主顶千斤顶的合力的作用点对初始顶进的影响比较大。
图9-9 顶进工作井内布置图
1—管节;2—洞口止水系统;3—环形顶铁;4—弧形顶铁;5—顶进导轨;6—主顶油缸;7—主顶油缸架;8—测量系统;9—后靠背;10—后座墙;11—井壁
(1)管节一般为钢筋混凝土管节或钢管节。
(2)后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体,是主推千斤顶的支承结构。
它的构造会因工作坑的构筑方式不同而不同。在沉井工作坑中,后座墙一般就是工作井的后方井壁。在钢板桩工作坑中,必须在工作坑内的后方与钢板桩之间浇注一座与工作坑宽度相等的、厚度为0.5~1.0m的、其下部最好能插入到工作井底板以下0.5~1.0m的钢筋混凝土墙,目的是使推力的反力能比较均匀地作用到土体中去。还要注意的一点是后座墙的平面一定要与顶进轴线垂直。
(3)后靠背是靠主顶千斤顶尾部的厚铁板或钢结构件,称之为钢后靠,其厚度约300mm。钢后靠的作用是尽量把主顶千斤顶的反力分散开来,防止将混凝土后座压坏。
(4)洞口止水圈是安装在顶进井的出洞洞口和接收井的进洞洞口,具有制止地下水和泥沙流到工作坑和接收坑的功能。洞口止水圈有多种多样,但其中心必须与所顶管节的中心轴线一致。
(5)顶进导轨由两根平行的轨道所组成,其作用是使管节在工作井内有一个较稳定的导向,引导管节按设计的轴线顶入土中,同时使顶铁能在导轨面上滑动。在钢管顶进过程中,导轨也是钢管焊接的基准装置。
(6)主顶装置由主顶油缸、主顶油泵、操纵台及油管四部分构成。主顶千斤顶沿管道中心按左右对称布置。主顶进装置除了主顶千斤顶以外,还有千斤顶架,以支承主顶千斤顶;供给主顶千斤顶以压力油的是主顶油泵;控制主顶千斤顶伸缩的是换向阀。油泵、换向阀和千斤顶之间均用高压软管连接。主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给。常用的压力在32~42MPa之间,高的可达 50MPa。在管径比较大的情况下,主顶油缸的合力中心应比管节中心低管内径的 5%左右。
(7)若采用的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时,必须在千斤顶缩回后在中间加垫块或几块顶铁。顶铁有环形顶铁、弧形或马蹄形顶铁之分。
(8)测量是顶管施工的眼睛,对减少顶管的偏差起着决定性作用。测量仪器(经纬仪和水准仪)应布置在一固定位置,并选好基准点,同时经常对仪器的原始读数进行核对。在机械式顶管中大多使用激光经纬仪。
2.地面布置
地面布置包括起吊、供水、供电、供浆、供油等设备的布置,以及测量监控点的布置等。
(1)起吊设备布置。起吊设备可采用龙门行车或吊车。行车轨道与工作井纵轴线平行,布置在工作井的两侧。若用吊车,一般布置两台,工作井两侧,一侧一台。一台用来起吊管子,另一台用来吊土。吊管子的吊车吨位可大些。
(2)供电设备布置。供电包括动力电和照明电供给。施工工期长、用电量大时,需砌筑配电间。接到管内的电缆必须装有防水接头,还必须把它悬挂在管内的一侧,且不要与油管及注浆、水管挂在同一侧。管内照明应采用 12V 或 24V 的低压行灯。一般情况下,动力电源是以三相380V直接接到掘进机的电气操纵台上。长距离、大口径顶管时,为了避免产生太大的电压降,也可采用高压供电,供电电压一般在 1 kV。这时,在掘进机后的三到四节管子内的一侧,安装有一台干式变压器,再把1kV的电压转变成380V供掘进机使用。
(3)供水设备布置。在手掘式和土压式的顶管施工中,供水量小,一般只需接两只12.5~25mm的自来水龙头即可。如果在泥水平衡顶管施工中,由于其用水量大,必须在工作坑附近设置一只或多只泥浆池。
(4)供浆设备布置。供浆设备主要由拌浆桶和盛浆桶组成,盛浆桶与注浆泵连通。因为现在多用膨润土系列的润滑浆,它不仅需要搅拌,而且要有足够的时间浸泡,这样才能使膨润土颗粒充分吸水、膨胀。除此以外,供浆设备一般应安放在雨棚下,防止下雨时对浆液的稀释。
(5)液压设备布置。液压设备主要指为主顶油缸及中继站油缸提供压力油的油泵。油泵可以置于地上,也可在工作坑内后座墙的上方搭一个台,把油泵放在台子上。一般不宜把油泵放在井内。
(6)气压设备布置。在采用气压顶管时,空压机和储气罐及附件必须放置在地面上。为减少噪音影响,空压机宜离坑边远一点。
顶管施工技术和盾构施工技术都是穿越工程。
顶管,是利用压力,把管道顶进要通过的土壤,再把管内的土壤挖走,一般顶管的最大直径2米以内。
盾构,是利用专门的盾构机械,边挖边进行衬砌,挖土,输土都是盾构机械自动完成的。盾构可以开挖很大的洞口。
顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法,最早于1896年美国北太平洋铁路铺设工程中应用,已有百年历史。20世纪60年代在世界各国推广应用;近20年,日本研究开发土压平衡、水压平衡顶管机等先进顶管机头和工法。
中国从50年代从北京、上海开始试用。
1986年上海穿越黄浦江输水钢质管道,应用计算机控制,激光导向等先进技术,单向顶进距离1120m,顶进轴线精度:左右﹤±150mm,上下﹤±50mm。
1981年浙江镇海穿越甬江管道,直径2.6m,单向顶进581m,采用5只中继环,上下左右偏差﹤10mm。
顶进速度最快:美国1980年,9.5小时顶进49m。
顶进距离最长:
国外首次一次最大顶进距离1200m,1970年,德国汉堡下水道混凝土顶管,直径为2.6m。
中国创造混凝土顶管世界记录:一次最大顶进距离为2050m,2001浙江嘉兴污水顶管,钢筋砼管直径2m。
中国创造钢管顶管世界记录:一次最大顶进距离为1743m,1997年上海黄浦江上游引水工程的长桥支线顶管,钢管直径3.5m。
1、顶管施工就是非开挖施工方法,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。
一节管子完成顶入土层之后,再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后,埋设在两坑之间。
2、盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法,它是将盾构机械在地中推进,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。
同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。
扩展资料:
工作原理:
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。
顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力,把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时,也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间,以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。
参考资料来源:百度百科——顶管施工
参考资料来源:百度百科——盾构法
B、后靠背(钢板)就位后应根据顶进轴线找正,为了扩散油缸的反力以保护井壁,后靠背采用50mm的厚钢板,立面垂直不倾斜,在顶进时应注意防止后靠背位移。C、主推油缸采用2只200吨千斤顶。千斤顶合力中心应在钢管中心偏下直径的1/4~1/5处,主推千斤顶安装于后座型钢支架上。千斤顶安装要求:① 对称布置,保持受力均匀。② 安装位置允许偏差±3mm,头部偏差小于±3mm,水平偏差小于±2mm,确保顶进时处于受力良好状态。D、激光经纬仪测量架固定,不能与其它设备相连,必须与井单独连接,以保证其它设备因顶力反作用力而位移时,不影响到测量精度。E、止水圈安装方法:首先在预留洞的预埋件上根据止水圈上螺栓眼的位置焊上螺栓,把止水圈穿在螺栓上面,外面再安上弧形月亮板,以使止水圈和井壁紧密接触。注意预埋件法兰底盘应中心正确,端面平整,安装牢固,螺栓的丝口应妥善保护,水泥浆应清除。四、施工场地布置(施工平面布置图附后):五、进场顶管设备简介:本工程ø800钢管顶管,属于小口径顶管,距离短、地质较好直接利用钢管自身作为工具头。头部采取人工开挖形式,利用滑轮车通过卷扬机进行泥土外运,为防止工具头变形,施工前于头部加焊井字支撑;六、主要施工方法:本工程顶管口径小、距离短,钢管覆土层浅,根据地势情况和工期要求,采用手掘式顶管施工工艺。1、施工工艺流程:轴线放样→设备安装→钢管顶进→管道清理→设备拆除→完工验收2、进出洞措施:为使顶管进出洞口不发生水土流失,导致周围构筑物受损,在进出洞口安装可靠的止水装置是十分必要的,本工程采用的洞口防水装置为双道橡胶法兰形式,具有以下特点:1)具有良好的水密性能;2)安装简便易行。为使进出洞口止水装置发挥良好的水密性,必须在安装该装置时满足与设计轴线同轴的要求。这样橡胶法兰便会被四周均匀压缩,达到止水效果。3、后靠背的设置:根据顶管工艺,顶力的反作用力将由工作坑和土壤承受。为保证工作坑受力不受破坏,将在主顶和井壁之间设置5cm钢板,让主顶油缸的反力将通过钢板均匀地传递到工作井井壁。
5、主顶系统的设置:根据本工程顶管实际情况及公司以往实际施工经验,故主顶油缸选用的2只推力200T,总推力400T,能满足顶力要求。为把主顶油缸推力均匀地传递到顶管上,系统设置时采用以下方法:主顶液压站采用多路阀控制,保证两油缸通过受力实现基本同步。制作环形顶铁,保证端面平整度和整体刚度。6、纠偏测量及控制:根据顶管的纠编原理和本工程的特殊化,其顶距较短,头部采用机械纠编形式根本无明显效果,因此本工程头部不安装纠偏系统,直接通过头部四周出土量进行轴线控制。工程中常采用经纬仪进行简洁有效的地面控制测量,使地面控制测量中的误差趋进1cm,水准点控制网则利用工地附近的国家水准点布设水准网,直接引入工作坑内。本工程的地下导向采用电子经纬仪,由一束红色的激光直指机头尾部的光靶,在顶进的过程中,操作者随时可以根据标靶上显示的偏差值,控制四周泥土开挖量,保证顶管方向控制的精确度要求。在布置工作坑后方的测量仪基座时,必须避免由于顶进时工作坑受力而使得仪器基座产生移动或变形,如果仪座发生微小位移,应及时对轴线和标高进行调整。8、沉降、位移监测及控制:本工程顶管穿越主干道,对顶管施工提出较高的地面沉降要求。为此需进行以下方面的工作:A、作好地质和环境调查工作:作好地质和环境调查工作,提出详细准确的顶管线路上的地质纵剖面图,特别要注意地下障碍物;并提出顶管沿线施工范围内的各种建筑物和公用设施的功能、构造形式、以及其与顶管管线在水平和深度上的相对位置。B、合理选择工具管形式及施工方法:根据上述地质和环境资料,已合理选择工具管形式及施工方法。F、操作者应注意观察控制台上压力表变动情况,合理地调整好推进速度和工具头头部出土量之间的关系,使之处于良好的平衡状态,切忌盲目的快速顶进。9、意外情况的处理措施:A、地质发生很大变化,如果突然变硬了,减慢顶进速度,加大出泥量;如果地质太软,加快顶进,减小出泥量,以此来保证正面土压力平衡。
B、地层中如果发生承压水时,可加快推进速度,快速通过滞水层。D、施工中若出现异常的偏差或发生纠偏失败,必须在允许偏差标准以内就停下来,这必须作为一条制度制定下来,并且如实汇报情况,分析原因,找准对策再顶进,切不可盲目行动。10、泥土外运:工具头部输出的泥土,直接通过农用车输到甲方指定的地方。七、施工计划:1、施工进度计划:计划工期为1日历天。顶管设备一套上场。实际上场时间将由井交付情况决定。2、机械设备配备和选择备表如下:
序号 机械(具)名称 单位 数量 施工部位及用途 备注
1 主顶系统 套 1 主顶动力 国产
3 监测系统 套 1 控制顶管偏移及沉降 国产
4 电焊机 台 2 机具安装、钢管焊接 国产
5 16t汽车吊 台 1 钢管、设备吊装 国产
6 载重汽车 台 2 设备转场、泥土外运 国产
3、计量器具表:
序号 名称 型号 数量 备注
1 电子经纬仪 J2-JDB 1 顶管轴线控制
2 水准仪 S3-J 1 高程控制
3 钢卷尺 30m 1
4 钢卷尺 5m 4
5 塔尺 5m 1
八、劳动力组织:1、顶管开始后,采用两班制,24小时施工。2、为保证工程质量和进度,每班均配置足够的管理人员和监测人员。施工人员配备表如下:
序号 工种职能 数量 备注 姓名
一 现场管理人员 6 职称
1 项目经理 1 工程师
2 技术负责人 1 工程师
3 施工员 1 助理工程师
4 质量员 1 助理工程师
5 安全员 1 助理工程师
6 资料员 1 助理工程师
二 操作人员 15 等级
1 吊车司机 2
2 电焊工 6
3 测量工 1
4 电工 1
7 普工 5
九、质量要求和措施:1、顶进质量控制标准:1) 管道轴线允许偏差≤50mm。2) 管道内底高程允许偏差-40mm,+30mm之间。3) 钢管相邻管节间错口小于2mm。4) 钢管焊接饱满无渗漏。5) 地面沉降控制在+20mm,-40mm之间。2、质量目标:a)合同履约率100%b)分项工程质量合格率100%c)分部工程质量优良率达到100%d)综合管理创文明工地3、质量保证措施:1)施工前,认真做好质量技术交底。2)学习质量计划,明确各岗位职责。3)施工及现场管理人员务必做好交接班工作,填写交接班记录。
4)按业主要求,每天提交顶进记录和监测记录给业主或指定的监理。5)按要求进行沉降和位移监测,定期进行轴线复测,并做好相应记录。6)施工人员严格遵守勤控、勤顶和勤测制度,做好施工记录。7)临时堆放的管材,做好成品保护;在核实质保资料和实体外观检查后,方可使用。不合格的,在管外表进行不合格标识后,另处堆放。8)顶管时,管内如出现异常现象,立即停工并报项目部,采取相应措施后方可继续施工。9)建立质量奖惩制度。10)各岗位人员持证上岗,计量仪器校验登记,机械设备报审。十、安全要求和措1、现场作业时,遵守总包单位制定的各项规章制度。2、建立安全岗位责任制,按工种岗位进行安全交底。3、工作井较深,设置钢制安全楼梯一副,井四周设置安全栏杆。4、设置充足的夜间照明。5、定期检查施工器具的安全设施。6、顶进中,压力突然增大时,应立即停工,待查出原因后方可继续施工。7、坑口一米内严禁堆物。8、施工现场和工作坑四周设置安全围栏和安全宣传标志。9、施工现场,设职工休息室。
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DN800钢管顶管方案
ø800钢管顶管施工方案
一、编制依据:
1、本工程设计研究院提供的图纸。
2、工程地质资料。
3、给水排水管道工程施工及验收规范(GB50268-97)。
4、市政工程施工及验收技术规程。
二、工程概况:
1、工程简介(见平面图):
第 1 页
本工程为电缆管线敷设工程,其中穿越马路段12.8m的管线管道按设计要求将采取ø800(δ=1cm)钢管顶管施工工艺。顶管共设1个工作基坑,采用钢板桩围护开挖形式,覆土层约有2.5m深, 顶管不容易冒顶,不容易受地面沉降或隆起影响,对地面沉降或隆起位移要求都很高,施工时必须保证地面沉降(或隆起)和井受力均在规定范围内,不影响周围环境,并按时完工,体现顶管施工的高质量和高效率。
2、工程地质情况:
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管棚施工方法主要有:管棚引孔顶入法、管棚跟管钻进法。
每循环管棚施工前,应开挖管棚工作室,工作室大小根据钻机要求确定。管棚施工前,在长管棚设计位置安放至少三榀用工字钢组拼的管棚导向架,导向拱架设置孔口管作为长管棚的导向墙,要求在钻机过程中导向拱架不变形、不移位。
管棚节间采用焊接或丝扣连接,管棚单序孔第一节长6(9)m,双序孔第一节长3(4.5)m、,其余管节长度均为6(9)m,安装后,管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙,连接压浆管及三通接头;管棚注浆前,应向开挖工作面、拱圈及孔口管周围岩面喷射10cm厚的C25混凝土,以防钢管注浆时岩面缝隙跑浆。
扩展资料:
一、管棚施工工艺原理
管棚支护结构,一般按松弛荷载理论进行设计。根据围岩地质条件和施工条件进行力学计算。钢管直径多选用80~180mm,钢管中心距离一般为30~50cm。
钢管长度视软弱破碎围岩的厚度而定,一般为10~45m。钢管以较小的仰角沿岩面打入,形成了一个梁结构来承担围岩的压力。钢管采用内注水泥浆、化学浆液或细石混凝土、劲性骨架来增加钢管刚度。
二、管棚施工工法特点
1、在管棚超前预支护的作用下开挖,可以防止地表下沉和围岩坍塌,以保证施工过程中的安全。
2、管棚一次超前量较大,支护过程中搭接较少,节省材料。亦可减少安装钢管次数,并减少与开挖作业之间的干扰。
3、施工速度快,支护效果好。
顶管法敷管的施工工艺类型很多,按照开挖工作面的施工方法,可以分为敞开式和封闭式两种。
一、敞开式施工工艺
敞开式施工工艺一般适用于土质条件稳定,无地下水干扰,工人可以进入工作面直接挖掘而不会出现大塌方或涌水等现象。因其工作面常处于开放状态,故也称为开放式施工工艺。
根据工具管的不同可分为手掘式、挤压式、机械开挖式、挤压土层式掘进顶管。
1.手掘式顶管
手掘式顶管机也即是非机械的开放式(或敞口式)顶管机,适用于能自稳的土体中。在顶管的前端装有工具管,施工时,采用手工的方法来破碎工作面的土层,破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲击锤等。如果在含水量较大的砂土中,需采用降水等辅助措施。
工人可以直接进入工作面挖掘,施工人员可随时观察土层与工作面的稳定状态,造价低、便于掌握,但效率低,必须将水位降低至管基以下0.5m后,方可施工。当土质比较稳定的情况下,首节管可以不带前面的管帽,直接由首节管作为工具管进行顶管施工,也是常用的一种顶管施工方法,也称为人工掘进顶管。手掘式顶管施工示意如图9-1 所示。
图9-1 手掘式顶管施工示意图
2.挤压式掘进顶管
挤压式掘进顶管一般适用于大中口径的管道,对潮湿、可压缩的黏性土、砂性土较为适宜。该方法设备简单、安全,又避免了挖装土的工序,比人工挖掘提高效率 1~2倍。它是将工作面用胸板隔开后,在胸板上留有一喇叭口形的锥筒,当顶进时将土体挤入喇叭口内,土体被压缩成从锥筒口吐出的条形土柱。待条形土柱达到一定长度后,再用钢丝将其割断,由运土工具吊运至地面。其结构形式如图9-2 所示。
图9-2 挤压式顶
3.机械开挖式顶管
机械开挖式顶管是在工具管的前方装有由电动机驱动的刀盘钻进挖土,被挖下来的土体由皮带运输机运出,从而代替了人工操作。一般适用于无地下水干扰、土质稳定的黏性土或砂性土层。其结构形式如图9-3 所示。
图9-3 机械开挖式顶管
4.挤压土层式顶管
挤密土层式顶管前端的工具管可分为锥形和管帽形,仅适用于潮湿的黏土、砂土、粉质黏土,顶距较短的小口径钢管、铸铁管,且对地面变形要求不甚严格的地段。这种工具管安装在被顶管道的前方,顶进时,工具管借助千斤顶的顶力将管子直接挤入土层里,管子周围的土层被挤密实,常引起地面较大的变形。其结构形式如图9-4 所示。
图9-4 挤压土层式顶管
二、封闭式施工工艺
封闭式施工工艺一般适用于土质不稳定、地下水位高,工人不能直接进行开挖的施工条件。为防止工作面塌方、涌水对人身造成危害,常将机头前端的挖掘面与工人操作室之间用密封舱隔开,并在密封舱内充入空气、泥浆、泥水混合物等,借助气压、土压、泥水混合物的压力支撑开挖面,以达到稳定土层、防止塌方、涌水以及控制地面沉降的目的。
1.水力掘进顶管法
水力掘进顶管的挖土是利用高压水枪的射流将顶进前方的土冲成泥浆,再通过泥浆管道输送至地面储泥场。整个工作是由装在混凝土管前端的工具管来完成的,其结构形式如图9-5 所示。
工具管的前端为冲泥舱。掘进时,先开动千斤顶,由刃脚将土切入冲泥舱,然后用人工操纵水枪操作把,将土冲成泥浆。泥浆经过格栅进入真空室由泥浆管吸入工作坑,再由泥浆泵排至储泥场。冲泥舱是完全密封的,其上设有观察孔和小密封门,用于操作和维修。
管道的掘进方向由中间部位的校正管控制。工具管的后端是气闸室。气闸室是作为维修人员进出高压区时的升压和降压之用。当前端工具管出现故障时,维修人员可通过小密封门进入冲泥舱,为防止小密封门打开后涌入大量泥水,可先封闭气闸室,经升压后再进行操作,保证气压和泥水压力的平衡。维修完毕后,再逐渐降压,恢复正常掘进。
图9-5 水力掘进顶管机示意图
1—刃脚、2—格栅、3—水枪、4—吸气格栅、5—水枪操作把、6—胸板、7—吸泥管进口、8—吸泥管、9—水平铰、10—垂直铰链、11—上下纠偏油缸、12—左右纠偏油缸、13—气闸门、14—大水密门、15—小水密门
水力切削式机头生产效率高,其冲土、排泥连续进行,可改善劳动条件,减轻劳动强度,但需耗用大量的水,且需要有较大的存泥浆场地,故在某些缺水地区受到限制。
2.土压平衡式顶管法
土压平衡就是将刀盘切削下来的土、砂中注入流动性和不透水性的“作泥材料”,然后在刀盘强制转动、搅拌下,使切削下来的土变成流动性的、不透水的特殊土体使之充满密封舱,并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。此法的密封舱设置在工具管的前方,工作人员可在密封舱外,通过操作电控开关来控制刀盘切削和顶进速度。螺旋输送器的出土量和顶进速度,应与刀盘的切削速度相配合,以保持密封舱内的土压力与开挖面的土压力始终处于平衡状态。
土压平衡式顶管法常用于含水量较高的黏性、砂性土以及地面隆陷值要求控制较严格的地区。其结构形式如图9-6 所示。
图9-6 土压平衡式顶管机示意图
1—大刀盘;2—大刀盘驱动装置;3—前壳体;4—加泥(水)装置回转接头;5—纠偏油缸组;6—刀盘驱动电动机;7—螺旋输送机驱动电动机;8—带式螺旋输送机;9—顶管操纵台;10—后壳体;11—螺旋输送机出土门装置
3.泥水平衡式顶管法
泥水平衡顶管常用于控制地面变形小于3cm,工作面位于地下水位以下,渗透系数大于 1 0~1cm/s的黏性土、砂性土、粉砂质土的作业条件。其特点是挖掘面稳定,地面沉降小,可以连续出土,但因泥水量大,弃土的运输和堆放都比较困难。
此法和土压平衡式顶管法一样,都是在前方设有密封舱、刀盘、螺旋输送器等设备。施工时,随着工具管的推进,刀盘不停地转动,进泥管不断地进泥水,而抛泥管则不断地将混有弃土的泥水抛出密封舱。在密封舱内,常采用护壁泥浆来平衡开挖面的土压力,即保持一定的泥水压力,以此来平衡土压力和地下水压力。
管道顶进方法的选择,应根据管道所处土层的性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素确定。本章将重点介绍手掘式顶管法的施工工艺。
三、顶管机类型的选择
管道顶进方法的选择,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(构)筑物和各种设施等因素,经技术经济比较后确定,并应符合下列规定:
(1)在黏性土或砂性土层,且无地下水影响时,宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法;当土质为砂砾土时,可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施。
(2)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管法。
(3)在黏性土层中必须控制地面隆陷时,宜采用土压平衡顶管法。
(4)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。
(5)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。
合理选择顶管机的型式,是整个工程成功的关键。顶管机选型可参照表9-1。
表9-1 顶管机选型可参照表
注:表中所指地层变形量指D=2.4m,H=1.5D的顶管。
地下室顶板是地下室的顶部板块区域。主要起承重的作用。地下室的顶板采用现浇或预制混凝土楼板,板的厚度按首层使用荷载计算,防空地下室则应按相应的防护等级的荷载计算。因此不能使用塑料管,应采用排水管用预应力钢筋混凝土管,其它管道用适合的直径和壁厚的钢管作为套管顶进的管。