给水排水工程施工 南京工业大学市政工程系 梅凯.

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1 给水排水工程施工 南京工业大学市政工程系 梅凯

2 目录 第七章 管道的特殊施工 第一节 管道的不开槽施工 第二节 管道穿越河流施工 第三节 地下工程交叉施工

3 第七章 管道的特殊施工 第一节 管道的不开槽施工
第七章 管道的特殊施工 第一节 管道的不开槽施工 管道的不开槽施工是指不开挖地表的条件下完成管线的铺设、更换、修复、检测和定位的工程施工技术。 不开槽敷设的管道的形状和材料，采用最多的是各种圆形预制管道．如钢管、普通钢筋混凝土管、以及其他各种合金其他非圆形的预制或现浇的钢筋混凝土管沟。 地下管道不开槽敷设管的方法很多，常用的有顶管法、盾构法、牵引法、夯管法等

4 一、顶管法 （一）基本程序 （二）顶管施工工艺的选择 （三）顶力计算 （四）工作坑 （五）设备安装 （六）顶管施工的接口形式 （七）顶进 （八）测量与纠偏 （九）顶管施工的质量标准

5 （一）基本程序 在敷设管道前，管线的一端事先建造一个工作坑。，在坑内的顶进轴线后布置后背墙、千斤顶，将敷设的管道放在千斤顶前面的导轨上，管道的最前端安装工具管。以工具管开路，进入工具管的泥土被不断挖掘排出管外。 顶管的施工组织应包括以下主要内容： 施工现场平面布置图；顶进方法的选用和顶管段单元长度的确定；工作坑位置的选择及其结构类型的设计；顶管机头选用及各类设备的规格、型号及数量；预力计算和后背设计；洞口的封门设计；测量、纠偏的方法；垂直运输和水平运输布置；下管、挖土、运土或泥水排除的方法；减阻措施；控制地面隆起、沉降措施；地下水排除方法；注浆加固措施；安全技术措施等。

6 （二）顶管施工工艺的选择 按照管前掘进方式不同，顶管施工分为普通掘进式（人工掘进）、挤压式、机械式、半机械式、水力掘进式等，按照前方防塌方式不同，分为机械平衡、土压平衡、水压平衡、气压平衡等。 任何一种顶管施工方法，都有其局限性。因此，对具体土层等条件，必须选择与之相适应的顶管施工工艺。 通常，根据顶进管道的口径大小，将其分为小口径（D＜800mm）、中口径（800mm≤D＜1800mm）、大口径（D≥1800mm）；从经济角度看，顶管的管径上限是4000mm。

7 （三）顶力计算 顶管的总顶力分两部分：正面阻力和四周的摩擦阻力 影响顶力的因素很多，除了土质、管径、顶长、管材、地下水位等客观因素外，还受到中途间歇时间、顶进偏差、减阻措施等多种因素的影响。 顶进距离较短时，顶力由主千斤顶承担，有下列情况之一。则需要考虑增加中继间：1、总顶力超过主千斤顶的最大顶力；2、总顶力超过管道的允许顶力；3、总顶力超过后背墙的最大允许顶力。

8 （四）工作坑 工作坑也称为竖井，是顶管施工起始点、终结点、转向点的临时措施。工作坑中除安装有顶进系统外，还设有导轨、后背及后座墙、密封门、排水坑等设备。

9 （五）设备安装 1、导轨 导轨应选用钢质材料制作，两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致，安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常检查校核。 2、千斤顶与油泵 3、顶铁 4、起重设备

10 （六）顶管施工的接口形式 钢管采用焊接接口。当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外防腐处理。 钢筋混凝土管常用钢胀圈接口、企口接口、“T”形接口、“F”形接口等几种方式进行连接。

11 （七）顶进 管道顶进的过程包括挖土、顶进、运土、测量、纠偏等工序。从管节位于导轨上开始顶进起至完成这一顶管段止，始终控制这些工序，就可保证管线的轴线和高程的施工质量。

12 （八）测量与纠偏 1、测量 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、利于保护处。在管道顶进的全部过程中应控制工具管前进的方向，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。 2、纠偏 为了保证管道的施工质量，必须及时纠偏，做到“勤顶、勤挖、勤测、勤纠”。尤其是在开始顶进阶段，更应及时纠偏。 纠偏时应首先分析产生偏差的原因，再采取相应的纠正措施才是比较有效的。

13 （九）顶管施工的质量标准 顶进管道的施工质量应符合下列规定： 1、管内清洁，管节无破损； 2、允许偏差应符合下表的规定； 3、有严密性要求的管道应按相关规定进行检验； 4、钢筋混凝土管道的接口应填料饱满、密实，且与管节接口内侧表面齐平，接口套环对正管缝，贴紧，不脱落； 5、顶管时地面沉降或隆起的允许量应符合施工设计的规定。

14 二、盾构法施工 盾构是集地下掘进和衬砌为一体的施工设备，广泛应用于铁路隧道、地下铁道、地下隧道、水下隧道、水工隧洞、城市地下综合管廓、地下给排水管沟的修建工程。 盾构为一钢制壳体，称盾构壳体，主要由3部分组成，按掘进方向：前部为切削环、中部为支承环，尾部为衬砌环，如图所示。

15 （一）盾构的尺寸确定 盾构外径D可由下式确定： D=d+2(h+x+t) 式中 d—管端竣工内径； h—一次衬砌和二次衬砌的总厚度； x—衬砌块与盾完间的空隙量； t—盾构的外壳厚度。 衬砌块与盾壳间的空隙量x为： x=Ml/D0 式中 l—砌块环上顶点能转动的最大水平距离； M—衬砌环遮盖部分的衬砌长度； D0—砌块环外径。

16 盾构全长L为: L=L1+L2+L3 式中 L1—切削环长度； L2—支承环长度； L3—衬砌环长度

17 （二）盾构千斤顶及其顶力计算 盾构千斤顶采用液压传动。为了避免压坏砌块，应将总顶力分散，每个千斤顶的顶力较小，而千斤项数目较多。千斤项的顶程率略大于砌块的宽度。 盾构在顶进时的阻力可根据盾构的形式和构造确定。顶进阻力p可由下式确定： p=p1+p2+p3+p4+p5 式中 p1—盾构外壳与土的摩擦力； p2—盾构内壁与砌块环的摩擦力； p3—盾构切削环切入土层的切土阻力； p4—盾构自重产生的摩擦力； p5—开挖面支撑阻力或闭腔挤压盾构土层正面阻力。

18 开挖面支撑土压力或密闭式挤压盾构土层正面土压力P5可按下式计算：
开挖支撑面上的主动土压力为： p5=Ea×·D2/4 式中 Ea—主动土压力。 闭腔挤压盾构的地层正面阻力为 p5=E平×·D2/4 式中 Ep—被动土压力。 盾构千斤顶的总顶力P为： P=Kp=(1.5~2)p 式中 K—安全系数。

19 （三）盾构的分类和构造 确定盾构形式时，要考虑到掘进地段的土质、施工段长度、地面情况、隧道形状、隧道用途、工期等因素。 根据挖掘形式可分为手工挖掘盾构、半机械化盾构和机械化盾构。根据切削环与工作面的关系，可分开放式或密闭式。当土质较羌应在工作面上进行全断面或部分断面的支撑。当土质为松散的粉砂、细砂，液化土常为了保持工作面稳定，应采用密闭式盾构。当需要对工作面进行支撑时，可采用如气压盾构或泥水压力盾构。

20 （四）盾构施工要点 给排水管道或管廊采用盾构施工过程时应做好下列工作：盾构的选型、制作和安装；工作坑的设计与注浆；管片的制作、运输；现场勘察；盾构始顶；挖土与顶进；衬砌等。

21 三、其他几种主要的不开槽施工法简介 （一）气动矛铺管法 气动矛类似于一只卧放的风镐，在压缩空气的驱动下，推动活塞不断打击气动矛的头部，将土挤向周边，并将土压密。同时气动矛不断向前行进，形成先导孔。先导孔完成后，管道便可直接拖入或随后放入。适用土层必须是可压缩的土层。 （二）夯管锤铺管法 夯管锤类似于卧放的双筒气锤，以压缩空气为动力，施工是夯管锤始终处于管道的末尾，在工作坑内。其冲击力直接作用在钢管上。这种施工方法仅限于钢管施工。适用土层除有大量岩体或较大的石块外，几乎都可以采用。

22 （三）定向钻铺管法 定向钻的工作原理与液压钻机相类似。在钻先导孔过程中利用膨润土、水、气混合物来润滑、冷却和运载切削下来的土到地面。钻头上装有定向测控仪，可改变钻头倾斜角度。先导孔施工完成后，一般采用回扩，即在拉回钻杆的同时将先导孔扩大，随后拉入需要铺设的管道。 定向钻适用土层为黏土、粉质黏土、黏质粉土、粉砂土等。

23 四、管道更新 常见的管道更新是指以待更新的旧管道为导向，在将其破碎的同时，将新管拉入或顶入的管道更新技术。 （一）破管外挤 破管外挤也称爆管法或胀管法。是利用气动矛破碎旧管道的一种更新办法。 采用破管外挤答施工，有一定的限制；旧管道必须是混凝土管，无配筋；周围主体必定是可以压缩的；适用于同口径管道更新。 （二）破管顶进 破管顶进法是使用经改进的微型隧道施工设备或其他的水平钻机，以旧管为导向，将旧管连同周围的土层一起切削破碎，形成直径相同或更大直径的孔。同时将新管顶入，完成管线的更新，破碎后的旧管碎片和土由螺旋钻杆排出。

24 第二节 管道穿越河流施工 给水排水管道可采用河底穿越与河面跨越两种形式通过河流。
第二节 管道穿越河流施工 给水排水管道可采用河底穿越与河面跨越两种形式通过河流。 以倒虹管作河底穿越的施工方法可采用顶管；围堰，河底开挖埋设；水下挖泥，拖运，沉管铺筑等方法。河面跨越的施工方法可采用沿公路桥附设；管桥架设等方法。

25 一、管道过河方法的选择 管道过河方法的选择应综合考虑以下几个因素：河床断面、流量、地质等条件；过河管道水压、管材、管径；河岸工程地质条件；施工条件及作业机具布设的可能性等。

26 二、水下铺筑倒虹管 给水管道河底埋管，为保证不间断供水，过河段一般设置双线，其位置宜设在河床、河岸不受冲刷的地段；两端设置阀门井、排气阀与排水装置。 倒虹管通常采用钢管、塑料类管道等。 （一）顶管法施工 （二）围堰法施工 （三）浮运沉管施工

27 三、河面修建架空管 跨越河道的架空管通常采用钢管，有时亦可采用铸铁管或预应力钢筋混凝土管。管距较长时，应设置伸缩节，于管线高处设自动排气阀；为了防止冰冻与震害，管道应采取保温措施，设置抗震柔口；在管道转弯等应力集中处应设置镇墩。 （一）管道附设于桥梁上 管道跨河应尽量利用原建或拟建的桥梁铺设。可采用吊环法、托架法、桥台法或管沟法架设。 （二）支柱式架空管 （三）行架式架空管 （四）斜拉索架空管 （五）拱管过河

28 第三节 地下管道交叉工程 对任何一个城市而言，街道下都设置有各种地下工程，常出现相互跨穿的交叉情况。此时，应使交叉的管道与管道之间或管道与构筑物之间保持适宜的垂直净距。各种地下工程在立面上重叠敷设是不允许的，这样不仅会给维修作业带来困难，而且极易因应力集中而发生爆管现象，以至产生危害。

29 一、管道与管道交叉施工 给水管道从其他管道上放跨越时，若管间垂直净距≥0.40m，一般不予处理；否则应在管间夯实黏土，若被跨越管回填土欠密实，尚需自其管侧底部设置墩柱支承给水管。

30 二、管道与构筑物交叉施工 （一）给水管道与构筑物交叉施工 （二）排水管道与构筑物交叉施工 （三）建筑物建在管道上施工