城市地下管道顶进施工与修复新技术

城市地下管道顶进施工与修复新技术

市政公用工程一级建造师继续教育培训 城市地下管道顶进施工 与修复新技术 第一章 . 顶管施工技术 1.1 顶管施工技术发展和现状 顶管 — 借助于顶推装置，将预制管节顶入土中的地下管道不开槽施工方法。 （ 不开槽施工方法有顶管法、盾构法、浅埋暗挖法、地表水平定向钻法等） 顶管用途 ：排水管道、上水管道、天然气管道、电力管道、热力管道、输油管道等。 顶管技术普遍用于交通、水利、电力、市政建设等行业 顶管管材 ：钢管、钢筋砼管、玻璃钢夹砂管、聚合物砼管、陶瓷管及铸铁管等 1.1 顶管施工技术发展和现状 顶管施工历史 1896 年美国最早的穿越北太平洋铁路铺设管道的施工； 1948 年日本穿越尼崎市铁路， Φ600 铸铁管，顶距 6 米； 1953 年我国北京首次顶管穿越铁路（钢筋砼管）； 1956 年上海开始顶管，穿越黄浦江江堤（钢管）； 1964 年前后，上海进行了大口径机械式顶管各种试验，口径在 2m 的钢筋砼管的一次推进距离可达 120 米，开创了使用中继间先河； 1.1 顶管施工技术发展和现状 1978 年上海开发挤压法顶管，特别适用于软粘土和淤泥质粘土，效率比手掘式顶管提高一倍； 1984 年上海市政公司、南京市政公司 分别从日本引进了 DN800 、 DN600 偏压破碎型泥水平衡顶管设备； 1989 年上海成功研制第一台 DN1200 泥水平衡顶管机； 1992 年上海成功研制我国第一台 DN1440 土压平衡掘进机； 1992 年上海成功研制最大口径 DN3540 加泥式土压平衡掘进机； 2004 年上海研发出 矩形大截面 顶管机（ 3.8 米 ×3.8 米）； 2006 年扬州生产处矩形截面顶管机（ 4.3 米 ×6 米）。 1.1 顶管施工技术发展和现状 1992 年上海奉贤开发区向杭州湾深水区单向一次顶进 DN1600 1511 米，成为 我国第一根单向一次顶进超千米的钢筋砼管 ； 1997 年上海黄浦江引水工程单向一次顶进 DN3500 钢管 1743 米，创 钢管 顶管世界纪录； 2008 年汕头第二条过海顶管工程，一次顶进 DN2000 钢管 2080 米，再创 钢管 顶进世界纪录； 2010 年浙江嘉兴污水排海顶管工程，单向顶进 DN2000 钢筋砼管 2059 米，超长距离砼顶管进入世界先进行业； 1.1 顶管施工技术发展和现状 世界上砼顶管首次超千米的是德国汉堡下水道顶管， DN2600 钢筋砼管单向顶进 1200 米（ 1970 年），采用全气压法顶管技术。 世界上最长的砼顶管在荷兰 ， DN3000 钢筋砼管，单向顶进长度 2535 米（ 1994 年）； 世界上顶管管道最大口径 是 DN4400 （德国） 德国、日本是公认的顶管技术最先进的国家 1.1 顶管施工技术发展和现状 顶管 优点 ： 施工面由线缩成点，占地面积小； 地面活动不受施工影响，对交通干扰小； 噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用； 可以在很深的地下或水下敷设管道； 可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物， 减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。 1.2 顶管施工工艺 顶管施工工艺 ：施工准备、顶进设备安装、顶管机井内就位、顶管机出洞、管节顶进、管节拼接 1.2 顶管施工工艺 机械顶管施工流程： 施工准备 ： 建工作井、接收井；测量放样； 顶进设备安装 ： 轨道安装、后靠背安装、主 千斤顶安装、洞口止水装置安装； 顶管机井内就位 ：顶管机试运行； 顶管机出洞 ：拆除封洞、主千斤顶顶进、出泥准备； 管节顶进 ：偏差测量、出泥、顶进纠偏； 管节拼接 ：接口检验、管节进场验收。 1.3 顶管分类 3.1 按顶管直径 ： 大直径顶管：直径 ≧DN2000 ； 中直径顶管：直径为 DN800 ～ DN1800 ； 小直径顶管：直径 ≦DN600 ； 3.2 按顶进距离（一次）： 短距离：顶进不需要采用中继间的顶管； 长距离：顶进距离超过 400 米的顶管，考虑 设置通风、中继间等； 超长距离：顶进长度超过 1000 米的顶管； 3.3 按顶管管材： 钢管、钢筋砼管、玻璃夹砂管等其他管材； 1.3 顶管分类 3.4 按顶管作业方式： 人工顶管 ： 管前人工挖土、出土、纠偏等，对土质条件要求高，管径 Φ800 以上； 机械顶管 ： 土压平衡顶管法 ：掘进机土仓内泥土的压力来平衡掘进机所处土层的土压力和地下水顶管方法； 泥水平衡顶管法 ：以含有一定浓度、粘度、密度的泥浆水充满掘进机的泥水仓，并对它施加一定压力以平衡地下水压力和土压力的顶管方法； 气压平衡顶管法 ：在所顶进管道的挖掘面充满一定压力的空气，以平衡机头前地下水压力并疏干挖掘面土体内地下水的顶管方法。 1.3 顶管分类 1.3 顶管分类 3.5 按管轴线： 直线顶管 曲线顶管 3.6 按地下水位分： 干法顶管 水下顶管 1.4 顶管施工 4.1 顶管工程施工 主要包括工作井、推进系统、注浆系统、定位纠偏系统及辅助系统。 工作井 ：工作平台、洞口止水圈、扶梯、 集水井、后靠背、基础与导轨； 推进系统 ： 主顶装置、顶铁、顶管机、 顶进管节、中继间； 注浆系统 ：拌浆设备、注浆泵、管道； 定位纠偏系统 ：测量设备、纠偏装置； 辅助系统 ：输土设备、起吊设备、 辅助施工、供电照明、通风换气 1.4 顶管施工 4.2 顶管专项施工方案编制要求（ GB50268-2008 ）： 1 、 顶进方法比选 和顶管段单元长度确定； 2 、顶管机选型及各类设备的规格、型号及数量； 3 、工作井位置选择、结构类型及洞口封门设计； 4 、管节、接口选型及检验，内外防腐处理； 5 、 顶管进、出洞技术措施，地基改良措施； 6 、 顶力计算、后背设计和中继间设置； 7 、减阻剂选择及相应技术措施； 8 、施工测量、纠偏的方法； 9 、曲线顶管及垂直顶升的技术控制及措施； 10 、地表及构筑物变形与形变监测和控制措施； 11 、安全技术措施、应急预案。 1.4 顶管施工 《 危险性较大的分部分项工程安全管理办法 》—— 建质 [2009]87 号 第三条 　危险性较大的分部分项工程是指建筑工程在施工过程中 存在的、可能导致作业人员群死群伤或造成重大不良社会影响 的分部分项工程。 　 第五条 　施工单位应当在危险性较大的分部分项工程施工前编制专项方案；对于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，施工单位应当组织专家对专项方案进行论证。 《 超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围 》 　　 一、深基坑工程 　　二、模板工程及支撑体系 　　三、起重吊装及安装拆卸工程 　　四、脚手架工程 　　五、拆除、爆破工程 　　六、地下暗挖工程、 顶管工程 、水下作业工程。 　　 1.4 顶管施工 4.2 顶管顶进方法的选择 应根据工程设计要求、工程水文地质条件、周围环境和现场条件，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定： 1) 采用敞口式（人工挖土）顶管机 时，应将地下水位降至管底以下不小于 0.5m 处； 2) 周围环境要求控制地层变形、或无降水条件时， 宜采用封闭式的土压平衡或泥水平衡顶管机施工； 3) 穿越建（构）筑物、铁路、公路、重要管线时，应制订相应的保护措施； 4) 对于小口径的金属管道，无地层变形控制要求且顶力满足施工要求时，可采用一次顶进的挤密土层顶管法； 1.4 顶管施工 ① 1 层杂填土 ③层粉砂 ②层粉土夹薄层粉砂 ④层粉质粘土 4.3 顶管土层选择 ： 1 ）根据当今的顶管技术水平，从淤泥到岩石各类土层都可以顶进。只是哪类土层更适于顶进，在哪类土层中需要采用一定技术措施。 2 ）淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粘土以及渗透系数小于 10-3cm/s 的砂土比较适于顶管。 3 ）淤泥质、松填土和沼泽地基强度特别低，不均匀性特别大，顶管轴线不易控制，纠偏困难，易造成工作面坍塌和顶管轴线失稳，属于不宜顶管的土层。 4 ）受压强度大于 15MPa 的弱风化以及中等风化的岩石，不宜选用顶管穿越层。 1.4 顶管施工 5 ） 卵砾石 和渗透系数大于 10-3cm/s 的砂层，减阻泥浆不能形成泥膜，也不宜选为顶管土层。 6 ） 砂性土 在顶管时阻力大，而且砂性土的渗透系数对减阻泥浆幕的形成质量影响大，并且砂土层密实度影响管道受力。 7 ） 填土层 对于顶管属于不稳定土层，分为杂填土、素填土和吹填土等，顶进有难度。 8 ） 岩石层 需要选择合适的顶管机， 顶进进 度要缓慢。 9 ） 黏性土 层适于顶管，是顶管常见土层。 1.4 顶管施工 4.4 顶管机选型 顶管诞生施工至今一百余年，发展经过四个阶段：挖掘面敞开的顶管、气压顶管、泥水平衡顶管和土压平衡顶管阶段。 顶管机选用的基本原则： 1 、适应性原则 （ 1 ）与土质相适应 （ 2 ）与设计条件相适应 （ 3 ）与地面条件相适应 （ 4 ）与地下条件相适应 2 、可靠性原则 （ 1 ）易使用性和操作性 （ 2 ）顶管机耐用性 （ 3 ）设备的可维修性 1.4 顶管施工 3 、安全性原则 （ 1 ）机械的安全性 （ 2 ）应对外部条件的安全性 4 、经济性原则 （ 1 ）顶管机的性价比高 （ 2 ）顶管机的适用范围广 （ 3 ）顶管机的施工速度快 （ 4 ）弃土处理容易且成本低 1.4 顶管施工 4.5 顶管施工顶力的选择 1 、顶进阻力计算 应按当地的经验公式，或按公式 6.3.4 计算： （ 6.3.4 ） 式中 : Fp —— 顶力（ kN ）； Do —— 管道的外径（ m ）； L —— 管道设计顶进长度（ m ）； f —— 管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（ kN/m2 ），通过试验确定；对于采用触变泥浆减阻技术的宜按表 6.3.4-2 选用； NF —— 顶管机的迎面阻力（ kN ）；不同类型顶管机的迎面阻力宜按表 6.3.4-1 选择计算式。 2 、工作井允许顶力计算 3 、后靠背允许顶力计算 4 、顶管管材允许顶力计算 施工最大顶力应大于顶进阻力， 但不得超过管材或工作井后背墙的允许顶力 1.4 顶管施工 1.4 顶管施工 1.4 顶管施工 计算施工最大顶力时，应综合考虑管节材质、顶进工作井后背墙结构的允许最大荷载、顶进设备能力、施工技术措施等因素。 顶进应连续作业，遇下列情况之一时，应暂停顶进，及时处理： 1 ）顶管机前方遇到障碍； 2 ）后背墙变形严重； 3 ）顶铁发生扭曲现象； 4 ）管位偏差过大且纠偏无效； 5 ）顶力超过管材的允许顶力； 6 ）油泵、油路发生异常现象； 7 ）管节接缝、中继间渗漏泥水、泥浆； 8 ）地层、临近建（构）筑物、管线等周围环境的变形量超出控制允许值。 1.5 顶管新概念 — 摩阻力 顶管受力分析概念 — 管道顶进要承受土压力和顶力的联合作用。 顶管管壁摩阻力计算两种方法： 1 、管壁摩阻力与土压力有关，由土压力乘以摩擦系数； 2 、根据不同土质的单位面积摩阻力计算管壁摩阻力（摩阻力与土压力无直接关系） 1.5 顶管新概念 — 摩阻力 案例 1 ：用 9000KN 顶力推动 2KM 长度顶管 浙江省嘉兴某污水排海顶管工程，将一根 DN2000 钢筋砼管单向顶进 2050 米。 顶进土层有砂质粉土夹粉砂、粉质粘土、淤泥质粉质黏土～淤泥质黏土，覆盖层较厚，最大厚度达 20 米左右。 该工程实际顶力较小，中继间仅在管道启动时使用。管道启动后仅靠工作井的 9000KN 顶力就完成全程管道顶进。 该工程 顶进特点 是：顶进轴线偏差小，补浆点多而且补浆充分。 经核算， 顶进动态摩阻力为 0.43KN/m2 ，约为规范经验值的 1/10 ； 原因分析 ：良好的注浆条件和效果，造成管道浮在泥浆中向前移动，而不受管周土压力作用。 1.5 顶管新概念 — 摩阻力 案例 2 ：顶管停工一个月，顶力可以逆转 厦门大学城某顶管工程，管径 DN2200 钢管，全长 484 米。在同一工作井内共有两根管道，因顶力过大，其中一根管道当顶力达到 12000KN 时将工作井后背墙损坏，停工一个月。 修复后为避免管道在启动时破坏，决定不提高顶力，在管道内每隔六米增设补浆孔，全线补浆后第四天启动顶管，顶力很快下降到 8000KN 。正常顶进后，顶力又持续下降，最后顺利顶完全程。 分析 ： 管道弯曲下，并且在充分补浆后浆液将管道与土隔开，使摩阻力逐步降低，证明了 “管壁摩阻力可以逆转”。 1.5 顶管新概念 — 摩阻力 管道摩阻力与覆盖层厚度的关系 另一个案例是超长距离顶管中的中继间顶力变化规律，中继间测试反映在管道弯曲段顶力增加，而直线段顶力几乎无变化，表明覆盖层的厚薄对中继间的顶力没有影响。再次证实土压力不直接作用在管道上。 另外， 在无地下水土层顶管，土层比较稳定，土的力学指标较高，管道的减阻措施是扩孔，由于存在土拱作用，管道承受土压力作用很小。 顶管新概念 1 ） 注浆顶进管道不直接承受土压力作用。加减阻泥浆时，管道浮在泥浆中向前移动，干挖施工，管道壁除管底外均与土体脱开； 2 ） 直线顶进的管道摩阻力很小，停止顶进后管壁的摩阻力升高后再注浆可以使摩阻力逆转； 3 ） 管道弯曲是管壁阻力的主要原因，而且是不可逆转的。 第二章 . 大直径钢管顶进 施工技术 2. 大直径钢管顶进施工技术 实例工程简介 （ 1 ） 输配管线工程是城郊水源地原水工程陆域输水系统重要组成部分，工程供水规模为 440 万 m3/d ，采用 两根 DN3600 钢管 ， 单管全长约 27.10km 。 （ 2 ） J8~J6 为工程的最长顶管段，双排 DN3600 钢顶管， 长度为均为 920m ，管道埋深约 12m ；顶管沿线地面情况复杂，多次穿越五洲大道高架及 A20 外环线主干道； （ 3 ） 顶管主要穿越土层为③ 2 层砂质粉土夹淤泥质粉质黏土和④层淤泥质黏土。参考同类型工程施工经验，选用 DN3600 大刀盘泥水平衡顶管掘进机 。该掘进机具有大扭矩、顶进效率高、沉降控制精度高和操作简便的特点 。 2. 大直径钢管顶进施工技术 （ 4 ） 每段顶管设置 2 个中继间 ；第一套中继间设置在机头后 30m ，第二套中继间设置在机头后 250m 。 1 ）每套中继环安装 24 只 800kN 双作用油缸，总推力 19200kN （实际控制顶力为 12000kN ），油缸行程为 500mm 。 2 ） 中继间的密封结构 采用双道径向可调的橡胶密封，另增加两道鹰嘴形橡胶止水圈。双道径向可调的橡胶密封用于中继间伸缩时密封装置。 3 ） 中断间处理步骤 ：利用中继间处的预留注浆孔，向中继间内外壳环形空隙中压注双液水泥浆，以替换膨润土泥浆并加固土体，每只中继间共同 6 只注浆孔，注浆约 2t 。 2. 大直径钢管顶进施工技术 （ 5 ） 下穿建（构）筑物的保护措施 1 ） 顶管段多次下穿五洲大道高架及 A20 外环线主干道，顶管施工影响的建（构）筑物见下表。 顶管沿线穿越周边建（构）筑物情况表 2. 大直径钢管顶进施工技术 2 ）减小地面沉降的措施： 顶管施工过程中，由于钢管的现场焊接时间比较长，频繁发生的较长时间停止和重新启动顶进过程对沉降的控制可能会造成不利的影响。上表的建（构）筑物基础距离顶管的轴线都比较近，且顶管管道穿越层多为砂质粉土夹淤泥质粉质黏土，土层比较不稳定，为此制定以下控制地面沉降的具体措施： a ）选择大刀盘泥水平衡顶管掘进机 工程实践表明：大刀盘泥水平衡顶管掘进机对地表的沉降控制精度最高、效果最好。严格控制泥水舱泥水压力，将这一压力控制在比所处的地下水压力高 0.01MPa 的范围，可以较好地确保开挖面稳定控制。 b ）合理应用“触变泥浆套”原理 管外壁完整的触变泥浆润滑套的建立，可以及时填充各种原因引起的建筑空隙，并防止管外壁背土对土体的扰动。施工中应特别注意要从出工作井口开始压浆，机尾的同步压浆和管道沿线定时补浆也同样重要。 2. 大直径钢管顶进施工技术 c ）做好置换泥浆工作 当顶进结束后，在拆除触变泥浆压注孔接头之前，必须对每个孔的球阀内用水泥浆置换触变泥浆，以避免和管道的后期沉降。置换浆的工作应依次按顺序进行，边放浆边压注水泥浆，直到整个管道全部完成。 d ）后期沉降的观测与控制 顶管施工结束后，应对地表及周边建筑物、管线持续进行监测，并作好后期注浆、加固，直到沉降基本稳定为止。 2. 大直径钢管顶进施工技术 （ 6 ） 钢管接口与外防腐 1 ）现场焊接采用技术比较成熟的二氧化碳气体保护焊 钢管材质均为 Q235B 钢材， DN3600 钢管壁厚为 34mm ， DN2200 钢管壁厚 22mm ；管节长度根据卷管钢板的宽度 2.2m 定为 6.6m 或 8.8m 一节（根据顶管工作井尺寸决定）。 2 ）采用单边“ V” 字形鸳鸯坡口形式 即管道上半圆为外壁坡口，下半圆为内壁坡口，坡口角度为 40° ，焊缝背面采用陶质衬垫，管道组对时单边“ V” 字形鸳鸯坡口形式，解决了管道下部的仰焊难题，同时又可以将焊接作为分为管道外部（上半圆）和管道内部（下半圆）两个作业面，加快了施工进度。 3 ）焊接作业采用摆动焊接方式 在管内施焊时沿逆时针方向进行全位置角焊（多层多道焊），时刻确保焊接工作质量的高效稳定。 2. 大直径钢管顶进施工技术 4 ）管道对接在顶管使用的导轨上进行 钢管组对前将焊口表面用磨光机打磨干净，不得有锈蚀、油渍及其他污迹，坡口及焊口内外清理范围不小于 10mm 。钢管焊接前先修口、清根，检查管端端面的坡口角度、钝边、间隙。 5 ）钢管接口外防腐 钢管接口处的外防腐迅速进行。钢管接口外防腐（补口）应在顶进前和焊缝无损检测后进行，顶管接头的外防腐层采用与顶管管道防腐层相同的标准。 2. 大直径钢管顶进施工技术 （ 7 ） 内防腐施工及养护 内防腐采用水泥砂浆衬里，管道内表面处理和内衬厚度、工艺和质量等应府合 《 埋地给水钢管道水泥砂浆衬里技术规范 》 （ CECS10 ： 89 ）的规定。除弯头、三通等不宜机喷法施工而采用人工抹压法施工外，其余全部采用机喷法施工。 （ 8 ）管道功能性试验 1 ．试验参数的确定 （ 1 ）根据 《 给水排水管道工程施工及验收规范 》 （ GB50268 ）的要求：当管道工作压力大于或等于 0.1MPa 时，应进行压力管道的水压试验。 DN3600 钢管道设计工作压力为 0.8MPa ，试验压力为 0.8+0.5=1.3 MPa 。 2. 大直径钢管顶进施工技术 2. 大直径钢管顶进施工技术 （ 9 ）工程结果 （ a ） 严桥支线工程作为青草沙水源泉地原水工程陆域输水系统于 2010 年 12 月 1 日顺利投入运行。从青草沙原水工程基本建成，全面投入运行，受益总人口则超过 1100 万人。 （ b ） 长距离、大口径钢管顶进施工，技术难度更高、质量成本风险大、轴线精度测量等技术质量等难题。 （ c ） 管道外防腐和大口径管道刚度是钢管顶进亟待解决的技术难题。 （ d ） 数项施工关键技术研究成果代表了我国大口径钢管顶管施工技术水平，奠定了我国在国内外行业内技术领先的地位。（录像） 第三章 . 玻璃夹砂管长距离 顶进施工技术 3. 玻璃夹砂管长距离顶进施工技术 玻璃钢管顶管施工技术（ FRPM ） 玻璃纤维增强塑料夹砂管（ Fiber Glass Reinforced Plastic Matrix Pipes ）简称玻璃钢管，是一种新型柔性非金属（ 树脂、纤维、砂 等）复合材料管道，一般采用离心浇铸工艺生产，是目前国内外逐渐推广使用的一种柔性复合材料管道。                                                                                                                                                         3. 玻璃夹砂管长距离顶进施工技术 定义： 中华人民共和国国家标准 GB ／ T 21238 － 2007《 玻璃纤维增强塑料夹砂管 》 3.1 玻璃纤维增强塑料夹管 glass fiber reinforced plastics mortar pipes ：以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料，采用定长缠绕工艺、离心浇铸工艺、连续缠桡工艺方法制成的管道。 3.2 环刚度 ring stiffness ：指单位长度的管环在外压作用下，在一定径向变形下所承受的荷载大小。它表征管环抵抗外荷载能力。以下式计算： SEI/D3 ，，通常以 N/㎡ 作单位。其中 EI 为沿管轴方向单位长度内管壁环向弯曲刚度， D 为管道计算直径。 3. 玻璃夹砂管长距离顶进施工技术 玻璃钢夹砂管特点 ： 1 、重量轻（仅为混凝土管的 1/9~1/5 ） 2 、承压能力好（承内压范围 0.4~2.5MPa ） 3 、输送体阻力小（粗糙度系数 n=0.009 ） 4 、能保证供水水质 5 、抗化学和电腐蚀等特点。 6 、具有安装方便 7 、使用寿命长 8 、综合费用适中（顶管管材价格 200 元 / 米） 9 、操作简单 10 、维护成本低等 适用于 城市给水、污水排放、工业水处 理管道 。 3. 玻璃夹砂管顶进施工技术 实例工程简介 （ 1 ）某污水处理厂外收集污水系统的主干管管 道工程，全长约 5Km ，沿线为城市道路、农田 区、河塘，管道采用 DN2200 玻璃夹砂管（水力 条件相当于 DN2600 钢筋混凝土管）、 DN2500 玻璃夹砂管（水力条件相当于 DN3000 钢筋混凝 土管）顶管施工。 地质条件 1 、工程区域地质情况从上到下分别为： 人工填土、淤泥、淤泥质粉细砂、粉质黏 土、细砂、黏土、基岩。淤泥、淤泥质粉细砂 层含水量高、孔隙比大、承载力低、厚度大、 属典型的软弱土层，其中淤泥质粉细砂属轻微 ~ 中等液化。 3. 玻璃夹砂管顶进施工技术 设计管道主要从淤泥质粉细砂、粉质黏土层中 穿越。 2 、施工场区低平、开阔、属珠江三角洲冲积平 原，是地下水和地表水的排泄区，地下水丰富 。此外，人工填土层还含有限的上层滞水。 施工关键技术 1 、试验段施工。 工程安排了试验段，并对其实施了 20 天的连续 检测；检测内容包括：顶力、轴向应变、纠偏 、回弹、土压力、水压力等。为工程实施提供 了技术参数和经验，保证了工程顺利进行。 3. 玻璃夹砂管顶进施工技术 2 、管道刚度选择 为保证顶管顺利进行，管材轴向、环向应力安全系数应适当加强，管材 壁厚根据试验结果需加厚。 确定选择的玻璃夹砂管管道钢度等级不得小 于 15000N/m2 。 3 、进出洞措施 （ 1 ）为防止顶管机进、出井时因基础承载力变化较大而出现“磕头”现 象，对井口 5~10m 范围局部软弱土体用水泥搅拌桩进行加固。 （ 2 ）在顶管过程中工作井口与管道间设置有橡胶止水带，以防止流 动性土和地下水进入井内。 4 、顶进单元段确定 根据设计，管道平面位置 200~250m 设 1 座顶进工作井或接收工作井。顶 管顶在工作井内向两侧接收井顶管，贯通后将顶管机从接收井内吊出运 往下一工作进继续施工。为满足工期进度的要求，可用多台顶管机械同 时进行作业，加快了工程进度。 3. 玻璃夹砂管顶进施工技术 5 、顶进工艺选择 经比对，采用了机械顶管机有利于快速穿越淤泥质、淤泥质粉细砂层，同时可满足长距离顶管要求。 6 、最大顶力的确定 受材质强度和设备限制，顶管机最大顶力应不大于 12000kn/N 。考虑种种不利因素和安全系数，取最大允许顶力的 75% （即 9000KN ）为设计顶力。 施工结果： 大管径玻璃夹砂管顶管施工创造一次顶进最长（ 236m ）、顶进速度最快（ 69m/d ）、顶管工程最长（约 5km ）的当时的国内记录。 3. 玻璃夹砂管顶进施工技术 自从 20 世纪 80 年代早期开始 ，在欧洲、日本和北美等地， FRPM 管道就已经广泛地应用于顶管和微型隧道施工的污水管道。 由于美国缺乏合适的混凝土管道， FRPM 管道就自然成为微型隧道最常用的管材。例如： 1 、美国 20 世纪 80 年代玻璃钢管道占 3.5% 的市场份额， 90 年代末期每年生产的管道超过 1 万 km ，已经安装的玻璃钢管线达到 16 万 km ，年递增速度 5~10% 。 2 、 20 世纪 90 年代欧洲各国新建输水管线中平均有 50% 采用玻璃钢管；日本为 25% ；在中东几乎为 100% ； 3 、最大直径为 3700mm ；最大的玻璃钢管道生产厂美国 Owens-Coming Co. 已生产的管道总长超过 3000km 。 3. 玻璃夹砂管顶进施工技术 国内玻璃钢夹砂管道起源于 20 世纪 80 年代，到 90 年代中叶完成了引进设备技术，从消化吸收到大规模应用走过了一个艰难的里程。 1999 年建设部、国家石油化工局、国家轻工局、国家建材局和中国石油化工集团也联合发出通知 ( 建科 1999 271 号 ) ，其中第 10 条明确提出了要推广应用玻璃钢夹砂管。 到目前为止，全国总用量已经接近 2000km ，最大的管道直径达到 2800mm ，典型的管线如库尔勒的 150km/Φ1100mm 和克拉玛依 80km/Φ1600mm 。 第四章 . 地下管道修复技术 4. 管道修复技术的发展 随着城市建设发展，城市地下管道运行维护越来越受到人们的关注。 1. 地下管道修复原因 管道使用功能不能满足实际需要； 管道受土层电化学等腐蚀，结构损坏或老化加，管道结构和强度安全度不能满足运行要求； 开槽敷设新管道会影响地面交通、破坏环境及扰民。 2. 管道修复技术发展历程 管道修复技术是非开挖技术的组成部分，在 20 世纪 70 年代末在发达国家得到研究开发，目前已经发展为专门的行业；我国近年来城市地下管道不开槽修复技术发展十分迅速。 4. 管道非开挖修复概述 3. 管道修复技术发展现状 （ 1 ）管道局部修补技术 当管道的结构完好，仅有局部性缺陷（裂隙或接头损坏）时应考虑局部修补技术，附加管道的结构性能，消除管道缺陷和降低管道渗漏量。局部修复技术有：密封法、补丁法、铰接管法、局部软衬法、灌浆法、机器人法。 （ 2 ）全断面修复技术 在燃气、供水、供热等管道修复工程中得到推广应用，其中内衬（插管）法适用管径范围大，一次性修复管道长；缠绕法适用管径范围大，一次性修复管道短；喷涂法主要用于管道防腐处理，且一次性修复管道不超过 150 米。 （ 3 ）静压裂管法 作为非开挖技术铺管中是管道原位全断面修复技术中一项新工艺。其基本方式是：以待更新的旧管道为导向，将其破碎的同时，将新管节拉入或顶入旧管道内，实施管道更新。 4. 管道修复的施工方法 目前常用的管道修复的施工方法主 要有以下几种： 传统的内衬法（插管法） 改进的内衬法（缩颈法和变形法） 软衬法（原位固定法） 缠绕法 喷涂法 浇筑法 管片法 化学稳定法 局部修复法 改进的内衬法施工原理图 4. 各种非开挖管道修复的施工方法 施工方法 给水管 污水管 煤气管 使用口径（ mm ） 最大施工长度（ m ） 传统的内衬法 连续管法（长管） 非连续管法（短管） √ √ √ √ 100-2500 100-1200 300 200 改进的内衬法： 拉拔法 冷轧法 变形法 √ √ √ √ √ √ √ √ √ 75-600 75-600 100-1200 800 1000 500 软衬法： 翻转法 绞拉法 √ √ √ 50-2700 70-2700 900 150 缠绕法 √ 150-2500 300 喷涂法： 水泥灰浆 环氧树脂 聚合物 √ √ √ √ 75-4500 75-300 250-600 150 150 100 浇筑法 √ 900-1500 管片法 √ >900 化学稳定法 √ √ 100-600 150 局部修复法： 补丁法 注浆堵漏法 机器人法 √ 100-2800 >900 200-900 注： √ 表示适用的施工方法 4. 非开挖管线修复的优点 对环境、交通、商业区、拥挤的生活区干扰小 利用原有管线的轨迹，无需控制施工方向 可加大原有管道的过流能力 施工效率高，安全性好 不需排屑，减少了对路面的损坏 管道开槽施工现场 管道非开挖施工现场 4. 管道修复基本流程 尽管各种非开挖修复方法的工艺有所差异，但 总体流程 基本如下： 收集管道修复工程基本信息 管道清洗 管道内部检查 确认管道损坏参数和修复 选择非开挖修复方法 非开挖工程设计 管道修复工程施工 测量检验和验收 4. 静压裂管法施工工艺 施工工艺简介 以待更换的既有管道为导向，用专用裂管器将既有管道切开、挤碎达到扩径 效果，拖入或顶入新管道，新管节直径比原有管径大一到二级。 施工过程包括破碎旧管道、挤压碎片进入土体形成新管孔、安装连接形成新管道。施工设备系统主要由液压动力源、液压拉杆机、支撑架、相应数量的拉杆以及裂管器组成。 静压裂管法施工示意图 4. 管道修复施工工艺流程 在施工管段两端适当部位设置设备工作井和进管工作井，将裂管设备置于设备工作井内，首先将快装杆从旧管道推向进管工作井，在进管工作井将导向杆卸下，更换相应的胀破装置，与管道连接后回拉，在破碎旧管的同时，拉入新管道，以完成管道的替换施工。 施工准备工作包括收集收集资料、现场勘查、沿线物探和编制施工组织设计、施工方案等技术准备，现在围挡、导行交通等现场准备和技术安全交底、培训等组织准备工作。 施工准备工作 接通临时线∕旧管道停气置换 开挖工作井 短管 CCTV 内窥仪检测 旧管道清洗 裂管设备安装 PE 管节焊接 裂管器挤阔 PE 管试压 回填井位 全线试压 恢复路面 恢复供气 竣工测量 施工工艺流程 4. 工艺优缺点分析 主要优点 施工简单易行、速度快、造价省 管道适用范围广 修复管道清洗要求低 在一定范围内能扩径，增加流量 带周边环境影响小 主要缺点 破碎旧管时的挤压和振动对周边建筑物产生危害 需安装护套以保护新管 单次更换长度短（＜ 100m ） 弯头处理较为困难 存在问题： 1 、国内使用的裂管设备多为引进，配套性差，适用范围较窄，政府应积极引导企业消化引进技术设备； 2 、国内尚无管道修复前后检测评价技术和评价标准，应着手编制； 3 、国内尚无行业标准，地方可先行编制地方标准。 第五章 . 矩形顶管施工工艺 谢谢！节日快乐 徐庆平 13809020654 南京同力建设集团