論文(終稿) 畢業(yè)論文.doc

論文(終稿) 畢業(yè)論文 摘要地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，它包括給水、排水、燃?xì)?、熱力、電信、電力、工業(yè)管道等幾大類，就象人體內(nèi)的“神經(jīng)”和“血管”，日夜擔(dān)負(fù)著傳遞信息和輸送能量的工作，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是城市高效率高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)的保證，被譽(yù)為城市的“生命線”。 隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、人口的迅速增長以及城市化進(jìn)程的不斷加快，地下管線的需求正變得越來越大，而由于人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)生活質(zhì)量的關(guān)注，在地下管線工程建設(shè)中傳統(tǒng)的開挖埋設(shè)方法正帶來日益嚴(yán)重的問題，在這種情況下，非開挖技術(shù)(TT-Trencldess Technology)悄然興起并得到飛速發(fā)展。 頂管、水平定向鉆技術(shù)更是廣泛的應(yīng)用到工程中。 目前我國經(jīng)濟(jì)正飛速發(fā)展，隨著我國工程建設(shè)的快速發(fā)展，當(dāng)前頂管、水平定向鉆技術(shù)在我國有很廣泛的應(yīng)用，在很多工程建設(shè)方面取得了顯著的成效。 但是，頂管、水平定向鉆施工時(shí)會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生影響，使其承載力下降，會(huì)造成局部坍塌、沉降過大引發(fā)路堤變形、路面裂縫、冒漿等問題。 因此，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，針對(duì)以上問題，對(duì)頂管、水平定向鉆技術(shù)的施工原理與工藝，對(duì)地面造成的土體擾動(dòng)、地層損失及工程影響進(jìn)行了分析。 結(jié)合工程實(shí)例，根據(jù)施工工藝及對(duì)工程的影響，研究與地層損失及地層隆沉相關(guān)的施工參數(shù)設(shè)計(jì)；并提出一些監(jiān)測控制方法及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。 隨著現(xiàn)代文明意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，開挖路面進(jìn)行各類地下管線施工導(dǎo)致的社會(huì)問題，交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受人民的關(guān)注；合理利用和開發(fā)地下空間成為解決城市問題的一條重要途徑。 非開挖技術(shù)（TTTrenchless Technology）以巖石鉆鑿隧道掘進(jìn)物探等領(lǐng)域?yàn)楸尘?，在現(xiàn)代機(jī)械工程、自動(dòng)控制、測控技術(shù)、斷裂力學(xué)、光學(xué)等基礎(chǔ)理論及相關(guān)技術(shù)支撐下，以主要面向地下管線建設(shè)而逐步形成的一門多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。 它涵蓋近百種工藝方法，主要分為現(xiàn)場勘測、新建管線舊管修復(fù)或替換三大類，作為一種對(duì)環(huán)境友好的施工方法，具有綜合成本最優(yōu)等優(yōu)勢。 現(xiàn)代非開挖施工技術(shù)是二十世紀(jì)七十年代末首先在西方發(fā)達(dá)國家推廣使用的，以美國和德國發(fā)展最快，1986年，國際非開挖技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTT-Internationa Societyfor Trenchless Technology)在倫敦成立，到目前為止有26個(gè)國家和地區(qū)加入了該協(xié)會(huì)，我國于1998年加入該協(xié)會(huì)成為第二十個(gè)成員國(CSTT-China SocietyforTrenchlessTechnology)。 近年來，部分國家非開挖地下管線施工量普遍占到地下管線施工總量的10%，在大城市更高，如德國柏林市為40%，非開挖技術(shù)的應(yīng)用己成為地下管線工程的一個(gè)新技術(shù)增長點(diǎn)。 我國非開挖技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的研究和開發(fā)起步較晚，1996年和1998年在北京召開了兩次國際非開挖華南理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文技術(shù)研討會(huì)，國家科委亦將“非開挖技術(shù)”列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，2000年國務(wù)院頒布的城市道路管理?xiàng)l例規(guī)定新建路五年內(nèi)不允許開挖，修復(fù)路3年內(nèi)不允許開挖。 可以預(yù)見，隨著國家的重視，各界人士的關(guān)注和企業(yè)的參與，我國巨大的非開挖潛在市場將迅速地被挖掘出來。 然而，截止目前我國采用非開挖施工技術(shù)的比例還比較低，其主要原因是有關(guān)管理、設(shè)計(jì)、施工以及投資部門對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)及其優(yōu)越性了解不夠，片面地理解施工成本，而不考慮綜合成本、社會(huì)效益和環(huán)境影響等因素。 近年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)工業(yè)的迅速發(fā)展，石油、煤氣、電力、電訊、自來水、污水等各種地下管線的需要在較長時(shí)間內(nèi)都有較大的增長。 這為我國非開挖技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件，市場潛力巨大。 我國已經(jīng)擁有一個(gè)相當(dāng)龐大的地下管網(wǎng)系統(tǒng)，每年還有大量的新增網(wǎng)管。 而地下管線的壽命是有限的，這也就意味著，隨著現(xiàn)有地下管線的老化和損壞，同時(shí)又有大量的地下管線每年需要更換和修復(fù)。 為了避開現(xiàn)有的密集管網(wǎng)系統(tǒng)，大城市管線埋深有加大的趨勢，開挖施工的成本隨埋深的加大而提高，而非開挖施工的優(yōu)越性更為顯著。 這些都對(duì)非開挖技術(shù)的推廣應(yīng)用產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用。 1.2非開挖技術(shù)工程應(yīng)用專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！隨著工程實(shí)踐的廣泛應(yīng)用，非開挖技術(shù)已得到長足的發(fā)展，目前工程中比較常用的非開挖穿越技術(shù)主要有以下幾種。 1）頂管法頂管法是使用最早的一種施工方法。 最初，頂管施工法主要用于跨越孔施工時(shí)頂進(jìn)鋼套管，隨著技術(shù)的改進(jìn)也用于無套管的情況下頂進(jìn)永久性公用管道，主要是重力管道。 頂進(jìn)施工時(shí)，首先選擇工作坑的位置，開挖工作坑；然后按照管線的位置和坡度，在工作坑底部修筑基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)上設(shè)置導(dǎo)軌，并將管節(jié)安放在導(dǎo)軌上；頂進(jìn)前，在管端開挖導(dǎo)孔，再用千斤頂將管節(jié)頂入。 2）導(dǎo)向鉆進(jìn)(Guided Boring)鋪管法采用方向可控和以水射流破土為主的鉆進(jìn)技術(shù)，使用地表放置的鉆機(jī)，按設(shè)計(jì)軌跡鉆一個(gè)導(dǎo)孔，然后在擴(kuò)孔和回拉的同時(shí)鋪入管線。 采用帶斜面的鉆頭，通過對(duì)其回轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制，進(jìn)行鉆孔方向的調(diào)控。 該方法適用于在松軟地層中進(jìn)行較小型的管線鋪設(shè)。 常見鋪管直徑在350mm以內(nèi)，鋪管長度在300m以內(nèi)，鋪管深度在15m以內(nèi)。 3）水平定向鉆進(jìn)(Horizontal DirectionalDrilling)鋪管法方法施工原理同導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管法，與其不同之處是采用螺桿馬達(dá)和彎接頭來進(jìn)行定向鉆進(jìn)，通過彎接頭的轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)造斜和保直鉆進(jìn)。 該方法主要用于中、大型河流或較大規(guī)模障礙的管線穿越。 最大鋪管直徑可達(dá)1.2m，鋪管長度可達(dá)1.5km，深度可達(dá)60m，且適用于各種類型地層。 4）頂桿(Rod Pushing)鋪管法采用該方法施工時(shí)，接在小直徑鉆桿前端的鉆頭在頂推力作用下擠開土層成孔；待鉆頭在另一端的工作坑中出露后，換接擴(kuò)孔器擴(kuò)孔，然后拉入工作管線。 該方法簡單易行、占地少、施工成本低，但只適合于在土層中鋪設(shè)小直徑和短距離的水平管線，一般用來鋪設(shè)直徑200mm以下、一次鋪管長度20m以內(nèi)的各種管線。 表1-1典型土層條件下適應(yīng)的非開挖施工方法土層條件頂管水平鉆進(jìn)？微型隧道？螺旋鉆進(jìn)？定向鉆進(jìn)導(dǎo)向鉆進(jìn)頂推鉆進(jìn)？氣動(dòng)矛法夯管極軟到軟粘土層中硬到硬粘土層堅(jiān)硬的粘土層高度風(fēng)化頁巖松散砂層中到致密的砂層(地下水位以上)中到致密的砂層(地下水位以下)含卵礫石的地層(50-100mm)含卵礫石的地層(100-150mm)風(fēng)化的巖層堅(jiān)硬的土層微風(fēng)化和未風(fēng)化巖層？注:表示為適用；？表示為改進(jìn)后適用；表示為不適用。 專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！除以上介紹的常用技術(shù)之外，非開挖技術(shù)還包括沖擊矛鋪管法、夯管鋪管法、水平螺旋鉆鋪管法、微型隧道鋪管法等施工方法，每種施工方法都有各自的適用范圍和局限性，所適用的管徑、管材、施工長度、巖土條件等各有所不同，見表1-1。 由表可見，非開挖技術(shù)中頂管技術(shù)和水平定向鉆技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。 因此，本文主要針對(duì)頂管技術(shù)和水平定向鉆技術(shù)的應(yīng)用和影響，尤其是其在穿越公路工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。 1.3頂管穿越技術(shù)與其應(yīng)用頂管技術(shù)作為一種不開槽施工方法，自1896年美國北太平洋鐵路公司鋪設(shè)穿越鐵路路線的鑄鐵管道以來，隨著頂管機(jī)性能的改進(jìn)，頂管法設(shè)計(jì)和施工技術(shù)理論也在不斷完善；由于其技術(shù)優(yōu)勢突出在世界范圍得到廣泛的應(yīng)用，其施工技術(shù)施工工藝也得到了很大的發(fā)展。 1.3.1頂管技術(shù)施工原理與工藝頂管施工是利用主頂油缸和管道間的中繼環(huán)的推力，把工具管從始發(fā)工作井內(nèi)推入土層并頂?shù)浇邮站畠?nèi)吊起，而隨工具管推進(jìn)的預(yù)制管節(jié)則埋設(shè)在兩工作井之間。 所謂頂管施工工藝是指從機(jī)械設(shè)備開始進(jìn)入場地到頂進(jìn)全部結(jié)束的整個(gè)過程，管道頂進(jìn)施工可分為以下四個(gè)階段:工作井和接收井的制作；工具管出洞；后續(xù)管道頂進(jìn)；工具管入洞。 1)工作坑和接收坑的制作工作井和接收井的形式多樣，一般有鋼板樁、沉井、地下連續(xù)墻以及SMW法等多種形式，根據(jù)頂進(jìn)型式可將工作井與接收井制成圓形與矩形。 始發(fā)工作井用以安裝頂進(jìn)設(shè)備和承受主千斤頂?shù)姆醋饔昧Γぞ吖芎秃罄m(xù)管節(jié)被吊入始發(fā)工作井并從這里向接收工作井頂進(jìn)。 接收工作井則用以接收工具管并由此吊出，有些接收井也作下次頂進(jìn)時(shí)的工作井。 一般工作井要比接收井堅(jiān)固得多，表面尺寸也較大。 圖1-1頂管工作井與頂管出洞2)工具管出洞在頂管施工過程中，工具管的出洞具有較大的難度和不確定性，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施。 由于工具管外徑設(shè)計(jì)時(shí)小于洞口直徑，地下水與泥漿就會(huì)由此空隙流入工作井內(nèi)，因而會(huì)引起洞口上部土體的塌陷，影響周圍建筑的安全。 在地下水含量豐富的地區(qū)，工具管出洞前應(yīng)先專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！對(duì)周圍地層的地下水作降水處理，或?qū)Τ龆纯诟浇耐馏w進(jìn)行加固處理，防止出洞時(shí)土體的大量流失。 為了確保工具管安全出洞，盡量避免泥水流失而造成地面塌陷，可在洞口附近一定范圍內(nèi)采用高壓旋噴、注漿、凍結(jié)、深井降水等加固施工措施。 而后在工作井壁面出洞口的預(yù)留位置上鑿除封門處的混凝土或磚墻，將工具管機(jī)頭頂入鑿出的洞口，同時(shí)機(jī)頭前端刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)切削井壁上剩余的混凝土及土體，頂進(jìn)過程開始。 圖1-2加設(shè)后續(xù)管與頂管入洞3)后續(xù)管道頂進(jìn)工具管機(jī)頭頂入后，鋼筋混凝土管節(jié)隨后陸續(xù)放入，同時(shí)進(jìn)行定向測量，根據(jù)測量結(jié)果隨時(shí)對(duì)頂進(jìn)機(jī)頭進(jìn)行糾偏，控制管道頂進(jìn)方向。 對(duì)于長距離頂管，當(dāng)后部千斤頂頂力不夠時(shí)，需要使用中繼間，并在管壁周圍注漿以減小摩阻力。 管道的頂進(jìn)過程是頂管施工的主要組成部分，它可以分為以下幾個(gè)部分注漿減阻；隨著頂進(jìn)距離的增加，千斤頂所需的推進(jìn)力也成比例增加。 為了增加頂進(jìn)距離，必須有效地減小管道側(cè)壁與土體間的摩阻力。 這時(shí)在兩者之間注入潤滑漿液能夠有效地減小摩擦阻力。 在長距離和曲線頂管中，注漿減摩是極其重要的環(huán)節(jié)。 中繼環(huán)使用增加頂進(jìn)距離的方法除注漿減阻外，還有提高管材的抗壓強(qiáng)度和使用中繼環(huán)等。 但注漿減摩和提高管材的抗壓強(qiáng)度都有限度，當(dāng)超過限度時(shí)，效果就不明顯，這時(shí)必須采用中繼環(huán)進(jìn)行接力傳遞。 正面推力控制施工用工具管不同，控制管道正面推力所采用的方法不同。 土壓平衡式是利用倉內(nèi)土壓力與外面土壓力差來控制正面推力；而泥水平衡式則是利用倉內(nèi)泥水壓力與外面土壓力差來控制正面推力的。 定向測量及糾偏在頂進(jìn)過程中由于各種不確定因素，管道會(huì)偏離預(yù)定的線路，這時(shí)需要對(duì)管道頂進(jìn)的軌跡進(jìn)行定向測量。 一般實(shí)際施工中是利用糾偏千斤頂進(jìn)行糾偏操作。 4)工具管入洞工具管到達(dá)接收井前，在有些情況下，對(duì)周圍土層也要做相應(yīng)的處理。 隨后鑿去接收井壁面進(jìn)洞口封門處的混凝土或磚墻，將工具管頂進(jìn)接收井，頂進(jìn)過程結(jié)束。 工具管全部進(jìn)接收井后，即吊起，并先封閉進(jìn)洞口處管道與井壁間的縫隙，再依次拆除中繼間，隨后封閉出洞口處管道與專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！井壁間的縫隙。 頂管施工流程圖見圖1-3所示。 1.3.2頂管主要施工工法頂管施工工法大概分為土壓式、泥水式、手掘式、氣壓式等幾種。 1）手掘式平衡頂管施工手掘式頂管施工，又叫人工頂管施工，是指在工程地質(zhì)條件允許的條件下，先通過人工開挖提供管道穿越的孔線，再把管道從管線穿過的施工方式。 手掘式頂管掘進(jìn)方法是最早應(yīng)用的一種掘進(jìn)方法，由于它在特定的土質(zhì)條件下和采用一定的輔助施工措施后便具有施工操作簡便，設(shè)備少，施工成本低，施工進(jìn)度快等一些優(yōu)點(diǎn)，所以，至今仍然被應(yīng)用。 不過現(xiàn)在的手掘頂管掘進(jìn)機(jī)的設(shè)備和工藝較原先己經(jīng)有了很大的改進(jìn)。 手掘式頂管掘進(jìn)機(jī)工藝與其他頂管有相似之處，所不同的是采用人工挖土，是一種敞開式的頂管工藝。 因此要防止發(fā)生有毒、有害氣體的中毒現(xiàn)象。 另外，還要防止涌水現(xiàn)象。 2）土壓式平衡頂管施工土壓式平衡頂管施工的主要特征是在施工過程中，利用土倉內(nèi)的壓力和螺旋出土器出土來平衡頂管機(jī)前的土壓力和地下水壓力。 它有兩方面的基本內(nèi)容第一，頂管機(jī)在頂進(jìn)過程中與它所處土層的地下水壓力和土壓力處于一種平衡狀態(tài)；第二，頂管機(jī)螺旋出土器的排土量與頂管機(jī)推進(jìn)所占去的土的體積也處于一種平衡狀態(tài)。 土壓式平衡頂管施工主要采用螺旋出土器將土排到推土小車?yán)锩?，然后再運(yùn)到工作井將其吊起。 與泥水平衡頂管相比，最大的特點(diǎn)是排出的土或泥漿一般都不需要再進(jìn)行泥水分離等二次處理。 3）泥水式平衡頂管施工泥水式平衡頂管施工的主要特征是在施工過程中，利用進(jìn)排泥漿管道在頂管機(jī)泥水倉內(nèi)建立的泥水壓力來平衡頂管機(jī)前的土壓力和地下水壓力，泥水式平衡頂管施工采用泥漿泵進(jìn)行排土。 在泥水平衡頂管施工中，要使挖掘面上保持穩(wěn)定，就必須在泥水倉中充滿一定壓力的泥水，泥水在挖掘面上可以形成一層不透水的泥膜，以阻止泥水向挖掘面里面滲透。 同時(shí)，該泥水本身又有一定的壓力，因此它就可以用來平衡地下水壓力和土壓力，這就是泥水平衡頂管最基本的原理。 如果從輸土泥漿的濃度來區(qū)分，又可把泥水平衡頂管分為普通泥水頂管、濃泥水頂管和泥漿式頂管三種。 普通泥水頂管的輸土泥水相對(duì)密度在1.031.30之間，而且完全呈液體狀態(tài)；濃泥水圖1-3頂管施工流程圖專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！頂管的泥水相對(duì)密度在1.301.80之間，多呈泥漿狀態(tài)，流動(dòng)性好；泥漿式頂管則是介于泥水式和土壓式頂管施工之間，由泥水式向土壓式過渡的一種頂管施工。 4）氣壓式平衡頂管施工氣壓式頂管施工就是以一定壓力的壓縮空氣來平衡地下水壓力、疏干地下水，從而保持挖掘面穩(wěn)定的一種頂管施工方法。 表1-2幾種形式頂管機(jī)的適用范圍工具管形式內(nèi)徑（mm）覆土厚度（m）適用土質(zhì)環(huán)境危害泥水平衡式80024003m且1.3D地下水位以下的粘性土、砂性土;滲透系數(shù)大于1地下水位以下的粘性土、砂性粘、粉土淤泥質(zhì)土、粘性土、碎石土、礫石層軟塑、流塑狀粘性土或軟塑、流塑狀粘性土夾薄層粉沙同上地層位移小土壓平衡式三段雙鉸型8004000160040003m且1.5D3m且1.5D地層位移小地層位移中等擠壓式100016003m且1.5D地層位移較大網(wǎng)格式100024003m且1.5D地層位移較大1.4水平定向鉆技術(shù)及其現(xiàn)狀1.4.1定向鉆技術(shù)的誕生及施工過程HDD(Horizontal DirectionalDrilling)技術(shù)，即水平定(導(dǎo))向鉆進(jìn)技術(shù)，一直是非開挖技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位并且發(fā)展最快的一種技術(shù)，它是利用專門的水平定(導(dǎo))向鉆機(jī)以可控鉆孔軌跡的方式，在不同地層和深度進(jìn)行鉆進(jìn)并通過監(jiān)測和控制手段抵達(dá)設(shè)計(jì)位置而鋪設(shè)地下管線的施工方法。 定向鉆進(jìn)和導(dǎo)向鉆進(jìn)之間并沒有嚴(yán)格的界限。 由于小型定向鉆進(jìn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能、軌跡的測量控制與大中型的有所區(qū)別，國際上通用的分類方法是將直徑較小、穿越較短的小型定向鉆進(jìn)稱為導(dǎo)向鉆進(jìn)，而將直徑較大、穿越較長的大中型定向鉆進(jìn)稱為定向鉆進(jìn)。 本文也不加以嚴(yán)格區(qū)分，統(tǒng)一用水平定向鉆進(jìn)(HDD)來表示。 HDD技術(shù)起源于石油鉆探中的垂直定向鉆進(jìn)。 早在20世紀(jì)六七十年代，在已發(fā)展的石油鉆探導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)與微型隧道施工技術(shù)之間，人們一直想尋找一種既可以在地下曲線鉆進(jìn)又不需太大孔徑的水平管線敷設(shè)施工機(jī)械。 1971年，Titan公司的美國工程師Martin Cherrington創(chuàng)造性地改造了一臺(tái)石油鉆探機(jī)，將石油定向鉆井技術(shù)和傳統(tǒng)的管線施工方法有機(jī)地結(jié)合在一起，發(fā)明了一種倒拱形定向鉆進(jìn)方法，從而誕生了一種新的可在地下曲線前進(jìn)的管線施工技術(shù)HDD技術(shù)。 典型的HDD鋪管作業(yè)可以分為導(dǎo)向孔施工、分級(jí)擴(kuò)孔以及管線回拖三個(gè)階段。 1）鉆導(dǎo)向孔要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板或地下泥漿馬達(dá)，開動(dòng)泥漿泵對(duì)準(zhǔn)入土點(diǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)（或使用泥漿馬達(dá)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)）切削地層，不斷前進(jìn)，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實(shí)際位置，以便及時(shí)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個(gè)導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。 見示意圖1-4鉆導(dǎo)向孔。 鉆機(jī)被安裝在入土點(diǎn)一側(cè)，從入土點(diǎn)開始，沿著設(shè)計(jì)好的線路，鉆一條從入土點(diǎn)到出土點(diǎn)的專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！曲線，作為預(yù)擴(kuò)孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。 圖1-4水平定向鉆導(dǎo)向孔施工2）預(yù)擴(kuò)孔和回拖產(chǎn)品管線一般情況下，使用小型鉆機(jī)時(shí)，直徑大于200毫米時(shí)，就要進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，使用大型鉆機(jī)時(shí)，當(dāng)產(chǎn)品管線直徑大于DN350mm時(shí)，就需進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，預(yù)擴(kuò)孔的直徑和次數(shù)，視具體的鉆機(jī)型號(hào)和地質(zhì)情況而定。 回拖產(chǎn)品管線時(shí)，先將擴(kuò)孔工具和管線連接好，然后開始回拖作業(yè)，并由鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，進(jìn)行擴(kuò)孔回拖，產(chǎn)品管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的，由于擴(kuò)好的孔中充滿泥漿，所以產(chǎn)品管線在擴(kuò)好的孔中是處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣即減少了回拖阻力，又保護(hù)了管線防腐層，經(jīng)過鉆機(jī)多次預(yù)擴(kuò)孔，最終成孔直徑一般比管子直徑大200mm，所以不會(huì)損傷防腐層。 見示意圖1-5預(yù)擴(kuò)孔和示意圖1-6回拖管線。 圖1-5水平定向鉆預(yù)擴(kuò)孔施工圖1-6水平定向鉆管道回拖施工在鉆導(dǎo)向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑，為了使鉆出的孔徑達(dá)到回拖管線直徑專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！的1.31.5倍，需要用擴(kuò)孔器從出土點(diǎn)開始向入土點(diǎn)將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至要求的直徑。 地下孔經(jīng)過預(yù)擴(kuò)孔，達(dá)到了回拖要求之后，將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，從出土點(diǎn)開始，一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點(diǎn)為止。 1.4.2水平定向鉆技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀水平定向鉆技術(shù)的出現(xiàn)不僅導(dǎo)致了現(xiàn)代非開挖技術(shù)的崛起，也一直是非開挖領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位的技術(shù)。 從其發(fā)展歷史來看，其大致可以分為四個(gè)不同的階段1）起步階段(20世紀(jì)70年代)早在20世紀(jì)60年代，AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室就致力于可控向和可跟蹤的水平鉆進(jìn)工具的研制，集中試驗(yàn)了壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的沖擊式鉆具，包括斜面鉆頭、鉆具后端起導(dǎo)向作用的活動(dòng)節(jié)以及鉸鏈等工具體，但都沒有達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的程度。 1971年才由Martin Cherrington第一次成功地實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)鋪設(shè)管線，這也標(biāo)志著HDD技術(shù)的誕生。 此后，利用HDD鋪管技術(shù)在美國完成多次穿越施工。 2）改進(jìn)階段(1980年1984年)這一時(shí)期，由于美國地下電力和天然氣產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，美國的電力研究所(EPRI-Electric PowerResearch Institute)在液射流技術(shù)的地下鉆進(jìn)方法方面投入了大量的研究，并于1983年研制成功了射流鉆掘器。 這種鉆進(jìn)工具主要是利用高壓水射流來達(dá)到排開土體的目的，目前的定向鉆進(jìn)技術(shù)仍然沿用了這種施工工藝。 3）發(fā)展階段(1985年1994年)這期間，美國許多科研機(jī)構(gòu)對(duì)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)和精確定位系統(tǒng)的結(jié)合方式進(jìn)行了大量的研究，實(shí)現(xiàn)了精確定位系統(tǒng)、斜面鉆頭和液射流技術(shù)的結(jié)合，形成目前定向鉆進(jìn)技術(shù)的雛形。 其中Utilx(FlowMole)公司1985年推出的Guide DrillTunnelling System被看作第一臺(tái)具有現(xiàn)代意義上實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的定向鉆機(jī)。 4）多樣化階段(1995年現(xiàn)在)從90年代中期開始，經(jīng)過前一階段的實(shí)踐檢驗(yàn)，HDD技術(shù)己成為優(yōu)選的非開挖管線施工手段，HDD系統(tǒng)的生產(chǎn)和應(yīng)用開始產(chǎn)生飛躍。 技術(shù)的不斷革新，不僅使水平定向鉆機(jī)呈現(xiàn)多樣化和系列化，可靠性大大提高，而且使施工技術(shù)日臻完善，施工成本大幅度下降。 目前，西方發(fā)達(dá)國家有幾十家著名的生產(chǎn)HDD系統(tǒng)的公司，如美國的Augers公司、DitchWitch公司、Vermeer公司，英國的Powermole公司、SteveVick公司，德國的FlowTex公司、Tracto-Technik公司，意大利的Teiwell公司，瑞士的Terra公司等，這些公司的產(chǎn)品覆蓋從微型到超大型鉆機(jī)的所有規(guī)格，基本上壟斷了國際市場。 同時(shí)，用水平定向鉆進(jìn)工藝進(jìn)行管線鋪設(shè)的工程量也在不斷增加。 據(jù)估計(jì)，僅在美國和加拿大，每年用定向鉆進(jìn)工藝鋪設(shè)的地下管線總長度就達(dá)610022500km，占全部地下管線工程量的10以上。 預(yù)計(jì)21世紀(jì)初，將有3040的地下管線會(huì)用該技術(shù)鋪設(shè)。 與國外相比，我國的非開挖定向鉆進(jìn)施工還處于起步和推廣階段。 從20世紀(jì)80年代中后期起，由于不允許開挖鋪設(shè)地下管線的工程量日益增多，且重要性日趨加大，不得不通過引進(jìn)國外設(shè)備專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！進(jìn)行非開挖施工，以解燃眉之急。 近年來，國家大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其中包括西氣東輸、西電東送、南水北調(diào)等多項(xiàng)重大工程，在這些工程中將涉及到大量油氣、電力和供水管線的過河、橫穿鐵路、公路和建筑物的工程，非開挖管線工程量大幅增加，HDD技術(shù)將在這些工程中大顯身手。 1.4.3水平定向鉆技術(shù)的主要優(yōu)勢及應(yīng)用HDD技術(shù)的誕生，導(dǎo)致了管線鋪設(shè)領(lǐng)域的一次技術(shù)性革命，其主要優(yōu)勢為 (1)不開挖路面，避免開挖施工對(duì)居民正常生活的干擾，以及對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑的破壞和不良影響，提高了城市建設(shè)的文明程度。 (2)不開挖施工，使得無法開挖(河流、建筑、重要交通干線)和不宜開挖(主干道、鬧市區(qū)、古跡、重要場所)地段的鋪管得以實(shí)施。 (3)定向鉆進(jìn)可以按最短的合理路徑穿越河流、湖泊、鐵路、公路、城市建筑物等，避免了管道繞行，施工效率高，節(jié)約材料消耗，降低施工費(fèi)用。 (4)水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)可以高精度地控制地下管線的鋪設(shè)方向、埋深，實(shí)現(xiàn)曲線鉆進(jìn)，并可使管線繞過地下障礙。 (5)有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在可比性相同的情況下，非開挖管線鋪設(shè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均低于開挖施工，管徑越大、埋深越大時(shí)越明顯。 由于HDD技術(shù)日益成熟的技術(shù)和突出的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍也在不斷拓寬。 目前不僅在非開挖領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)管線的鋪設(shè)，而且還可用于地礦、冶金、石油等領(lǐng)域用來實(shí)現(xiàn)地下的地質(zhì)勘探及資源開采。 此外，在各種地基處理和環(huán)保工程中也得到廣泛的應(yīng)用，例如利用水平鉆孔灌漿法加固道路或機(jī)場跑道下面的地基；用水平鉆孔降排地下水；抽出垃圾堆放場的沼氣或油庫地基中的滲漏油；污染區(qū)域的土層監(jiān)測和取樣等。 1.5本文主要內(nèi)容在城市市政管道工程和地下隧道工程中，采用頂管法施工較開挖溝槽法等挖法對(duì)周圍環(huán)境影響相對(duì)較小。 在埋深較大、交通干線附近和周圍環(huán)境對(duì)位移地下水有嚴(yán)格限制的地段采用頂管法施工也較為安全和經(jīng)濟(jì)。 然而，頂管法施工是由機(jī)頭切削土體后開挖，再由工作井中千斤頂頂進(jìn)，因此對(duì)機(jī)頭前方一定土體產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)作用，土體先處于卸載狀態(tài)，而后隨著千斤頂?shù)捻斶M(jìn)機(jī)頭前方土體處于擠壓狀態(tài)。 由于機(jī)頭工具管的管徑大于后續(xù)管節(jié)直徑，會(huì)產(chǎn)生地層損失，管節(jié)周圍土體處于卸載狀態(tài)，產(chǎn)生應(yīng)力松弛。 同時(shí)由于頂管的頂進(jìn)，在管壁與上體接觸面上產(chǎn)生摩擦阻力。 由于這些力的共同作用，在頂管周圍產(chǎn)生不同的應(yīng)力區(qū)。 這些附加應(yīng)力在土中會(huì)產(chǎn)生上體位移和變形。 如果施工各參數(shù)控制得當(dāng)，則這些變形和位移會(huì)很??；如果參數(shù)控制不好，會(huì)產(chǎn)生較大的土體位移，直至地表，對(duì)地下和地面以上構(gòu)筑物產(chǎn)生很大影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起這些構(gòu)筑物的破壞。 目前，我國雖然已經(jīng)引進(jìn)并發(fā)展一些較為先進(jìn)的非開挖技術(shù)，如水平定向鉆進(jìn)技術(shù)；但對(duì)于專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！水平定向鉆進(jìn)技術(shù)的工程應(yīng)用研究，仍多集中于定向鉆軌跡測量與監(jiān)測方面，對(duì)定向鉆施工過程中孔壁的穩(wěn)定性及其對(duì)周邊環(huán)境影響的分析仍不多見也還需要進(jìn)一步從理論上加以研究，以便采取措施來保持鉆孔穩(wěn)定以及保護(hù)設(shè)備和管線安全。 綜上所述，頂管、定向鉆施工不僅要保證施工本身的安全與穩(wěn)定，還應(yīng)該有效的控制周圍的地層隆沉以對(duì)周圍環(huán)境的保護(hù)，將施工的影響降低到最低程度。 在施工過程中，由于施工擾動(dòng)作用，會(huì)使建筑建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的破壞，從而影響管線周圍的建(構(gòu))筑物、道路、管線以及設(shè)備等的正常使用。 據(jù)此，本文擬對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行分析研究。 1、基于目前國內(nèi)外頂管穿越技術(shù)的現(xiàn)有資料，就頂管穿越技術(shù)中土層擾動(dòng)機(jī)理，以及施工過程中土層變形一般規(guī)律進(jìn)行分析； 2、針對(duì)頂管穿越工程中對(duì)地表變形的影響，結(jié)合已有計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)頂管施工地表變形進(jìn)行分析，并結(jié)合依托工程對(duì)頂管穿越高速公路工程的影響進(jìn)行分析； 3、由于水平定向鉆技術(shù)是一種比較新的非開挖技術(shù)，本文結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)水平定向鉆技術(shù)在工程應(yīng)用過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，并結(jié)合工程實(shí)例對(duì)其施工中地表隆沉進(jìn)行了分析，給出了地表隆沉的判別方法，分析了注漿壓力的工程影響； 4、基于工程實(shí)踐，對(duì)頂管穿越技術(shù)和水平定向鉆技術(shù)施工參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行歸納總結(jié)，并對(duì)兩種技術(shù)工程應(yīng)用中質(zhì)量控制與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析。 專業(yè)文檔，值得下載！專業(yè)文檔，值得下載！第二章頂管穿越技術(shù)工程影響分析2.1概述近年來我國城市建設(shè)在大規(guī)?？焖侔l(fā)展，大量管網(wǎng)及地下交通隧道等地下工程不斷在新建、擴(kuò)建和維修。 對(duì)人口集中、地面建筑物和地下管線十分密集、地面交通擁擠的繁華城區(qū)來說，傳統(tǒng)的明挖埋管方法逐漸受到限制；而采用頂管施工，對(duì)在建筑物、河道、道路及已有地鐵線路下穿過更顯示出極大優(yōu)越性。 同時(shí)，可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求和人們對(duì)環(huán)保的日益重視，也使得非開挖頂管施工技術(shù)越來越受到歡迎。 因此，采用頂管技術(shù)成為地下管道鋪設(shè)施工的一個(gè)重要途徑。 2.2非開挖頂管施工中地層移動(dòng)規(guī)律頂管施工引起地層移動(dòng)及地面沉降的因素相當(dāng)復(fù)雜，并且受很多地下環(huán)境不確定因素的影響，特別是地層條件復(fù)雜時(shí)，施工技術(shù)影響也很大。 因此，對(duì)這些因素加以定量的評(píng)價(jià)是困難的，用實(shí)驗(yàn)來完全模擬不同地層條件、不同施工工況下土體位移目前還難以實(shí)現(xiàn)，很難得到確切數(shù)據(jù)。 只能根據(jù)實(shí)際監(jiān)測及理論分析結(jié)果模清其沉降發(fā)展規(guī)律以采取相應(yīng)施工方法，以減小地面沉降產(chǎn)生的環(huán)境危害。 通過對(duì)頂管頂進(jìn)施工過程中地表移動(dòng)的觀測，結(jié)果表明沿推進(jìn)縱向軸線所產(chǎn)生的地表沉降發(fā)展的一般規(guī)律與盾構(gòu)施工引起地表縱向變形的規(guī)律相似如圖2-1所示。 可以分為三個(gè)階段，即工具管前部變形階段、施工沉降階段和土體固結(jié)沉降階段。 圖2-1地表變形的規(guī)律 (1)工具管前部土體變形階段當(dāng)工具管離測點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，由于刀盤的切削攪拌、振動(dòng)，會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng)。 在擾動(dòng)作用下，土體中的水和氣會(huì)被排出，土體顆粒產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)