施工技術(shù)-液壓頂管機(jī)

非開挖施工技術(shù)簡介霸州市城區(qū)順興液壓頂管機(jī)械廠霸州市城區(qū)順興液壓頂管機(jī)械廠1前言目前，城市現(xiàn)存的很多設(shè)施不能滿意發(fā)展的須要，如污水、自來水、煤氣、電力和通訊管道的鋪設(shè)和修理都是在須要的時候再對街道路面“開膛剖肚”，從而導(dǎo)致交通堵塞、破壞已有基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境污染等一系列問題。非開挖施工技術(shù)就是在不開挖（或者少開挖）地表的狀況下進(jìn)行鋪設(shè)、探測、修理和更新各種地下管線，解決城市管線施工中的難題。城市地下管線的鋪設(shè)方式是工程建設(shè)技術(shù)水平的體現(xiàn)，是城市現(xiàn)代化的標(biāo)記之一，也是社會文明進(jìn)程的重要體現(xiàn)。2非開挖技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代非開挖地下管線施工技術(shù)，是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，是鉆探工程技術(shù)結(jié)合工程物探、計算機(jī)技術(shù)、巖土工程技術(shù)及新材料等技術(shù)的一項(xiàng)重要延長。非開挖技術(shù)在國外已廣泛運(yùn)用，在國內(nèi)也漸漸普及。與其它技術(shù)相比，非開挖技術(shù)起步較晚。但是在最近20多年中，非開挖技術(shù)無論在理論上，還是在施工工藝方面，都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。非開挖技術(shù)是極為重要的一種鋪設(shè)管道的工程手段，采納非開挖技術(shù)鋪設(shè)管道具有若干得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。不開挖地面就能穿越馬路、鐵路、河流，甚至能在建筑物底下穿過，是一種平安有效的施工技術(shù)。非開挖技術(shù)不開挖地面，故而被鋪設(shè)管道的上部土層未經(jīng)擾動，管道的管節(jié)端不易產(chǎn)生段差變形，其管道壽命亦大于開挖法埋管。采納房下非開挖技術(shù)能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用，削減動遷用房，縮短管線長度，有很大經(jīng)濟(jì)和社會效益。3非開挖技術(shù)的構(gòu)成分類非開挖技術(shù)可分為三大類：鋪設(shè)新管線、修復(fù)置換舊管線、探測原有管網(wǎng)。3.1鋪設(shè)新管線施工技術(shù)：導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管法、定向鉆進(jìn)鋪管法、氣動矛鋪管法、夯管錘鋪管法、螺旋鉆進(jìn)鋪管法、推擠頂進(jìn)鋪管法、微型隧道鋪管法、盾構(gòu)法和頂管法。3.2修復(fù)舊管線施工技術(shù)：原位固化法、原位換管法、滑動內(nèi)插法、變形再生法、局部修復(fù)法。3.3探測地下管網(wǎng)：地下管線探測儀（非金屬管道探測儀、金屬管道探測儀、塑料管道探測儀、電力電信纜線探測儀和井蓋探測儀等）、供水管網(wǎng)監(jiān)測儀（流量水壓記錄儀、漏區(qū)診斷儀、漏點(diǎn)定位儀等）、電信線路故障定位儀、氣體故障檢測儀、管中攝影儀、探地雷達(dá)、聲納系列。4非開挖技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代非開挖技術(shù)發(fā)展雖然僅20多年的時間，但其施工工藝技術(shù)的先進(jìn)性、優(yōu)越性所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益已舉世矚目，同時也激勵了非開挖技術(shù)的不斷更新，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。4.1穿越江河、機(jī)場、鐵路、馬路、建筑等鋪設(shè)各種地下管線。4.2隧道的管棚支護(hù)、微型鉆孔樁施工等。4.3水平注漿、水平降水、地下污染層處理。4.4煤層瓦斯抽排放孔施工。4.5修復(fù)置換舊管線。4.6探測查找地下管網(wǎng).5主要非開挖技術(shù)介紹5.1導(dǎo)（定）向鉆進(jìn)鋪管法定向鉆進(jìn)的基本原理：按預(yù)先設(shè)定的地下鋪管軌跡鉆一個小口徑先導(dǎo)孔，隨后在先導(dǎo)孔出口端的鉆桿頭部安裝擴(kuò)孔器回拉擴(kuò)孔，當(dāng)擴(kuò)孔至尺寸要求后，在擴(kuò)孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管線，回拉鋪設(shè)地下管線。水平定向鉆進(jìn)鋪管的施工依次為：地質(zhì)勘探、規(guī)劃和設(shè)計鉆孔軌跡、配制鉆液、鉆先導(dǎo)孔、回拉擴(kuò)孔、回拉鋪管、管端處理。地層勘察、地下建（構(gòu)筑物）及地下管線探測地層勘察主要了解有關(guān)地層和地下水的狀況，為選擇鉆進(jìn)方法和配制鉆液供應(yīng)依據(jù)。其內(nèi)容包括：土層的標(biāo)準(zhǔn)分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石狀況等。可采納查資料、開挖和鉆探、物探等方法獲得。地下管線探測主要了解有關(guān)地下已有管線和其它埋設(shè)物的位置，為管線設(shè)計和設(shè)計鉆進(jìn)軌跡供應(yīng)依據(jù)。一般采納綜合物探法，按其定位原理分為：電磁法、直流電法、磁法、地震波法和紅外輻射法等，并結(jié)合鉆探、靜力觸探、土工試驗(yàn)等技術(shù)。鉆進(jìn)軌跡的規(guī)劃與設(shè)計導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計是否合理對管線施工能否勝利至關(guān)重要。鉆孔軌跡的設(shè)計主要是依據(jù)工程要求、地層條件、地形特征、地下障礙物的詳細(xì)位置、鉆桿的入出土角度、鉆桿允許的曲率半徑、鉆頭的變向?qū)嵙?、?dǎo)向監(jiān)控實(shí)力和被鋪設(shè)管線的性能等，給出最佳鉆孔路途。5.1.3配制鉆液鉆液具有冷卻鉆頭（冷卻和愛護(hù)其內(nèi)部傳感器）、潤滑鉆具，更重要的是可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流淌的泥漿順當(dāng)?shù)嘏懦隹淄?，既為回拖管線供應(yīng)足夠的環(huán)形空間，又可削減回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護(hù)壁的作用。在不同的地質(zhì)條件下，須要不同成份的鉆液。鉆液由水、膨潤土和聚合物組成。水是鉆液的主要成份，膨潤土和聚合物通常稱為鉆液添加劑。鉆液的品質(zhì)越好與鉆屑混合越適當(dāng)。當(dāng)遇到不同地層時，剛好調(diào)整鉆液的性能以適應(yīng)鉆孔要求。鉆導(dǎo)向孔利用造斜或穩(wěn)斜原理，在地面導(dǎo)航儀引導(dǎo)下，按預(yù)先設(shè)計的鋪管線路，由鉆機(jī)驅(qū)動帶鍥型鉆頭的鉆桿，從A點(diǎn)到B點(diǎn)（見圖1）鉆一個與設(shè)計軌跡盡量吻合的導(dǎo)向孔（平面誤差100毫米）。鉆導(dǎo)向孔的關(guān)鍵技術(shù)是鉆機(jī)、鉆具的選擇和鉆進(jìn)過程的監(jiān)測和限制。要依據(jù)不同的地質(zhì)條件以及工程的詳細(xì)狀況，選擇合適的鉆機(jī)、鉆具和鉆進(jìn)方法來完成導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)。監(jiān)測與限制：在鉆進(jìn)導(dǎo)向孔時能否按設(shè)計軌跡鉆進(jìn)，鉆頭的精確定位及變向限制特別重要。鉆進(jìn)過程中對鉆頭的監(jiān)測方法主要通過隨鉆測量技術(shù)獲得孔底鉆頭的有關(guān)信息?？椎仔盘杺魉偷姆椒ㄖ饕校弘娎|法和電磁波法。電磁波法的測量范圍較小，一般在300m以內(nèi)水平放射距離，測量深度在15m左右。電磁波法測量的原理為：在導(dǎo)向鉆頭中安裝放射器，通過地面接收器，測得鉆頭的深度、鴨嘴板的面對角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電池狀況等參數(shù)，將測得參數(shù)與鉆孔軌跡進(jìn)行對比，以便剛好訂正。地面接收器具有顯示與放射功能，將接收到的孔底信息無線傳送至鉆機(jī)的接收器并顯示，以便操作手能限制鉆機(jī)按正確的軌跡鉆進(jìn)。目前，電磁波法在中小型鉆機(jī)上應(yīng)用較多，缺點(diǎn)是必需隨鉆跟綜監(jiān)控。電纜法在長距離穿越中，特殊是地形困難的工程中應(yīng)用較多。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾實(shí)力強(qiáng)，不要隨鉆跟蹤；但其操作困難，選用的信號線必需強(qiáng)度高（不易拉斷）、耐磨、絕緣性能好。5.1.5回拉擴(kuò)孔導(dǎo)向孔鉆成孔后，卸下鉆頭，換上適當(dāng)尺寸和符合地質(zhì)狀況的特殊類型的回擴(kuò)鉆頭，使之能夠在拉回鉆桿的同時，又可將鉆孔擴(kuò)大到所需尺寸。一般采納逐級擴(kuò)孔；預(yù)埋管徑以內(nèi)采納排土法擴(kuò)孔，以外采納擠壓法成孔，以保證鋪管后地面不致于沉降，不留隱患。在回擴(kuò)過程中和鉆進(jìn)過程一樣，自始至終泥漿攪拌系統(tǒng)要向鉆頭和回擴(kuò)鉆頭供應(yīng)足夠的泥漿。擴(kuò)孔器類型有桶式、飛旋式、刮刀式等：穿越淤泥粘土等松軟地層時，選擇桶式擴(kuò)孔器較相宜，擴(kuò)孔器通過旋轉(zhuǎn)，將淤泥擠壓到孔壁四周，起到很好的固孔作用；當(dāng)?shù)貙虞^硬時，選擇飛旋或刮刀式擴(kuò)孔器成孔較好。一般要求選擇的最大擴(kuò)孔器尺寸按下表考慮?；虬翠佋O(shè)管徑的1.2～1.5倍，這樣能夠保持泥漿流淌暢通，保證管線能平安、順當(dāng)?shù)耐先肟字?。鋪設(shè)產(chǎn)品口徑擴(kuò)孔口徑〈200MM管線直徑+100MM200MM-600MM管線直徑X1.5>600MM管線直徑+300MM5.1.6鋪管擴(kuò)孔完畢，在拖管坑一端的鉆桿上，再裝擴(kuò)孔器與管前端通萬向接、特制拖頭等連接堅(jiān)固，啟動導(dǎo)向鉆機(jī)回拉鉆桿進(jìn)行拖管，將預(yù)埋管線拖入孔內(nèi)，完成鋪管工作。在拖管的同時加入專用防潤土進(jìn)行泥漿護(hù)壁。在條件許可的狀況下，可將全部管線一次性連接。5.1.7管端處理當(dāng)拖管結(jié)束后，采納挖掘機(jī)將擴(kuò)孔器及管前端挖出，拆除擴(kuò)孔器及萬向接，處理造斜段，施工檢查井，復(fù)原路面，清場。圖1定向鉆鋪管進(jìn)示意圖5.1.8施工留意事項(xiàng)A、定向鉆進(jìn)施工前應(yīng)駕馭施工位置的地質(zhì)狀況，選擇適當(dāng)結(jié)構(gòu)的鉆頭。B、細(xì)致清查鉆進(jìn)軌跡中的地下管線狀況，駕馭地下管線的埋深、管線類型和管線材料，依據(jù)實(shí)際狀況編制施工方案。C、導(dǎo)向孔施工前應(yīng)對導(dǎo)向儀進(jìn)行標(biāo)定或復(fù)檢，以保證探頭精度。D、導(dǎo)向孔每3米測一次深度，如發(fā)覺偏差應(yīng)剛好調(diào)整，以確保導(dǎo)向孔偏差在設(shè)計范圍內(nèi)。E、拖拉管線前應(yīng)作好平安協(xié)助工作，特殊是拖拉非金屬管線時，避開損傷管材。F、管線拖拉完畢后，應(yīng)按管道試壓規(guī)程進(jìn)行試壓，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行管道接駁。5.2氣動矛鋪管法氣動矛由鋼質(zhì)外套(矛體)、活塞和配氣裝置組成。氣動矛在壓縮空氣作用下，矛體內(nèi)的活塞作往復(fù)運(yùn)動，不斷沖擊矛頭，矛頭在土層中擠壓四周土體，形成鉆孔并帶動矛體前進(jìn)。形成鉆孔后可以干脆將待鋪管道拉入，也可通過拉擴(kuò)法將鉆孔擴(kuò)大，以便鋪設(shè)更大直徑的管道。氣動矛技術(shù)特點(diǎn)：5.2.1設(shè)備簡潔，操作便利，投資少；5.2.2可鋪設(shè)PE管、PVC管和鋼管；5.2.3適用于短距離（30m以內(nèi)）、小直徑管道的穿越鋪設(shè)；5.2.4適合在狹小空間內(nèi)施工。5.3頂管鋪管法頂管法是依靠安裝在管道頭部的鉆掘系統(tǒng)不斷地切削土屑，由出土系統(tǒng)將切削的土屑排出，邊頂進(jìn)，邊切削，邊輸送，將管道逐段向前鋪設(shè)，在頂進(jìn)的過程中通過激光導(dǎo)向系統(tǒng)糾偏來調(diào)整鋪管方向。頂管法的技術(shù)特點(diǎn)：5.3.1噪音以及振動都很?。?.3.2可以在很深的地下敷設(shè)管道；5.3.3對施工周邊的影響很小；5.3.4可以穿越障礙物。5.4盾構(gòu)鋪管法盾構(gòu)法是隧道暗挖施工法的一種，它是利用盾構(gòu)機(jī)前端是與盾構(gòu)機(jī)體同等直徑的刀盤，在與土壤接觸時進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并加入適量的液體，使切削下來的土與液體在刀回旋轉(zhuǎn)的攪拌作用下，成為泥狀流塑體，通過螺旋輸送機(jī)送到地面。機(jī)頭前進(jìn)后，在機(jī)后留出的空間里，把提前預(yù)制好的混凝土管片拼裝成環(huán)狀。盾構(gòu)法施工具有施工速度快、洞體質(zhì)量比較穩(wěn)定、對四周建筑物影響較小等特點(diǎn)，適合在軟土地基段施工。盾構(gòu)法施工的基本條件：線位上允許建立用于盾構(gòu)進(jìn)出洞和出碴進(jìn)料的工作井；隧道要有足夠的埋深，覆土深度宜不小于6m；相對均質(zhì)的地質(zhì)條件；從經(jīng)濟(jì)角度講，連續(xù)的施工長度不小于300m。5.5無縫襯裝置換法無縫襯裝置換法是一種修理管道的施工方法，是將直徑大于或等于原有管道管徑的PE管襯入管道內(nèi)，所運(yùn)用的PE管一般為低、中密度的薄壁聚乙烯管材。管道襯裝前要想方法減小管的截面積。截面改變的變形可以是彈性的、也可以是半永久的塑性的，方法有兩種，一種是將PE管拉長，以減小管徑，從而減小截面積，PE管襯入后，由于不再受拉力的作用，長度將縮短，管徑將變大，復(fù)原后內(nèi)襯管線將與原有管線緊緊套在一起，兩層管線之間不再須要灌水泥沙漿固定。減小內(nèi)襯管截面積的另一種方法是將管道橫截面變形，可在PE管出廠前通過專用的設(shè)備將橫截面變?yōu)椤癠”或“C”字形，也可以在施工現(xiàn)場拉入PE管前將PE管沿管壁圓周方向扭曲，從而達(dá)到變形的目的。變形后的管道可以按滑（拉）入襯裝的方法由卷揚(yáng)機(jī)拉入，然后再利用氣壓水壓或高溫水的作用將變形的管線復(fù)原。施工中需具備的條件：無縫襯裝須要較高的技術(shù)水平，要精確計算內(nèi)襯PE的管的橫截面改變狀況，同時，PE管襯裝還須要對接熱熔焊機(jī)及特制的內(nèi)襯管縮徑鋼?；蚺で撃５忍厥獾脑O(shè)備。5.6管道翻襯置換法管道翻襯的內(nèi)襯材料一般是由較柔韌的聚合物、玻璃纖維布或無紡纖維等多孔材料做骨架，飽和浸漬樹脂材料而成，材料的外層一般覆蓋一層隔水膜，翻轉(zhuǎn)襯入管道后，該隔水膜成為新管道的內(nèi)層，主要起止水作用。翻轉(zhuǎn)在水壓、氣壓或卷揚(yáng)機(jī)拉力的作用下，內(nèi)襯材料反轉(zhuǎn)進(jìn)入管道的內(nèi)壁，完成后，在熱水水溫的作用下，樹脂固化，內(nèi)襯材料形成堅(jiān)硬的管道內(nèi)壁，成為管道骨架的一部分。施工中需具備的條件：管道翻襯的特點(diǎn)是施工簡潔，占地少，無須投入專用的設(shè)備，一次翻襯的長度可達(dá)幾百米，翻襯完成后，在支管、消火栓、閥門等處要挖工作坑進(jìn)行人工開孔，也可通過專用設(shè)備開口。但翻襯施工的工期較長，且由于給水管道中的水質(zhì)要求較高，用于給水管道上的內(nèi)襯骨架材料和樹脂是有限制的，應(yīng)加以慎重選擇。5.7爆（碎）管襯裝置換法該方法主要適用于原有管線為易脆管材，如灰口鑄鐵管等，且管道老化嚴(yán)峻的狀況。新管的管徑可以比原有管道管徑大，詳細(xì)施工方法是將碎管設(shè)備放入舊管中，由卷揚(yáng)機(jī)拉動沿舊管前進(jìn)，沿途由碎管設(shè)備將舊管破裂，在碎管設(shè)備后連著擴(kuò)管頭，擴(kuò)管頭的管徑比原有舊管大，負(fù)責(zé)將破裂的舊管壓入到四周的土壤中，緊跟著是內(nèi)襯管線，一般為PE管材，管徑小于擴(kuò)管頭，在卷揚(yáng)機(jī)的拉動下拖入原有管道的管位。施工設(shè)備有很多種，大致可以分為三類，一類為氣動碎管設(shè)備、一類為液壓碎管設(shè)備，一類為刀具切割碎管設(shè)備。其中刀具切割碎管設(shè)備較為常用，其結(jié)構(gòu)由半徑大于原有管道的切割圓周向的切割刀具構(gòu)成，在切割刀具后面緊接襯裝新管。另一種為液壓碎管設(shè)備，操作簡便。碎管襯裝完全擺脫了PE管內(nèi)襯時減小過水實(shí)力的缺點(diǎn)，其施工工期較短，一次安裝的長度可達(dá)幾百米，在支管、消火栓、閥門等處須要局部開挖。對于埋深較淺的管線，碎管設(shè)備的振動可能會對地面造成影響。5.8幾種鋪管非開挖技術(shù)比較比較項(xiàng)目水平定向鉆機(jī)械頂管盾構(gòu)施工管材鋼管、PVC管、PE管鋼管、鋼筋混凝土管、復(fù)合管、PE管、陶管盾構(gòu)管片管徑50—1200mm600—3000mm3000mm以上一次施工距離一般100m左右，特大型1km左右管徑＜800mm；130m左右，管徑≥800mm；1km以上500m以上適用土質(zhì)一般土、砂礫，在巖層中困難粘土，砂礫至巖層全土質(zhì)均可軟土為主機(jī)械原理先鉆進(jìn)，后擴(kuò)孔回拖前面刀盤切削土體，后方頂進(jìn)前面刀盤切削土體，頂進(jìn)機(jī)頭后設(shè)置管片占地面積較小管線兩頭需分別設(shè)置工作井和到達(dá)井大穿越對象穿路，過河(須設(shè)置管內(nèi)導(dǎo)向)穿路、過河、市區(qū)房下頂管過河、市區(qū)穿越用途電纜、通信、燃?xì)?、自來水管、排污管全部管線，包括重力流的下水、污水，雨水管線地下鐵道、隧道6國內(nèi)工程實(shí)例目前，我國有很多城市已采納了非開挖技術(shù)進(jìn)行地下管線鋪設(shè)，如北京、上海、廣州、深圳、杭州、合肥等部份省市都已經(jīng)運(yùn)用，以下為國內(nèi)部份省市實(shí)施的定向鉆鋪管實(shí)例：實(shí)例1：深圳市寶安區(qū)商業(yè)地段，天燃?xì)夤艿来┰绞致房?，長度87m，管道材料為PE管，管徑Φ315mm。施工主要機(jī)械有：D24×40a水平導(dǎo)向鉆機(jī)、MarkIII導(dǎo)向儀。實(shí)例2：河北涿州，供水輸送管道穿越三條鐵路，長度85m，管道材料為PE管，管徑Φ110mm。施工主要機(jī)械有：D16水平導(dǎo)向鉆機(jī)、RD385導(dǎo)向儀等。實(shí)例3：安徽省合肥市，通信電纜管道穿越飛機(jī)跑道，長度35m，管道材料為PE管，管徑Φ80mm。施工主要機(jī)械有：MG50鉆機(jī)、MarkIII導(dǎo)向儀等。實(shí)例4：北京豐臺區(qū)田清園小區(qū)雨污水合流管線，長171m、管道材料為PE管，管徑Φ450mm。施工主要機(jī)械有：D55×100A水平定向鉆機(jī)、ECLIPSE導(dǎo)航儀。在已實(shí)施的工程實(shí)例中，管徑從Φ50mm至Φ1200mm都有；管材有PE管、PVC管、鋼管和鑄鐵管等；穿越的有馬路、鐵路、河流、建筑、飛機(jī)跑道等；可以鋪設(shè)的管道有電力、電信、有線電視、煤氣、給水、排水等。由此可見，定向鉆進(jìn)鋪管有較大的范圍。7昆明地區(qū)的地質(zhì)地層特點(diǎn)昆明地區(qū)的地層較困難，各個區(qū)域地層改變較大，從總體上講，從東北向西南漸變，東部以硬塑粘土為主，中部以粘土、粉土和圓礫為主，西部則為軟塑淤泥為主。東北部地層為：上層為填土，厚0.5~2m，其下為粘土、粉質(zhì)粘土；中部：雜填土，厚0.50~2m，粉質(zhì)粘土、粉土、圓礫；西南部：靠近滇池的地段，地層湖積相為主，上層為雜填土，厚0.50~2m，其下為粘土、淤泥，淤泥層較厚，軟塑~流塑。此外，局部城區(qū)有基巖下伏。昆明地區(qū)地下水較非富，西面地下水位在2m左右，地層透水層較差。中部地層圓礫為透水層。五華山、園通山屬于石灰?guī)r地區(qū)。依據(jù)昆明地區(qū)的地層特點(diǎn)，大部分區(qū)域?qū)嵤┓情_挖鋪設(shè)管道是可行的。同時在昆明地區(qū)實(shí)施非開挖鋪管也存在一些問題，如水平定向鉆進(jìn)在西部流塑狀淤泥中擴(kuò)孔后簡潔縮頸，在施工時可能增加施工成本，而部份地段雜填土較松散，擴(kuò)孔后可能塌孔，須要更多的泥漿