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镇江宏宇机电设备有限公司

顶管施工技术及验收规范(四)管道顶进的基本要求

发表时间:2018-11-27 09:05作者:马保松

5 顶进管道

5.1 顶进管道的基本要求

5.1.1 所用管材必须满足如下基本要求:

5.1.1.1能够抵抗管道内外的侵蚀;

5.1.1.2能够承受一定的静、动荷载;

5.1.1.3能够承受管道内外部的压力;

5.1.1.4具有良好的过流性能;

5.1.1.5较低的成本。

5.1.2除了满足5.1.1中对管材的基本要求之外,顶管施工的管材还应符合以下要求:

5.1.2.1较高的轴向承载能力;

5.1.2.2紧密的配合尺寸;

5.1.2.3端部要平整、垂直;

5.1.2.4管道长度方向上应保证平直度;

5.1.2.5防水接头应设置在管道壁内,不允许突出于管道的内外壁;

5.1.2.6管道接头应具有传递轴向载荷的能力,同时在发生一定角度的偏斜时应仍具有防水能力。

5.1.3管道长度通常以2.0~3.0m为宜,有时也采用1.0~1.25m较短的管节。对于大直径的管道,一般应采用较长的管节,这样可以相对减少管接头的次数、提高施工效率。在通常情况下,采用的单根管节的长度不宜超过顶管机或微型隧道掘进机的机身长度。

5.1.4顶进管道的直径(DN/ID)系列为:25030035040045050060070080090010001100120012501300140015001600180020002100220024002500260028003000320035004000

5.1.5适合于顶管的管材类型通常包括:混凝土管道、球墨铸铁管道、石棉水泥管道、陶土管、钢管和塑料管等。

5.1.6顶进管道及其连接处应有足够的抵抗管道内外化学腐蚀和机械损伤的能力,管道的防护措施应和管道顶进工艺过程以及地层条件相适应。

5.1.7管道制造商应提供顶进管道的下列详细资料:

5.1.7.1管道的内径

5.1.7.2管道的外径

5.1.7.3管道的接头形式

5.1.7.4管道连接位置的尺寸

5.1.7.5 管道长度(平均长度)

5.1.8 管道的长度误差应符合表5.1.8中的相关规定。

管道的长度误差   5.1.8

直径D

混凝土管道

纤维-水泥管道

陶土管

/铸铁管道

玻璃钢管道

150≤D≤600

±2‰但是要少于±5mm

±1‰

±1mm

10mm;

0mm

±1‰

600D1200

±2‰但是要少于±5mm

±1‰

±1mm

10mm;

0mm

±1‰

1200≤D3000

±5‰但是要少于-10mm或+25mm

±1‰

10mm;

0mm

±1‰

3000≤D

±5‰但是要少于-10mm或+25mm



5.1.9管道端面的垂直度应满足下列要求:

5.1.9.1管道端面的垂直度定义为

图片4.png                  如图5.1.9所示的管道末端的角度。

 5.1.9.2管道端面垂直度要依据线垂直于管道轴的管壁为基准来测量。如果没有可以参照的垂直管道轴线的参考面,可以假设将管道从平面翻转动180度,然后测量出其与水平线的角度,然后除以2就是工作面的垂直度。

5.1.9.3管道端面垂直度误差应符合表5.1.9.3中的要求。

管道端面垂直度的允许误差(mm)   表5.1.9.3

直径

混凝土管道

纤维-水泥管道

陶土管

钢管

玻璃钢管道

铸铁管道

150≤D≤600

2

0.5

0.5

1.0

0.5

0.5

600D1200

3

0.5

1.0

2.0

0.5

1.0

1200≤D3000

4

0.5


3.0

0.5

2.0

3000≤D

5

5.1.10管道水平方向的偏差的最大值为0.5%的管道直径(m)。在顶进施工钢管时,最大的偏差不能超过1.5mm/m

5.1.11 管道外径的误差应满足表5.1.11中的相关要求。

管道外径的允许误差(mm)            5.1.11

直径

混凝土管道

纤维-水泥管道

陶土管

钢管

玻璃钢管道

铸铁管道

150≤D≤600

±5

±5 0

±5

±5

±5 0

±5

600D1200

±6

±5 0

±5

±6

±7 0

±5

1200≤D3000

±6

±5 0

±8

±10 0

±8

3000≤D

±12

5.1.12 管道表面凸凹度一般用管道直径的百分比表示,要求见表5.1.12所示,其最大值限制在30mm以内。

管道转向的误差允许值    5.1.12

直径

纤维-水泥管道,陶土管道,铸铁管道,钢管道,聚合物水泥管道,玻璃钢管道

加强混凝土管道,混凝土管道,钢化纤维混凝土管道

所有

1

2

5.1.13管道接头应满足下列基本要求:

5.1.13.1 密封性要求:

污水管道接头以及供水和供气管线管道接头必须满足如下密封要求:

l 能够承受管内超水压0.5bar

l 承受施工条件下所要求的管道内部气体超压;

l 管外超水压0.5bar的水渗入(对较深的地下水也必须满足要求)

对密封性能的要求,也可以根据具体的工程情况而定。供气和供水管道产品的密封性能检测应按照相关规范进行。

5.1.13.2 抗偏斜能力要求:

管道接头在最大允许偏斜的情况下必须保持良好的密封性能。

5.1.13.3 在一定的剪切力/剪切运动作用下,要求管道街头能够保持良好的密封性能。

5.1.13.4 轴向力的传递

当管道之间使用垫环来传递轴向力时,垫环的厚度Dj可由下面的公式确定。对小直径管道,可选用不易变形的材料;对于大直径管道,则可优先选用侧向伸缩较小的材料。垫环的宽度一般不能超过管壁的厚度,推荐比管壁厚度稍小。

图片5.png

5.1.14 管道接头的密封设计应满足下列要求

5.1.14.1 保证顶进施工的正常进行。

5.1.14.2 应该保证对管道导向环的充分固定。

5.1.14.3 应该采用合适的方法来避免管道的转动。

5.1.14.4 如果管道顶进完成后的压力试验导致管道泄漏,在征得客户同意的情况下,应在管道内部安装一个密封环,然后还应进行接口的防水测试。

5.1.14.5要求所采用的密封材料和管道材料没有相互的影响,并且要求得到证实。

5.1.14.6 采用橡胶圈防水接口时,应符合下列规定:

l 混凝土管节表面应光洁、平整,无砂眼、气泡,接口尺寸符合规定;

l 橡胶圈的外观和断面组织应致密、均匀,无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷;

l 安装前应保持清洁,无油污,且不得在阳光下直晒;

l 钢套环接口无疵点,焊接接缝平整,肋部与钢板平面垂直,且应按设计规定进行防腐处理;

l 木衬垫的厚度应与设计顶力相适应。

5.1.14.7 密封介质的使用还应满足表5.1.14.7中的要求。

密封介质的尺寸和安装要求     5.1.14.7

密封介质


1 粘结剂

2可压缩的橡胶

接口宽度b (mm)

最小 10 mm

接口深度t (mm)

单层

t12b/3

双层

t212b/3

t≥2b

工作面的特征

干燥(湿度<5%),除油、除尘

除油、不受湿度影响

对管道表面的突起和坑洞进行平整

5.1.15 管道和配件的包装

管道及配件的包装必须适合道路运输以及施工场地存储要求和单个移动方便的要求。对于混凝土管道的运输和存放都应该遵守相关的技术规范和要求。

5.1.16 产品出厂的标记

顶进管道和管道接头出厂时应该有如下的标记:

l 制造商的生产号码

l 生产日期

l 直径

l 测试标记,制造允许和所采用的相关标准

l 检测合格标记

5.2 常用的顶进管道尺寸

5.2.1 5.2.1给出污水管道、饮用水管道和供气管道常用的顶进管道直径。

污水管道、饮用水管道和供气管道的优选管径      5.2.1

管径/mm

污水管道

饮用水管道

供气管道

250

×

×

×

300

×

×

×

400

×

×

×

500

×

×

×

600

×

×

×

700

×

×

×

800

×

×

×

900

×

×

×

1000

×

×

×

1100

×

×

×

1200

×

×

×

1250

×

×

×

1300

×

×

×

1400

×

×

×

1500

×

×

×

1600

×

×

×

1800

×

×

×

2000

×

×

×

2100

×


×

2200

×


×

2500




2400

×



2600

×



2800

×



3000

×



3200

×



3400

×



3500

×



3600

×



3800

×



4000

×



5.3 顶进用混凝土管道

5.3.1 钢筋混凝土管是顶管中使用得最多的一种管材,且主要用于下水道中。有时需用钢管做外壳,里面再浇上钢筋混凝土,可用于超长距离顶管施工。钢筋混凝土管道按接口形式可分为:平口式(P)、企口式(Q)、双插口式(S)、钢承口式(G)四种。

5.3.2 企口管

这种管道既适合于开挖法埋管也适于采用顶管施工,直径范围从1350~2400mm,共有七种规格。成品管道的混凝土为c50,最大覆土厚度为5.5~6m,最小覆土厚度为0.7m,内水压可达75~90kPa

企口管的接口形式及尺寸和外形等各项性能指标请参阅表5.3.2

企口管的规格尺寸    5.3.2

图片6.png

图片7.png

管子公称内径

DN

管壁厚度

h

管子长度

L

企口尺寸

长度

深度

斜坡投影尺寸

L1

L2

m1

m2

S1

S2

1100

110

2000

40

30

62

36

10

7

1200

120

40

30

67

41

10

7

1350

135

40

30

75

48

10

7

1500

l50

45

35

85

50

15

10

1650

165

45

35

93

57

15

10

1800

180

45

35

100

65

15

10

2000

200

50

40

l12

68

20

15

2200

220

50

40

122

78

20

15

2400

240

50

40

l32

88

20

15

2600

260

55

45

142

93

25

20

2800

280

55

45

152

103

25

20

3000

300

60

50

l62

l13

25

20

企口管的橡胶止水圈安装在管接头部位的间隙内。橡胶止水圈的右边壁厚为1.5mm的空腔内充有少许硅油,这样在两个管子对接过程中,充有硅油的腔可以滑动到橡胶体的上方及左边,便于安装,使橡胶体不易翻转。该橡胶止水圈采用丁苯橡胶制成,像一个小写的英文字母“q”(5.3.2-1),因此又称为“q”形橡胶止水圈。

 图片9.png当顶管工程采用企口管时,须按图5.3.2-2的形状和尺寸制作垫圈,垫于管道内口处。垫圈可用多层胶合板制成,也可用木板制成。

采用企口管作为顶管用管,应注意如下问题:

l 由于管道端面的接触面积较小,还不及有效环断面的一半,虽然抗压强度高,但作用在管道端面的许用推力要比同口径的其他接口形式小许多。

l 由于采用半干性混凝土,管道的外表比较粗糙,与其他类型的管子比较,顶进阻力较大。

l 由于它的最大允许偏角仅为0.75º,而且偏角每增加0.5º,许用推力就会下降50%,所以不适用于曲线顶管。而且,即使在直线顶管中,也不允许存在较大幅度的纠偏,否则管口即有损坏的危险。

采用橡胶圈密封的企口或防水接口时,应符合下列规定:

l 粘结木衬垫时凹凸口应对中,环向间隙应均匀;

l 插入前,滑动面可涂润滑剂;插入时,外力应均匀;

l 安装后,发现橡胶圈出现位移、扭转或露出管外,应拔出重插。

5.3.3 双插口混凝土管道

双插口混凝土管道也称T型套环管接口管道,它的接口形式请参见表5.3.3。其结构形式是用一个T形钢套环把两只管子联接在一起的接口形式。接口的止水部分由安装在混凝土管与钢套环之间的齿形橡胶圈承担,为了保护管端和尽量增加管端间的接触面积,在两个管端与钢套环的筋板两侧都安装有一个衬垫。衬垫可以用多层胶合板制成,也可用8mm左右的木板制成。

T形钢套环在套入之前,必须先把齿形橡胶止水圈用粘结剂胶粘在混凝土管的槽口内,要注意的是齿形橡胶圈的方向不能安放错了,T形钢套环是顺着齿形橡胶圈的斜面滑进去的,为了使安装顺利,应在齿形橡胶圈外涂抹一层润滑剂。最普通的润滑剂就是用肥皂削成碎片所泡成的肥皂水。安装时,还应注意不能让橡胶圈被挤出,否则,接口就会漏水。

顶进工法用双插口混凝土管道规格尺寸(mm)  5.3.3

图片10.png

公称内径

DN

管壁厚度

h

管子长度

L

接口尺寸

长度

深度

L1

L2

L3

t1

t2

600

60

2000

155

87

26

9

l5

700

70

800

80

900

90

1000

100

1100

110

1200

120

160

40

12

18

1350

135

1500

150

1650

I65

1800

180

2000

200

2200

220

2400

240

2600

260

16

24

2800

280

3000

300

注:经供需双方协议,也可生产其他规格尺寸的钢筋混凝土管道。

T型套环管接口通常采用齿形橡胶圈或鹰嘴形橡胶止水圈,见图5.3.3。其展开长度应为槽口实际展开长度的85%左右。

图片11.png

 T型套环管接口的形式适用范围比较广,直径为200~3500mm之内的各种口径的混凝土管都可以用。但是,在砂性土中,这种接口就不太适用,这一点必须引起足够的认识。

采用T形钢套环橡胶圈防水接口时,应符合下列规定:

l 混凝土管节表面应光洁、平整,无砂眼、气泡,接口尺寸符合规定;

l 橡胶圈的外观和断面组织应致密、均匀,无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷;

l 安装前应保持清洁,无油污,且不得在阳光下直晒;

l 钢套环接口无疵点,焊接接缝平整,肋部与钢板平面垂直,且应按设计规定进行防腐处理;

l 木衬垫的厚度应与设计顶力相适应。

5.3.4 钢承口管接口形式

钢承口管接口形式 (见表5.3.4)是把钢套环的前面一半埋入到混凝土管中去,又称为F型管接口。为了防止钢套环与混凝土管结合面产生渗漏,在该处设了一个橡胶止水圈。该橡胶止水圈不是用普通橡胶,而是采用了遇水膨胀橡胶,该橡胶在吸收了水分以后体积会膨胀1~3倍。

钢承口管规格尺寸表   5.3.4

图片12.png

公称内径

DN

管壁厚度

h

管子长度

L

钢圈尺寸

接口尺寸

长度

厚度

长度

深度

l

t

L1

L2

L3

L4

t1

t2

t3

2000

200

2000

260

10

127

137

42

52

11

24

17

2200

220

2400

240

2600

260

2800

280

3000

300

注:1. 经供需双方协议,也可生产其他规格尺寸的钢筋混凝土管;

2. 钢圈需采取防腐措施,在有腐蚀性介质的条件下,应适当加大钢圈的厚度。

 5.3.5 钢筋混凝土管平接口

图片13.png

平接口是钢筋混凝土管最常用的接口形式,其接口的连接方法有五种,如图5.3.5

第一种是油毡垫接口(如图5.3.5a),此种接口方法简单、施工方便,主要用于无地下水的条件下。雨水管道或者穿越构筑物的套管上常采用该类型管道。油毡垫可以使顶力均匀分布于管道的端面上,在施工中管节之间要垫3~4层油毡垫,竣工后在管节之间用水泥沙浆嵌内缝。

第二种为麻辫石棉水泥接口(如图5.3.5b),这种接口可用于地下水位以下的工程,施工中有利于校正作业,竣工后的管道具有一定的抗渗性。

在使用过程中,首先将青麻编成直径为25~30mm的麻辫,并在沥青内浸透成油麻。接口时将油麻绕成圈垫于管口外缘,顶进过程中管口间的油麻被挤紧,竣工后在管口内缘的管间凹槽内填打石棉水泥。为了减轻填打石棉水泥口的劳动强度,可采用在凹槽内填抹膨胀水泥砂浆。这种接口适用于防止外渗的污水管道。

第三种为钢套环接口(如图5.3.5c),钢套环的宽度为20~30cm,外径稍小子管内径。安装时先对齐管口,将钢套环装于接口间并对中,然后用木楔固定。竣工后撤去木楔并用石棉水泥将管缝填实。此种接口刚度较大、接口质量好、不易渗漏,但成本较高且耗用钢材,故只适用于地基土壤受扰动处或穿越重要建筑物时。

第四种为麻布沥青接口(如图5.3.5d)。施工方法是:先将管口对齐,在接口处涂布热沥青,边涂边裹麻布。采用三油二麻或四油三麻均可,根据施工条件及管道要求而定。这种接口形式一般用于小口径顶管。

第五种接口为粘接口(如图5.3.5e),采用树脂型材料涂于将对口的两管节的端面上,用千斤顶推动后边管节,使管口紧贴后停止顶进,待接口处粘接剂固化后,再开始顶进。这种接口有两个不利因素,一是粘接材料价格较贵,二是用于大口径接口时对接比较困难,故一般应用于小口径管接口。

顶进施工法用钢筋混凝土平口管规格尺寸见表5.3.5

平口管规格尺寸(mm)    表5.3.5

图片14.png

公称内径DN

管子长度L

管壁厚度h

公称内径DN

管子长度L

管壁厚度h

800

2000

80

1800

2000

180

900

90

2000

200

1000

100

2200

220

1100

110

2400

240

1200

120

2600

260

1350

135

2800

280

1500

150

3000

300

1650

165



: 经供需双方协议,也可生产其他规格尺寸的钢筋混凝土管。

5.3.6 钢筋混凝土管道的许用顶力

管道断面的许用顶力是决定顶进长度的一个重要因素,管道的许用顶力取决于管材强度、顶进时的加压方式和受力面积以及顶铁与管道端面的接触状态等。

钢筋混凝土管道的强度决定于离心混凝土的强度,从理论上讲,离心混凝土强度应高于普通混凝土强度的1.25倍,但实际上我国混凝土管道的抗压强度应大于30MPa

在顶管施工中,加压面的中心即顶力作用中心应与管壁中心重合,否则在管壁上除产生压应力外,还会引起其他应力的产生,如拉应力、弯曲应力和剪应力等,容易造成管壁的破坏。

从理论上讲,管道端面和顶铁应平整接触,无间隙,而实际上由于管道制造和顶铁加工中都存在误差,不可能实现密切接触,为了补救这一不足,在施工中需在两者之间加垫层,常采用的铺垫材料有油毡、橡胶、塑料和软木板等。

混凝土管道的许用顶力通常可用公式5.3.6进行计算:

             图片16.png   公式5.3.6

式中:[Fr]——许用顶力,kN

图片17.png——管体抗压强度,kN/m2

A——加压面积,m2

S——安全系数,取S=2.5~3.0

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