3土法掘进顶管施工工艺工法

1、土法掘进顶管施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-GS-0103-2011市政环保公司 孙刚武1 前言1.1 概况土法掘进顶管施工又名手掘式顶管施工， 是起步最早的一种顶管施工技术， 发展 至今已有 110多年的历史，在我国亦有近 60 年的发展历史，随着科学技术的发展， 由其衍生出了土压平衡顶管施工、 泥水平衡顶管施工以及气压平衡顶管施工等一系列 施工工艺。1.2 工艺原理土法掘进顶管施工是在不开挖地表的情况下， 利用液压顶进工作站从顶进工作坑 将待铺设的管道顶入，从而在顶管机之后直接铺设管道的非开挖地下管道施工技术。 在施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层，破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲

2、 击锤等。破碎下来的泥土或岩石可以通过传送带、 手推车或轨道式的运输矿车来输送。2 工艺特点土法掘进顶管法具有顶管的普遍优点， 即土方开挖少， 作业人员少，建设公害少， 文明施工程度高， 不影响交通及其上构 （建）筑物，不需拆迁， 覆土深时节省投资等， 同时具有施工操作简便，设备少，施工成本低，施工进度快等特点，而在地下障碍较 多且较大的条件下， 手掘式顶管法是首选方式， 因为这种方法排除障碍的可能性最大、 最好。3 适用范围 本工法适用于能自立的土中，如岩层、粘土、亚粘土，在采取注浆或降水的辅助 施工后，可适用于砂性土，砂砾土等。采用本工法可敷设穿越地面构（建）筑物、管径在DN800- 42

3、00mm勺给水管道、排水管道、工业地下管道等。4 主要技术标准给排水管道施工及验收规范（GB50268、顶管施工技术及验收规范（试行）（中国非开挖技术协会行业标准） 。5 施工方法在敷设管道前，先建造一个工作井。在井内顶进轴线的后方，布置一组行程较长 的千斤顶，一般每组为4只到6只，将敷设的管道放在千斤顶前面的导向轨架上， 管道的最前端是一台二段式手掘式工具管（由钢板焊接而成），工具管与管段之间需 刚性连接。千斤顶顶推时，以工具管开路，推进管段穿过坑壁上的穿墙孔，把管道压 入土中。与此同时，将管中的泥人工挖掘并运至工作井中，吊出外运。当千斤顶达到 最大行程后，全部缩回，放入顶铁，千斤顶继续前进

4、。如此不断加入顶铁，管段不断 向土中延伸，当工具管和第一节管段几乎全部顶入土中后，吊去全部顶铁，将第二 节管段吊入，接好，继续顶进，如此循环施工，直至全部顶完。管道外壁注活性膨润土润滑浆，以减少四周的摩阻力。当管道顶进阻力超过主千斤顶的顶进能力时，则采用中继接力技术，将管段分成数段，段间加入中继节，以接力方式分段克服摩阻力。管道的顶进方向与高程采用激光经纬仪进行测量监控。1.管节 2.工作井 3.龙门吊 4.后背墙 5.千斤顶 6.顶铁7.洞口止水环 8.导轨 9.中继节 10.运土小车11.工具管图1顶管施工示意图6工艺流程及操作要点 6.1施工工艺流程施工工艺流程如图2所示:图2 土法顶管

5、施工流程图6.2操作要点6.2.1 施工准备工程施工前，应根据业主提供的地勘报告确定施工工艺， 必要时应进行补充勘察； 工程施工前，应组织施工人员认真学习施工图纸、相关规范、标准，明确工程施工内 容和技术要求，对图纸中与现场不符内容联系设计人员进行补充设计或变更设计。对顶管轴线两侧各5m范围内进行地质勘察，核对地质是否与设计相符，并核对 附近是否有既有建筑物。如地质与设计不符或有不良地质（如流砂层），则要扩大勘察范围，并与设计单位联系，采取相应的措施。6.2.2工作井设备安装顶管施工质量的好坏与设备的安装精确度有直接的关系。安装前，根据已知的控制点、标高，准确无误的测放进出洞口的标高和顶管的轴

6、线，并依此测放设备的安装 位置。导轨、千斤顶支架、靠背等设备必须安放准确牢固，以保证顶管的顺利进行。 在正式顶进前对油泵、油缸、注浆设备进行试运转，确定符合性能要求后方可正式顶 进。应重点注意以下几点：1 止水橡胶板和钢压板的安装必须保证橡胶板的圆心、 钢压板的中心和顶管洞口 轴线重合；在掘进机具进洞时，应使机具对准止水橡胶板的中心均匀切入，以保证顶 管施工时泥浆和土体不从此处流入井中。2 靠背安放时必须精确测放， 保证靠背和顶管轴线垂直。 后靠背采用整体式钢后 背，直接靠在井壁上，安放时必须垂直于顶管轴线，并应将后靠背与井壁空隙用混凝 土填充密实。3 千斤顶和导轨的安装除保证其中心位置和顶管

7、轴线重合外， 还必须保证标高符 合设计要求。安放千斤顶时，顶缸轴心必须和顶管轴线平行，且顶缸的合力点在顶管 中心点以下 R/2 处。4 导轨、千斤顶支架必须保证加固牢靠， 防止顶进过程中发生位移， 影响顶力的 传递造成顶管偏差。6.2.3 工具管出洞、进洞1 顶管施工的进出洞是顶管成功与否的关键所在， 由于工具管进出洞持续时间较 长，必须有效的防止地下水的流入，避免洞口的坍塌，必要时应事先采取加固措施。2 工具头出洞前必须对所有设备进行全面检查，包括液压、电气、压浆、照明、 通讯、电机、油泵、管路等操作系统是否能正常进行工作，各种电表、压力表、换向 阀、等是否正确显示其工作状态，同时认真核对止

8、水橡胶板的安装位置是否准确，压 板安装是否牢固，然后进行联动调试，确认没有故障后，经顶管负责人检查签署意见 后方可准备出洞。3 出洞时应注意止水橡胶板压入是否均匀， 有无翻转、 破损等问题， 如有则应将 工具头拔出处理好后重新出洞。工具头进洞时，要严格控制进洞时的顶进偏差。中心 偏差不得大于50mn，高低偏差宜抛高510mm若达不到上述要求，也应拉出工具管， 作第二次进洞。顶进初始阶段的顶进质量对后续顶进的管道轴线等有重要的影响。4 顶管工具头进洞时， 在接收坑内应预先安置枕垫和滚筒。 在进洞口处， 工具管 距接收井洞口外壁还余200mm寸应拆除洞口封门，快速推进工具管进入接收井。并应 及时将

9、管节外壁和工作井、接收井预留洞的环向间隙使用快硬微膨胀水泥进行封堵。6.2.4 顶进及测量1 出洞后的 5 10m 以内的顶进，称为初始顶进，这是顶管施工成败的关键。在第一节管入土 0.5m 左右即应开始注浆，前三节管应都能注浆，使管外壁形成完整的 浆套，利于后续的顶进， 以后每隔 4 节管设一节可注浆管， 进行补浆，在初始顶进段， 尽量少使用纠偏油缸，通过工具管内挖土人员的精心操作使管道保持高低、左右的准 确性。可以说初始段成功了，顶管也就成功了一半。2 当遇到管涌、坍土及大量地下水等情况时，应果断采取措施，如降水、注浆加 固等，待处理完毕后再行顶进，绝不能图省事，遇到紧急情况就贸然顶进，导

10、致竖向 “爬坡”，甚至跑出地面的质量事故。3 在顶进的整个过程中， 均应加强测量工作， 发现误差， 采用不同的挖土量及纠 偏油缸来效正方向及高低。坚持“勤测、勤纠”的原则。纠偏角度保持在1020, 不大于 1。纠偏应逐步进行，坚持“缓纠、慢纠”的原则。4 测量仪器固定安放在工作井的后部、 千斤顶架子中心, 并在工作井内建立临时 测量系统。在管道顶进之前,从地面上引中轴线方向控制点、标高到底板、井壁上, 管道顶进开始时必须控制好工具头的走向,测量采用经纬仪测量,要注意勤测量、勤 纠偏、少纠偏的原则,保证管道偏差控制在 50mm。5 顶进过程中应根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度,速度一般控制

11、在50mm/mir左右，最大不超过 70mm/min6 顶进过程中根据顶力计算和实际顶力变化情况及时安放中继环, 坚持安放后即 使用，以减小后方千斤顶的工作负荷，减小设备磨损。7 在工具管与顶进首管之间安装拉杆螺栓，严格控制工具管在顶进施工时的旋 转，当工具管旋转超出 10转角时， 值班技术人员应及时报告顶管负责人， 由顶管负 责人会同总工程师及技术负责人共同制定出可靠的处理方案，报项目经理审批后，下 发值班技术人员进行处理。8 为有效控制地面出现沉降偏差， 工具管必须始终切进土内， 严禁超挖， 以防止 发生土体坍塌事故。6.2.5 安放管节当一节管道顶程结束， 收回千斤顶和环型垫铁后， 即可

12、在工作井内再下一根管节。 操作要点如下：1 在管节吊入工作井以前， 应首先在地面上进行质量检查， 确认合格后， 在管前 端口安放楔型橡胶圈，并在橡胶圈表面涂抹润滑剂，减小管节相接时的摩擦力。2 在企口端面安放胶合板衬垫， 衬垫采用胶粘在管端面， 以防止顶进过程中管端面局部破坏。3下管时工作坑内严禁站人，当管节距导轨小于 50c m时，操作人员方可下井准 备对口。对口时应将管节吊放在工作井内轨道上稳好，使管节插口端对正前管的承口 中心，缓缓顶入，直至两个管节端面密贴挤紧衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否 良好，如发现胶圈损坏，扭转、翻出等问题，应拔出管节重新插入，确认完好后再布 置顶铁进行下一顶

13、程。626 出土在管道内采用自制小斗车出土，在井内使用电动葫芦起吊或吊车垂直运输出土斗 车；顶管出土需在现场临时堆放，堆放时离井边最少不小于 3m堆土高度不能大于 2m围栏必须围好，土方要及时运走。不得堆土过多。627建筑物的保护措施如在顶管轴线10m范围内存在房屋及水、煤气管、电缆等地下建筑物，则要按照 实际情况采取相应的保护措施。1对于地质相对较好的粘质土、强风化砂岩等地层，一般不对建筑物进行加固处 理，在顶进通过建筑物时，顶进速度放慢，尽量减少对既有建筑物的扰动。2对于地质相对较软、自稳能力差的地层，一般要对该范围内的建筑进行加固处 理。加固处理的方式可采取地面注浆及打桩等形式。3顶管穿

14、越既有建筑物时，根据实际情况，除对建筑物进行加固处理外，还要进 行监控测量，如发现建筑物及地表有沉降现象，应立即会同监理单位、设计单位采取 必要的保护措施。7劳动力组织土法掘进顶管施工劳动力组织如表 1所示：表1 土法掘进顶管施工劳动力组织表序号工种单位数量工作内容1工长人2现场工作协调安排2油泵操作工人2操作主顶油泵车、注浆设备3起重工人2顶管吊土石方4机修工人2保持设备正常运转5测工人2测量顶进轴线及高程6焊工人1保持设备正常运转7电工人1现场供电、照明维护序号工种单位数量工作内容8普工人10工具管内挖土、土方运输、井下拼装管节、 连接各种管线、膨润土拌浆8主要机具设备手掘式顶管施工的主要

15、设备如表 2所示：表2 土法掘进顶管施工主要设备序号名称规格数量备注1两段式工具管1台视管道直径选用 2手动纠偏千斤顶4台3中继节若干F4中继油泵车2.2千瓦若干5主顶站1个6顶进油缸300t若干F根据计算顶力确定7顶进油泵1台8顶进系统1套9小型龙门吊40t1台10压缩空气站1个11通风系统1套视工作环境增加12触变泥浆供压系统1套13发电机120kw1套14激光经纬仪1台9质量控制 9.1控制标准9.1.1在管道顶进施工之前，首先要确定管道在垂直和水平方向上与设计轨迹的 允许偏差，在这一最大偏差的限制下，所铺设的管道应满足如下两方面的要求：1符合管道的既定功能要求；2产生偏差的范围内不能损

16、坏到其他的建筑和设备。9.1.2顶管施工的允许偏差必须满足表 3的要求：表3 一般情况的顶管施工的最大允许偏差（mm）项目允许偏差轴线位置DV 1500v 100D 1500v 200官道内底咼程Dv 1500+ 3040D 1500+ 40 50相邻管间错口钢管道 2钢筋混凝土管道15蠅厚且不大于 20对顶时两端错口50注：D为管道内径（mm）。对于管道直径大于 2400mm的长距离顶管施工或特殊困难地质条件下的顶管，允许偏差可以在满足管道设计的水力功能要求、使用要求和不损坏接头结构及防水性能 要求等的条件下进行适当调整，但应经业主、设计单位等的确认和批准。9.1.3 顶进施工结束后，顶进管

17、道应满足如下要求：1 顶进管道不偏移，管节不错口，管道坡度不得有倒落水。2 管道接口套环应对正管缝与管端外周，管端垫板粘接牢固、不脱落。3 管道接头密封良好， 橡胶密封圈安放位置正确。 需要时应按要求进行管道密封 检验；4 管节无裂纹、不渗水，管道内部不得有泥土、建筑垃圾等杂物。5 顶管结束后， 管节接口的内侧间隙应按设计规定处理； 设计无规定时， 可采用 石棉水泥、弹性密封膏或水泥砂浆密封，填塞物应抹平，不得突入管内。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。9.2 保证措施9.2.1严格控制设备安装精度，将水平与垂直的偏差控制在土

18、 2mm以内，保证工 具头的定位精确，为顶进质量把好第一关。9.2.2 对进场的管节进行外观质量验收， 主要针对管节外形尺寸， 特别是前三节 管节必须挑选几何尺寸较好的管节，使顶进轴线与泥浆套在顶进之初就保持良好。9.2.3 顶进过程中， 密切关注地表沉降变化， 将数据及时反馈给施工人员， 以便 采取措施，调整顶进参数，将对环境的影响减到最小程度。9.2.4 顶进过程中做好顶进记录， 绘制轴偏差图， 根据图表确定纠偏措施， 贯彻 勤测、勤纠、缓纠的纠偏原则，切忌剧烈纠偏动作。绘制顶力曲线图，将顶力控制在 管节和顶进设备额定压力范围内，严禁超出，以免发生管节爆裂等质量问题。9.2.5 严格按压浆

19、操作规程进行压浆操作，尽可能降低顶进阻力。10 安全措施10.1 主要安全风险分析10.1.1 吊装作业安全风险。10.1.2 动力、照明设备的施工用电安全。10.1.3 开挖作业面防止坍塌、涌水及有毒有害气体泄漏10.2 采取的措施10.2.1 选用的吊装设备必须满足吊装要求，起重指挥必须设专岗，严格遵守操 作规程。10.2.2 千斤顶伸缩、管节拼装等作业必须注意安全操作，并且加强监护，统一 指挥，明确指挥信号和手势，遵守操作规程。10.2.3 顶管施工时，做好洞内气体检测，及时跟进安装通风设备，以免发生有 毒气体中毒或窒息事故。10.2.4 洞内照明使用安全电压，照明设备经检查完好，不漏电，方可安装在洞 内使用。10.2.5 顶进过