岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法

江苏省工程建设省级工法申报材料

（2015年度）

工法名称岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法

申报单位嘉盛建设集团有限公司

推荐地区南京市住房与城乡建设委员会

申报时间2015年10月23日

目录

1、省级工法申报表

2、工法内容材料

3、企业级工法批准文件复印件;

4、工程应用证明

5、经济效益证明

6、科技查新报告复印件

7、反映工法操作要点照片

省级工法申报表

江苏省工程建设省级工法申报表

（2015年度）

工法名称岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法

类别土木工程

专业分类......

申报单位嘉盛建设集团有限公司

推荐单位南京市住房与城乡建设委员会

江苏省住房和城乡建设厅制

填写说明

1.“申报单位”栏：应为工法的主要完成单位。

2.“类别”栏：请在房屋建筑工程、土木工程、工业安装工程对

应项中划“铲。

3、“专业分类”栏:

房屋建筑工程类别包括：（1）地基与基础（2）主体结构（3）

钢结构（4）装饰与屋面（5）水电与智能（6）其他；

土木工程类别包括：（1）公路（2）铁路（3）隧道（4）桥梁（5）

堤坝与电站（6）矿山（7）其他；

工业安装工程类别包括：（1）工业设备（2）工业管道（3）电

气装置与自动化（4）其他。

如没有对应专业，请填写“其他”并注明自己认可的专业分类。

4.“申报单位”栏：填写内容应与“申报单位意见”栏中的公章一

致。

5.“通讯地址”及“联系人”：指申报单位的地址和联系人。

6、“主要完成人”栏：最多填写5人。

7、有效期超过8年申报的工法，应是其关键技术有所创新，仍

具有先进性和较高推广应用价值的工法。

8、“工法应用工程情况”栏：最少填写2项工程；如填写1项（含）

以下工程，应在申报表“工法成熟、可靠性说明”栏进行阐述。

9.工法关键技术涉及有关专利的，应在“关键技术及保密点”栏

注明专利号。

10.“工法形成企业技术标准情况”栏：该工法已形成了企业技

术标准时，填写此栏。填写的内容包含企业技术标准名称、编号和

发布时间等内容。

工法名称岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法

□房屋建筑工程

类别V土木工程专业分类其他（市政公用）

□工业安装工程

嘉盛建设集团有限公司

申报

通讯地址南京市江东中路315号6栋10楼邮编210019

单位

办：

联系人电话

手机：

主姓名工作单位职务电话

要王建军嘉盛建设集团有限公司项目经理

徐冠军嘉盛建设集团有限公司项目副经理

完

肖云国嘉盛建设集团有限公司技术负责人

成

杨东发嘉盛建设集团有限公司总工

人

工程名称1、南京市高新区浦泗路道路改造工程

工法

开竣工时间20n年4月〜2013年n月工程所在地区南京

应用2、南京市城东污水处理厂三期建设工程-佳营东路

工程名称

(C0+310〜C0+558)

工程

工法关键技术名称工法关键技术名称为:岩石破碎型泥水平衡顶

管施工

工法关键技术获科技

成果奖励的情况

工法形成企业技术标

已形成企业技术标准，编号(JS-GF-15-001)

准情况

原工法名称、完成单

位、国家级工法批准文

号及工法编号（升级版

工法填写此栏）

工法内容简述：

随着顶管施工技术大范围的推广应用，顶管工程所遇到的地质条件越来越复杂，

截至目前，岩石条件下的顶管仍有许多困境。参建的工程技术人员集思广益，对传统

泥水平衡顶管机进行了改进，改进后的泥水平衡式顶管机具备了一次、二次破碎功能,

简称破碎型泥水平衡顶管机，能够有效的适应岩石地质条件，并满足大深度、大口径

及高精度的施工要求。雨污分流顶管工程的成功穿越，充分证明岩石破碎型泥水平衡

顶管施工工法是成功的，取得了预期的社会经济效益和市场前景。

1、工法有如下特点：

⑴、工法先进：在既有泥水平衡顶管机的掘进刀盘上加装滚刀，实现破岩功能，

进行一次破碎；土仓内采用独特的圆锥形剪切破碎装置作为二次破碎，二次破碎成能

被输送的粒径；另外在顶管机机头内设置预留排障人孔。

⑵、环境污染小：由于大部分的施工工具处于地下，噪声小、震动小，排除的泥

浆自动循环，统一排放，对周围环境污染较小。

⑶、稳定性好和安全度高：信息化施工，电脑监控仪表的各项数据，科学化管理,

连续监测，及时纠偏，精度高，稳定性好；采用人工安装管节，机械顶进，做到管内

无人化操作，安全隐患少，安全度高。

⑷、适用性强：使用范围广，适用于土层、砂层、砂砾石层、岩层等多种土质；

顶进施工中遇到各种障碍物，如孤石，直径较大的砾石，混凝土块等。

⑸、自动化与机械化程度高：供水、供电实行自行供给，每台班只需8人。管路

自动化排泥，可以连续出土，效率高，速度快，管内干净，适合长距离顶管，改良了

工作环境，减轻了劳动强度。

⑹、功效高、造价低：每台班顶进2-2.5m,与其他传统方法相比，节省造价约

30%—40%,缩短工期50%〜70%左右。

3、该工法在多个项目上应用，有如下效益：

与国内外常用的爆破法、静态爆破法、液压式岩石分裂机法、取芯法等方法比，

通过对传统泥水平衡顶管机进行改进，从而实现一次破碎、二次破碎及排浆等方面的

功能，能够有效的适应岩石地质条件，其城市施工可操作性强、环境污染小、适用性

强、稳定性好、安全度以及自动化、机械化水平高。

关键技术及保密点（如有专利权，请注名专利号）：

工法关键技术名称为：岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法

本工法的主要特点为：

⑴、工法先进：在既有泥水平衡顶管机的掘进刀盘上加装滚刀，实现破岩功能，

进行一次破碎；土仓内采用独特的圆锥形剪切破碎装置作为二次破碎，二次破碎成能

被输送的粒径；另外在顶管机机头内设置预留排障人孔。

⑵、环境污染小：由于大部分的施工工具处于地下，噪声小、震动小，排除的泥

浆自动循环，统一排放，对周围环境污染较小。

⑶、稳定性好和安全度高：信息化施工，电脑监控仪表的各项数据，科学化管理,

连续监测，及时纠偏，精度高，稳定性好；采用人工安装管节，机械顶进，做到管内

无人化操作，安全隐患少，安全度高。

⑷、适用性强：使用范围广，适用于土层、砂层、砂砾石层、岩层等多种土质；

顶进施工中遇到各种障碍物，如孤石，直径较大的砾石，混凝土块等。

⑸、自动化与机械化程度高：供水、供电实行自行供给，每台班只需8人。管路

自动化排泥，可以连续出土，效率高，速度快，管内干净，适合长距离顶管，改良了

工作环境，减轻了劳动强度。

技术水平和技术难度（与国内外同类技术水平比较）：

与国内外常用的爆破法、静态爆破法、液压式岩石分裂机法、取芯法等方法比，

通过对传统泥水平衡顶管机进行改进，从而实现一次破碎、二次破碎及排浆等方面的

功能，能够有效的适应岩石地质条件，其城市施工可操作性强、环境污染小、适用性

强、稳定性好、安全度以及自动化、机械化水平高。同时与其他传统方法相比，其功

效高、造价低，能够节省造价约30婷40%,缩短工期50%左右。

工法成熟、可靠性说明（当该工法应用工程少于2项时填写）:

工法应用情况及应用前景：

本工法在南京市高新区浦泗路道路改造工程、南京市城东污水处理

厂三期建设工程-佳营东路（C0+310〜C0+558）等两个工程中应用，施工

可操作性强、环境污染小、适用性强、稳定性好、安全度以及自动化、

机械化水平高，至今管道运行良好。

工程在保证质量、安全的前提下，提高工效，节约劳动力，从而可

以提前竣工，工程提前投入使用还将产生巨大的经济效益和社会效益。

经济效益和社会效益（包括节能和环保效益）：

与国内外常用的爆破法、静态爆破法、液压式岩石分裂机法、取芯

法等方法比，通过对传统泥水平衡顶管机进行改进，从而实现一次破碎、

二次破碎及排浆等方面的功能，能够有效的适应岩石地质条件，其城市

施工可操作性强、环境污染小、适用性强、稳定性好、安全度以及自动

化、机械化水平高。同时与其他传统方法相比，其功效高、造价低，能

够节省造价约20%〜30%,缩短工期30%〜50%。

申报单位意见:

申报单位公章

年月日

省辖市建设行政主管部门推荐意见:

（如工法应用工程实例少于2项，对该工法关键技术可靠、成熟

性补充意见如下：）

（公章）

年月日

工法内容材料

岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法

嘉盛建设集团有限公司

王建军徐冠军肖云国杨东发

1.前言

顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法；最早于1896年

美国北太平洋铁路铺设工程中应用，已有百年历史；20世纪60年代在世界各国

推广应用；近20年，日本研究开发土压平衡、水压平衡顶管机等先进顶管机头

和工法。

随着顶管施工技术的大范围的推广应用，顶管工程所遇到的地质条件越来越

复杂，但截至目前，岩石条件下的顶管仍有许多困境。目前，国内外常用的方法有:

爆破法、静态爆破法、液压式岩石分裂机（液压劈裂机）法、取芯法等。但在城市

施工中都存在施工效率较低、可操作性差的问题。

本工法推广工程技术人员集思广益，对传统泥水平衡顶管机进行了改进。改

进后的泥水平衡式顶管机对岩石具备了一次、二次破碎功能，简称岩石破碎型泥

水平衡顶管机，能够有效的适应南京地区岩石地质条件。现将此工法内容简述如

下：

2.工法特点

2.1工法先进：在既有泥水平衡顶管机的掘进刀盘上加装滚刀，实现破岩功能，

进行一次破碎；土仓内采用独特的圆锥形剪切破碎装置作为二次破碎，二次破碎

成能被输送的粒径；另外在顶管机机头内设置预留排障人孔。

2.2环境污染小：由于大部分的施工工具处于地下，噪声小、震动小，排除的泥

浆自动循环，统一排放，对周围环境污染较小。

2.3稳定性好和安全度高：信息化施工，电脑监控仪表的各项数据，科学化管理，

连续监测，及时纠偏，精度高，稳定性好；采用人工安装管节，机械顶进，做到

管内无人化操作，安全隐患少，安全度高。

2.4适用性强：使用范围广，适用于土层、砂层、砂砾石层、岩层等多种土质；

顶进施工中遇到各种障碍物，如孤石，直径较大的砾石，混凝土块等。

2.5自动化与机械化程度高：供水、供电实行自行供给，每台班只需8人。管路

自动化排泥，可以连续出土，效率高，速度快，管内干净，适合长距离顶管，改

良了工作环境，减轻了劳动强度。

2.6功效高、造价低:每台班顶进2-2.5m,与其他传统方法相比，节省造价约20%〜

30%,缩短工期30%〜50%左右。

3.使用范围

适用于各种砂性壤土、粘性土质、砂粘相间、砂砾石及岩石土层；含有大量

孤石、直径较大的砾石、混凝土块等复杂工况。

4.工艺原理

4.1顶管机的概述

顶管掘进机是一种管道工程专用的大型高科技综合施工设备。它集电气、液

压、测量导向、控制、材料等多科学技术于一体，具有开挖切屑土体、输送土硝、

安装管节、测量导向纠偏等功能。顶管机主要组成部分包括：壳体、刀盘、刀盘

驱动、搅拌系统、排土机构、后配置装置、电气系统和辅助设备。

4.2一次破碎原理

经工程实践认为，单把盘形滚刀破岩是以载荷由小到大逐步增加的方式进

行。在滚刀切入岩石并形成破碎岩片由以下几个过程组成：①岩石产生弹塑性变

形；②滚刀下岩石被挤压破碎；③压碎岩石被压密，形成密实核，密实核成为传

力介质，在滚刀正下方产生裂纹；④随后产生岩片的机理主要有下面两种理论：

（a）拉破坏：拉应力导致放射性裂纹，并形成碎片；（b）剪破坏：推剪力形成

剪切面，产生岩石碎片。

结合工程施工实践，研究认为，不同的破坏理论是与岩石类型、滚刀几何形

状及尺寸有相关的。剪破坏比较适合用于V形滚刀；而对于目前常使用的CCS滚

刀，则以拉剪组合模式产生岩石碎片。

刀盘旋转并压入岩石的过程中，盘形滚刀对岩石将产生挤压、剪切、拉裂的

综合作用，首先在刀刃上会产生小块破碎体，进而刀刃下的粉碎岩石被压密形成

密实核，随后密实核将滚刀压力传递给周围的岩石，并产生径向裂纹，其中一条

或多条裂纹向刀刃侧向延伸，到达自由面或相邻裂纹交汇，形成岩石碎片。

4.3二次破碎原理

对于岩石地层二次破碎至关重要，因为仅靠一破达到能被输送（泥水管路输

送）的粒径，将大大缩短刀具寿命，影响顶进速度。通过机内土仓中独特的圆锥

形剪切破碎装置作为二次剪切破碎，不仅能有效的进行破碎，且因岩石块是被机

头本体的内外圆锥轧碎，故破碎过程中顶管机不易引起机身旋转，破碎时振动很

小，对控制顶管姿态非常有利。如图（4.3.1）、（4.3.2）o

S

图4.3.1圆锥形破碎机

破碎腺理

图4.3.2二次破碎原理示意图

4.4排泥

岩石块被粉碎成2-3cm大小的细小砂砾，然后进入土仓与泥浆混合，最后通

过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面泥浆池O

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工准备—>顶进设备安装一》掘进机井内就位—>管道顶进施工—>顶

进结束。

图5-2顶管施工原理示意图

5.2操作要点

5.2.1顶进设备安装

顶管施工质量的好坏与设备安装的精确度有直接的关系。安装前，应根据

己知的控制点、标高，准确无误地测放出进出洞口的标高和顶管的轴线，并依此

测放设备和安装位置。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。

L工具管进洞：开始顶进前，必须对所有设备进行全面检查，并经过试运转

无故障后，方可开门进洞。

2.开始顶进前，先在洞口安装好止水装置，随即推进掘进机入洞。掘进机进

洞时，严格控制顶进偏差，10m以内中心偏差不得大于0.3cm,高低偏差宜抛高

0-0.3cm。

3.在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面指挥监

测中心、办公室、仓库、配电间、冷作间等。布局要合理，环境整洁、卫生，并

有专职人员进行管理。

4.现场布置采用25t汽吊，设备进场时，采用90t汽车吊车吊入工作井中就位。

5.管道顶进时，起吊设备采用采用25t汽车吊车配合下管。

6,井内布置

工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。

后座油缸连接板油缸导轨刚性顶铁顶铁环形顶铁穿墙止水

顶进设备布置图

图5.2.1顶管设备布置图

5.2.2管道顶进施工

1.出土方案

采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的岩土通过在土仓内的搅拌和泥水形成

泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。

在沉井上部设2座钢箱沉淀池。沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处

理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。

2.进、出洞方案

为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装

一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。由于顶进距离长，造

成管材表面及F型钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶

止水圈。因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水圈，当需更换外部橡胶止水法

兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。

3.顶力计算

1)、最大允许推力

顶管中推力不仅受设备的制约，而且受工作井后靠土体稳定的允许反力和管

材轴向承压力的限制，因此顶管施工中允许推力应受诸多因素中的最小允许推

力。根据工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为

油缸的总推力。

①、根据施工图设计，查得工作井设计允许承受的最大顶力为4000KN。

②、管材轴向允许推力口

Fde=0.5①22①3九4/加①5(5.2.2-1)

式中：Fde为混凝土管道允许顶力(N)；

3为混凝土材料受压强度折减系数，取0.9；

①2为偏心受压强度提高系数，取1.05；

①3为材料脆性系数，取0.85；

①5为混凝土强度标准调整系数，取0.79；

上为混凝土受压强度设计值(N/mm3根据施工图设计，管道混凝土强度为C50,

查表得23.IN/mm：如截面的边长或直径小于300mll1,则表中混凝土的强度设计

值应乘以系数0.8,取18.48N/mm2；

Ap为管道的最小有效传力面积(mm,),取1119096mm2；

加为顶力分享系数,取1.3。

综上计算所得：Ftle=8087599N^8087KN

主顶油缸选用4台2000KN级油缸，每只油缸顶力控制在1800KN以下，这可

以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力7200KN。因此，取以上因素中的最小允

许推力，即工作井承受的最大顶力4000KN作为最大允许推力。

2)、触变泥浆减阻

在长距离顶管施工中，注浆已成为减少顶进阻力的必不可少的一道工序，且

对顶力的影响极大，注浆的减阻效果使摩阻系数大幅的减少，注浆后影响摩阻系

数的主要因素是浆液材料的性质，而与土层性质和管材则关系不大。

根据以往施工经验，在管道顶进时，为了减小管道外壁的摩阻力，必须在管

道外围压注触变泥浆。触变泥浆压注力应与注入土体压基本相当或略大，而耗量

宜按管道与其周围土层之间环形间隙的1〜2倍估算。

①、触变泥浆的配比与拌制：

经施工经验，采取成品膨润土的配合比如下

膨润土：水：碱=100：614：2（重量比）。

拌制时要均匀，首先将定量的水放入拌和桶里开动拌合机徐徐投入膨润土，

拌和2-3min,再加入碱，继续搅拌7-8min,即成泥浆。制成的泥浆排入贮浆池

存12h,使膨润土、水、碱发生转换作用，形成稳定性良好，且有一定粘度的泥

浆，使用时用泵压至管道外围。为了防止泥浆离析，应间歇地对贮浆池内泥浆进

行搅拌。

②、泥浆的压注方法：

采用在顶管机压浆、管节补浆的方法，应遵循“同步注浆与补浆相结合”和

“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的原则。

对掘进机压浆要与顶进同步，以迅速在管道外围空隙形成粘成度高、稳定性

好的膨润土泥浆套。

管节补浆是在已有泥浆层的基础上改善泥浆层，补充其损失量。在管节上预

埋压浆孔，三个压浆孔与钢筋碎管圆心为120度。掘进机尾部的后续几节管节应

连续设置注浆孔，此后每隔4m通过管节上的补浆孔补浆，以保证管道外围空隙

充满触变泥浆，补浆始终要坚持从后向前补压和及时补浆的原则。对于各层土质，

特别在夹砂土层施工时根据其渗透系数充分考虑泥浆的损失，调整注浆压力和注

浆量。

③、泥浆的置换：

当每段管道顶进完成时，立即用2：1的水泥浆将泥浆置换出来，以确保管

道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水。

3）、中继间的设置

在长距离顶进过程中，当顶进阻力超过容许总顶力时，无法一次达到顶进距

离时，须设置中继间分段接力顶进。中继间由前壳体、千斤顶及后壳体组成。前

壳体与前接管连接，后壳体与后接管连接，前后壳体间为承插式连接，两者间依

靠橡胶止水带密封，防止管道外水土和浆液倒流入管道内。每只中继间安装10

个、每个顶力为30吨的千斤顶，千斤顶沿圆周均匀布置。千斤顶的行程为28厘

米，用扁铁制成的紧固件将其固定在前壳体上。钢壳体结构进行精加工，保证其

在使用过程中不发生变形。中继间壳体外径与管节外径相同，可减少土体扰动、

地面沉降和顶进阻力。当管道顶通以后，拆除千斤顶及各种辅件，外壳与管节内

壁之间的间隙用细石混凝土填充。

顶管施工中，顶管中继间的设置与顶管最大允许推力和顶进总阻力有关。

管道的顶进总阻力由掘进机的迎面阻力和管道外壁的摩阻力组成。

总阻力的理论计算：

F『NF十F(5.2.2-2)

式中：Fp一顶进总阻力(KN)；。一迎面阻力(KN)；F—摩阻力(KN)。

迎面阻力与前端面的土压力有关，应根据土压力的性质来确定其计算方法，

而且计算时还应考虑地下水的影响，通常是通过水土分算或水土合算来体现，前

者适用于砂性土，后者适用于粘性土。

本工法采用泥水平衡，出土面积等于顶进体积，土体处于弹性平衡状态，土

压力按静止土压力计算。

2

NF=JIDXP/4(5.2.2-3)

2

式中：D为管道外径(m)；P为土压力(KN/m)0

砂性土(水土分算):P=Ko[S(yihi)+YwhJ

粘性土(水土合算)：P=(Yihi)]

式中：K。为静止土压力系数，坚硬土为0.2〜0.4；硬〜可塑粘性土、粉质粘土、

砂土为0.4〜0.5；可〜软塑粘性±0.5〜0.6；软塑粘性±0.6〜0.75；流塑粘

性±0.75〜0.8；《建筑基坑工程技术规范》：静止土压力系数K。宜由试验确定；

丫，为第i层土的重度(KN/n?),当土体位于地下水位以下时，砂性土取浮重

度，粘性土取饱和重度；

人为第i层土的厚度(m)。

4.管材与接口

管材由施工单位自购，进场时按规范进行验收，不合格品予以清除，管材为

钢筋碎HI级管，碎标号不小于C50,抗渗等级不小于P8,应符合JC/T640-2010

中相关要求，管道连接采用F-B型钢套环橡胶圈防水接口。

安管前再次检查管子接口的槽口尺寸，橡胶圈和衬板的外观和质地。确认合

格后方可使用。接管时可在接口外均匀涂上抹薄层硅油等橡胶无腐蚀性的润滑材

料以减小摩阻力，承插接管时加力要均匀，应保证橡胶圈不移位，不反转，不露

出管外，顶管结束后要按设计要求对管接口进行处理，对管道进行防腐。

5.顶进施工

1）、顶管顶进操作工艺流程

形接口。安装管节前，应先安装止水胶圈，在管节端面粘贴好松木衬垫，再将管

节吊放在轨道上稳好，使管节插口端对正前管的承口中心，缓缓顶入，直至两个

管节端面密贴衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现损坏，应重新

安装，确认完好后方可布置顶铁。

3）、工作面工艺：顶进管节的方向和标高控制，主要取决于挖土操作，顶管工作

面上的挖土质量不仅影响顶进效率，更重要的是影响质量控制。因此，熟练的操

作工（机械操作手）是重要的技术力量。

4）、顶进：在顶进过程中，按要求测量和控制管道标高及中心偏差，并做好记录,

每顶进50cm必须测量一次，并严格控制前5m管道的顶进偏差，其左右及高程偏

差均不能超过0.3cm,在顶进过程中若产生偏差，应及时纠正。要把较大的偏差

作为主要突破点予以纠正。纠偏不得急于求成，应逐步进行，必须坚持“勤测量、

勤纠偏、微纠偏”的原则，可在管内安放水平尺中间设置刻度线控制。

顶进应与管外围注浆同步进行，其原则是先注浆，后顶进，随时顶进，随时

注浆，以保证管外围充满泥浆套，充分发挥减阻和支撑作用。

顶进速度一般为3-4cm/min,最大不能超过5cm/min。管道顶进到离工作井

井壁50cm时，应卸管，回程加顶铁，然后继续顶进。

5.2.3测量监控

顶管工程测量监控采用的是激光经纬仪。由于是地下作业，地下水较丰富，

易产生水雾，而且地下黑暗，能见度非常低；而激光具有穿透性和不扩散性；且

结合角度，轴线等测量放样需求，使用激光经纬仪比较合理。

1.前期测量：顶管前，应在工作井处设置管道轴线控制桩和临时水准点、工

作井护桩，以便复核顶管轴线和工作井位置是否移动。开始顶进前，准确测量掘

进机中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。

2.顶进测量：先根据管道轴线及标高安装好仪器，仪器固定安放在工作井的

后部千斤顶架子中心，仪器架子底盘用混凝土浇固，以防止松动，然后根据坡度

计算出角度，在仪器上设置好相应的角度，工具管内采用一根横尺和一把大三角

尺读数，在用水平尺确定横尺水平后，三角尺架设在横尺中心位置上，打开激光,

调节焦距，直到激光点达到最小时，读出上下，左右的原始数据，顶进过程中依

据原始读数纠偏。每顶进一节管子必须测量一到二次，要勤测量，多微调，纠偏

角度应保持在10'-20、不得大于1度。管道顶进过程中必须按要求测量和控

制管道标高及中心偏差，并作好记录。每顶进50cm必须测量一次，每节管道顶

进结束后测量管道中心的轴线和标高偏差，记录交工程师审核确认，测量仪器随

时校正，每一次交接班时必须校正仪器一次。

3.竣工测量：一段管顶完后，应立即在每节管道上选点，测量其中心位置和

管底标高。根据测量结果，绘制竣工曲线，以便进行管道质量评定。同时测量各

地段的沉降，并作好记录以确定顶管施工对周围环境的影响情况。

5.3劳动力组织

表5.3劳动力组织情况表

序号工种岗位职责数量备注

（人）

全面负责施工质量、安全、进度，贯彻5年以上类似

1施工班长1

岗位责任制，协调各岗位有序施工工程施工经验

按规程操作主机，对运行中的非正常情

2主操作手1持岗上证

况能做出应急处理。

3起重工按规程操作吊车，负责设备与管材吊装1持岗上证

按规程操作制浆机，根据要求配置好触

4制浆员1经岗位培训

变泥浆

负责机械发电、供，机器和电气系统的

5机电工1持岗上证

维护和保养

6普工负责管材安装，泥浆运输等3经岗位培训

7合计每台班需劳动力人数8

6.材料与设备

6.1材料

表6.1材料供应

序号名称要求

1管材管材为钢筋碎III级管，碎标号不小于C50,抗渗等级不小于P8

2水符合水质要求

3触变泥浆膨润土：水：碱=100：614：2（重量比）。

6.2主要机械设备

表6.2主要机械设备和性能一览表

型号额定功

序号机械、设备名称数量用途

规格率KW

1破碎型泥水平衡机①1800193.5掘进

2汽车吊25t1安装设备与管材

3汽车吊16t1安装布置

4液压泵站YZ80/31.5222提供顶力

5泥浆搅拌机JW50017.5制作触变泥浆

6压浆泵UBJ-217.5压浆

7液压注浆泵SYB-50/5015补浆

8泥浆泵2PN122排浆

9IWJ压水泵3BP-40115送水

10发电机200KW1200KW备用

6.3主要检测设备

表6.3主要检测设备和配置

型号

序号机械、设备名称数量用途

规格

1全站仪ETD-21测量放样

2激光经纬仪工1纠偏测量

3水准仪S31标高控制

4泥浆比重计NB-110测泥浆比重

7.质量保证措施

7.1规范标准

7.1.1《建筑工程施工质量验收规范》(GB50300-2001)

7.1.2《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)

7.1.3《市政排水管渠工程质量检验评定标准》(CJJ3-90)

7.1.4《给水排水构筑物工程施工及验收规范》(GB50141-2008)

7.1.5《工程建设标准强制性条文》(城市建设部分)

7.2质量控制

7.2.1预防和监控

1.密切注意顶油泵压力的变化，并做好记录，当发现压力突然上升和下降时,

立即停止顶进，待查明原因后再进行顶进。千斤顶的伸长值，不得超过临界冲程。

2.顶进要连续进行，不得长时间停歇。

3.根据土质进行挖土控制，随挖随顶，顶进时及时补浆，并注意注浆压力及

注浆量的控制。刚开始顶进出洞时就应连续注浆，不难因为初期顶力小而不注浆,

导致钢套被泥土塞满无法形成均匀的泥浆套。

4.停止顶进时，必须使挖掘碉面保持一定的压力，防止长时间停歇造成漏水

或土层泥水流失，尤其是出洞时，更应注意这个问题。

5.在掘进过程中，应注意地下水压力的变化，及时采取相应的对策，务必使

挖掘面保持稳定，同时还要注意挖掘面稳定与否，泥水的浓度和比重是否正常，

进推泥浆是否正常，防止排泥流量过小或由于粉砾含量过大而造成泥砂在管道中

沉积影响正常顶进，如遇到砂含量增高时可以适当调整泥浆比例。

6.在管道顶进过程中，如果出现管段覆土较浅时，在这些管道施工前，要根

据具体覆土厚度，计算工具管前的土压力，并在顶进过程中做相应的调整；或先

在相应位置上抛沙袋加厚土，在满足覆土要求后再施工。

7.加强对顶进速度的控制，加强监测，及时控制，纠正偏差。

纠偏是沉降产生的一大来源，又是直接影响顶力及管道竣工质量的关键操

作。纠偏操作方案是顶管机械操作手交接讨论重点。方案的依据为测量提供的机

头折角、倾斜仪基数和走趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降等等。0.5度

以上的动作纠偏须尽量避免并慎重讨论，不得已时争取在非重要地段进行并通知

地面测量。纠偏应在下管后如无折角变动应立即停顶，会同电工、机修工检查电

路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。纠偏应在下管后尽早进行，注意

观察倾斜仪读数的纠后趋势及观点滞后变化，同时，通知地面和地下压浆人员加

大同步压浆量。进入重点保护区域前，应采取各种提前措施，争取机头折角尽量

减小，严防机头大折角平推。

项目经理部编制好各单项工程施工方案，经公司总工及质量、工程、安全科等管

理科室审查批准。

7.2.2质保措施

1.施工前应根据工程地质、地下水位高、施工场地大小、交通状况等特点选

定顶管施工参数并确定顶管掘进机头的类型。

2.设备必须经过维护保养并经检验合格后方可进入施工现场。顶管设备进入

工作井安装后必须进行单机调试和联机调试程序。检查电气系统、液压系统，必

须运转正常，操作正确可靠。

3.顶管能否顺利进出洞，是顶管成败的关键工序，对进出洞措施必须重点控

制。机头出洞时，检查掘进机进出工作坑的技术措施，洞口加固措施是否有效；

洞口止水橡胶圈的厚度和宽度尺寸必须符合设计要求，安装平整牢固与机头外壳

的环缝应均匀、水密性好；在拆除洞口封门时宜采用静力方法，减少土体扰动，

同时落实缩短正面土体暴露时间。机头出洞时应放慢顶进速度，复核机头正确位

置，发现偏差及时纠正；检查在接收井内做好接引导轨和防止土体流失措施等工

作；机头到达洞口封门时严禁大力挤压。

4.对于顶管材料：钢筋碎管、钢套环、橡胶止水圈、垫衬等进入施工现场，

必须符合设计和质量标准要求，逐只进行外观检查，不合格品应做上记号，禁止

投入使用或进行退货处理。

5.在顶进过程中根据顶管设计轴线和标高，随时抽查掘进机前进姿态，并督

促操作调整以确保偏差在容许范围内。

6.按不同顶管机型特点加强施工管理，认真记录施工参数，如发现偏差，及

时监督纠正。

7.长距离顶管施工，应设定中继间配置方案，对中继间配置、设置位置和顶

力富裕度进行复核，以保证掘进机顺利到达接收井。在实际顶进中应根据具体土

质情况和记录的顶力值，如发现超过允许值，要采取减阻措施和设置中继间，实

行分段顶进。

8.检查触变泥浆配比、注浆压力、注浆量和注入口的设置结合实际顶力和地

面沉降情况与理论计算作比较。

9.检查管节端口张角、渗漏和爆裂情况，如有发生应采取相应措施。

10.施工中使用的衡器、量具、计量装置等应有相应技术合格证，正式使用前

应进行检验或验证并应有资质证书的检测部门检校。

11.加强工程及工程试验工作，并对全体相关人员进行工序技术交底，做到人

人心中有数，共同把住质量关。

12.严格实行技术岗位责任制，认真做好图纸复核、测量复核、技术交底、变

更设计和签认、隐蔽工程检查、分项分部单位工程的质量评定，计量支付的签证,

竣工文件编制及竣工予验等制度。在施工中，坚持一切从事实出发，用数据说话,

作好各种检测记录，使整个施工技术管理有序可控。

13.加强测量复核工作，在施工中按规范进行中线和水平测量复核，确保工程

位置及尺寸准确。

7.3检查与验收

7.3.1严格执行技术交底制度，务必使每道工序操作人员了解施工方法，要求、

质量要求。

7.3.2现场设计专职质检员1名，质检工每工种1名。

7.3.3检查验收制度：

班组自检一互检一施工员组织验收一质量员复验一监理工程师验收，层层进

行把关。

7.3.4加强工程质量检查工作，充分发挥内部质量检查工作的作用。工地配备内

部监察工程师负责进行隐蔽工程检查，工序间的自检和互检认真填写各在检查表

格，配各驻地工程师做好现场检查与签证工作。对不符合要的部位必须按驻地工

程师的要求进行修整或返工。凡规定需经工程师签认的工序必须经工程师检查批

准后方可施工下道工序，以确保工程质量优良。

7.3.5严格执行公司的质量奖罚制度。

7.3.6严格执行质量否决制度。

8.安全措施

8.1严格执行本公司所制定的各项安全规章制度，安全操作规程。建立健全安全

保证制度、上岗人员岗前需进行安全教育，使之制度化、经常化，提高全体施工

人员的安全意识。贯彻专业检查与班组自检相结合的方针。施工现场设专职安全

员1人，各工种设兼职安全员1人负责日常安全管理工作。施工中做到安全随时

检查，发现隐患及时排除，禁止违章作业。

8.2严格执行建设单位对工程现场安全的要求。

8.3施工现场应设明显安全标志，进入施工现场人员必须戴安全帽，高处作业要

佩安全带，距离地面3m以上应设有防护栏杆或挂安全网，严禁超速提升物料，

起重物下严禁站人，高处与地面联络保持畅通。

8.4编制施工组织设计时，应根据工程特点分别制订安全措施，建立健全各项规

章制度，并认真贯彻执行，落实劳动保护措施。严格按照施工组织设计和施工方

案搭设施工支架，为保证施工支架的稳固，施工中应经常检查、加固、防止发生

事故。

8.5每天坚持收听天气报告并做好记录，及早制定防风、防雨措施。

8.6机械设备的运转部位应有安全防护装置。对各种大型施工机械使用前要认真

检查，确认良好，并经试运转正常后，方可使用。一切临时设施，如承重支架扒

杆、等，进行检查验算、试运转，能保证安全才能使用。使用过程中，经常检查

维修，保持完好状态。

8.7夜间施工时，应分组安排好施工顺序，有足够的照明设施。

8.8加强运输车辆司机安全教育，禁止无证及酒后开车。在公路上行驶时必须遵

守交通规则，做到中速行驶。

8.9施工期间影响地方交通时，应按道路交通规则规定和当地交警部门要求设置

公路交通标志。限速行驶，必要时派人防护。

8.10做好安全用电。工地的电动设备、电力线必须由电工人员架设及管理，开

关应设防雨、防潮措施，并设有漏电保护器，做到经常维修，保护良好。对不符

合安全要求的电力器材及电力线路不得使用。电器设备应设接地、接零、操作人

没应持上岗证，电缆、电线必须架空。严禁非专业人员擅动电气设备，防止发生

触电事故。

8.11作好防火工作。搭设的工棚位置与易燃品库之间须符合有关规定要求，在

工棚仓库附近要设消防器材，工棚附近严禁堆放易燃性物品。

8.12加强沉降观测和基坑的巡查工程，每个井位设置4-5个沉降观测点，安排

专人对观测点定期与不定期进行观测，并对基坑周围的道路路面、构造物进行巡

视，做好记录，发现异常立即向项目部汇报，并启动应急预案.

9.环保措施

9.1工程施工前按照相关环保规定，有针对性地编制环保措施，成立对应的施工

环境卫生管理机构，严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规

和规章，加强对易燃材料、设备、废水、弃渣的控制和管理，遵守有关防火及废

弃物处理的相关规定，充分满足便民要求，随时接受相关单位的监督检查。

9.2优先采用先进的环保机械，采取设立隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许

值以下，同时尽可能避免扰民。

9.3各种废浆、废弃拌和料、弃渣要定期清理，废弃物按工程建设指定的地点和

方案进行合理堆放和处治。

9.4工程完成工后，必须按工程师规定的期限内撤离设备，同时对施工现场剩余

材料和废弃料进行清理，保证现场平整、光滑、不堵不淤。

9.5现场做到文明施工，各种材料、机具要堆码整齐、场地要平整，运输道路畅

通无阻，临时电力线架设符合要求。

9.6对投入本工程的各种施工及材料运输进行全面管理，落实安全措施，签订安

全及环保协议，做到证照齐全，服从当地公安机关和交通管理部门的统一管理和

指挥，确保安全施工运输。

9.7外运土方、材料运输车采取相应措施杜绝沿途抛、洒、滴、漏。生活区垃

圾集中堆放，定期用专用车辆运送到垃圾站

10.效益分析

10.1根据本工程岩石破碎型泥水平衡顶管工法在正常施工条件下的工料机消耗

分析测算每米综合单价为12612元/m,而常见静态爆破法综合单价为16143.36

元/m,液压式岩石分裂技法的综合单价为16647.84元/m,与之相比节省投资及降

低施工成本30%左右。

10.2完全靠自主创新改进的破碎型泥水平衡掘进机，是国内行业其他类型价格

的1/2左右，为在本省及国内推广此工法提供了物质基础。

10.3施工进度、施工效率得到很大提高，完成进度比计划提前50舞左右，提高了

综合效率，确保了工程施工质量、安全文明施工及环境保护。

10.4在国内城市基础设施建设的排水管网施工中，有较好地应用及发展前景。

11.应用实例

11.1项目概况

南京市雨污分流工程佳营东路段污水主干管工程位于江苏省南京市秦淮区，

管道需穿越沪宁高铁、宁杭高铁。该段污水管道总长约248m,采用顶管法施工,

最长顶距约120m,管材采用钢筋碎D1800IH级管。管道埋深约15m,管道所在地

层为5-2中风化粉砂岩层，天然状态下抗压强度约13.43MPa（地质勘察报告提

供）。该工程于2014年10月开工，2015年7月竣工，采用岩石破碎型泥水平衡

顶管机顶进施工，整个施工过程中，没有发生任何安全事故，施工速度及工程质

量均受到好评。该污水管道至今使用情况良好。

H.2顶管机参数：顶管机外径2180nlm，总长4200mm；刀盘切削外径2180nlm,转

矩536KN.m,转速1.7rpm,电机功率30kw-4级*3；纠偏油泵电机功率3KW-4级,

纠偏油泵最高工作压力30MPa,纠偏油缸行程50mm,纠偏角度2°,纠偏油缸最大

推力80T/台；推进速度：50-100nun/min,进排泥管通径：①100mm,顶管机装机

容量：93.5KWo

11.3在项目施工的岩石复合地层中，需要配置破岩的滚刀和切削土体的刮刀，

通过地勘报告，岩石的最大强度到达30Mpa,因此，对于破岩的滚刀以双刃为主,

单刃为辅。滚刀的布刀方式设计为单螺旋布置，最大刀间距为156mm。双刃滚刀

12把，单刃滚刀8把，小刮刀28把，边刮刀4把，小刮刀分布在开口槽两侧，

边刮刀分布在周边；为保证滚刀在磨损的情况下仍能避免切刀进行破岩，滚刀安

装高度比切刀高35mm。刀头的正面和侧面，均采用超硬质合金，且为了提高其

抗折断性，掺入稀有金属钻。刀头与母体之间采用熔接，母体表面采用双层堆熔。

11.4本次顶进的为岩石层，迎面阻力的变化是因为岩体水平应力。的大小而变

化的，如水平应力。远大于岩石的强度，出现岩爆现象，则迎面阻力即为岩体水

平应力。而产生水平推力；如水平应力。远小于岩石的强度，岩层稳定，则迎面

阻力转化为滚轮(滚刀)破岩的挤压力。

o=KoYz(11.4.1)

式中：K。为岩石的静止侧压力系数，取最大值0.43(KiWl-出口为岩石的泊松

比，查得砂岩为0.2〜0.3,K。为0.25〜0.43)；

Y为岩体的容重(KN/m3),取最大值26.5KN/m3；

z为岩体的深度(m),取最大值16m。

综上求得P=183.32KN/m?远小于岩石的强度13430KN/m2,故不会发生岩爆

现象，迎面阻力转化为滚刀破岩的挤压力，由于滚刀的受力情况比较复杂，影响

的因素较多，可由仪表盘在出洞口的瞬间读出，本次施工1=1300KN。

③、F=n*D*L*fk(11.4.2)

式中：D为管道外径(m),MX2.16m；

L为顶进距离(m),根据施工图设计，取最大值120m

fk为管道外壁与土的单位面积平均摩阻力KN/m2,采用触变泥浆减阻后，

管外壁能形成和保持稳定、连续的泥浆套时，fk可直接取3.0〜5.0KN/m2,本次

取5KN/m2o

贝UF=3.14X2.16X120X5=4069.44KN(11.4.3)

因此，总阻力E=1300+4069.44=5369.44KN

安全系数K=最大允许推力/顶进总阻力=4000/5369.44=0.74<1.2(1.2为顶

进安全系数)，需在60m处设置一组中继间，设置中继间后K=7000/5369.44=1.30

>1.2,满足要求。

企业级工法批准文件复印件

嘉盛建设集团有限公司

嘉发[2015]5号

关F卜达企业级匚法的通知

各分公司、项目部:

企业工法的推广应用，可以促进工程质量.安全文明施工

水平，提高施工效率,降低施工成本，引领企业走节能、环保

的绿色施工道路,对提高企业的技术水平和市场竞争力起到显

著的作用.

经研究决定：

岩玉破碎型泥木平衡顶管施工工法(JS-GF-15-001)

被评为2015年度企业工法.

请各分公司、项目部遵照执行.

工程应用证明

工程应用证明

南京市高新区浦泗路道路改造工程I标位于江苏省南京市浦口区高新开发

区，施工单位为嘉盛建设集团有限公司。根据工程地质勘察报告，部分污水管道

需穿越④T强风化粉砂岩、④-2中风化粉砂岩。该段污水管道总长约680m,采

用顶管法施工，最长顶距约260m,管材采用钢筋碎DlOOOin级管。管道埋深约

11.5m。该工程于2011年3月开工，2013年11月竣工，采用岩石破碎型泥水平

衡顶管机顶进施工，整个施工过程中，没有发生任何安全事故，施工速度及工程

质量均受到好评。该污水管道至今使用情况良好。

特此证明！

建设单位:

2015年7月

工程应用证明

南京市雨污分流工程佳营东路段污水主干管工程位于江苏省南京市秦淮

区，管道需穿越沪宁高铁、宁杭高铁。该段污水管道总长约248m,采用顶管法

施工，最长顶距约120m,管材采用钢筋碎D1800HI级管。管道埋深约15m,管道

所在地层为5-2中风化粉砂岩层，天然状态下抗压强度约13.43MPa（地质勘察

报告提供）。该工程于2014年10月开工，2015年7月竣工，采用岩石破碎型泥

水平衡顶管机顶进施工，整个施工过程中，没有发生任何安全事故，施工速度及

工程质量均受到好评。经检测，管道性能良好。

特此证明！

/ft

南京市市政管理处

2015年9月

■

经济效益证明

经济效益证明

嘉盛建设集团行限公司在南京市城东污水处理厂三期(铁心桥至

城东污水处理厂污水主干管佳江东路CO⑶()~C0+558H上设工程中应用

了岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法，与国内外常用的爆破法、的态

爆破法、液压式岩石分裂机法、取芯法等方法比，通过对化统泥水平

衡顶管机进行改进.从而实现一次破碎、二次破乔及抽浆等方面的功

能，能够彳『效的适应岩石地质条件，其城市施工可操作性强、环境污

染小、适用性强、稳定性好、安全度以及自动化、孔械化水平高.同

时与其他传统方法相比，其功效高、造价低，能够节省造价约30%~40%,

缩短工期50%以上.

南京市城东污水处理厂三期(铁心桥至城东污水处理厂污水主干

・管佳营东路aP31(TC0,558)建设工程顶管248m,通过此工法的应用，

提高了施工效率，节省了造价，缩短了工期，经测律，人工爆破顶进

每天出大顶进约为2m,使用岩石破碎型泥水平衡顶,管施工每天由小

顶进约为4m,共节约工期约60天：节省人工费8万元，节省机械68

万元，共计节省费用76万元。

特此证明！

经济效益证明

嘉盛建设集团有限公司在南京市高新区浦泗路道路改造工程中

应用了岩石破碎型泥水平衡顶管施工工法，与国内外常用的爆破法、

静态爆破法、液压式岩石分裂机法、取芯法等方法比，通过对传统泥

水平衡顶笆机进行改进，从而实现一次破碎、二次破碎及排浆等方面

的功能，能够有效的适应岩石地质条件，其城市施工可操作性强、环

境污染小、适用性强、稳定性好、安全度以及自动化、机械化水平高.

同时与其他传统方法相比,其功效高、造价低，能纺节省造价约

30%'10%,缩短工期50%左右。

南京市高新区浦泗路道路改造工程污水管道总长约6