人工加机械顶管施工方案.docx

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人工加机械顶管施工方案

人工加机械顶管专项施工方案

编制单位：

审批负责人：

审核人：

编制日期：

施工单位：

工程概况

珲春集中供热二期工程，本段施工供热管径为 1.2 米供热管线。

施工工艺的选择

根据施工场地的实际情况和地质情况，本工程采用人工加机械顶管施工。

施工部署

施工现场场区：

施工区域采用彩色锌瓦 2 米高全封闭围蔽，在路边设置

标志牌和反光标志，夜间设警示灯。

开挖土方随挖随运到弃土场堆放；临时

用电主干线采用 380V 三相五线制，接通工作井；坑内及管道内照明采用 12V

安全交流电源供电。

供电拟采用市电和现场发电机组相结合；在条件许可的

情况下尽量接入市电。

顶管施工措施

根据现场布置，先施工顶管工作井（拉森钢板桩施工）。

顶管采取 24 小

时不间断施工，以缩短工期。

1、顶管施工流程图：

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钢筋制安

检查顶管设

测量定位

工作井施工                  浇筑砼

工作井后背施工

顶管设备安装

备备备

测量控制及纠编注浆减阻

管内挖泥

下一节管吊装

接管

正常顶进

回收掘进

管道贯通

砌筑井体

回填

竣工验收

泥土外运

2、顶管顶力计算

顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩

擦阻力等。

（1）顶力计算（以 d1200 管顶进 40m 为例）

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顶管机头正面挤压段压力：

F1=π×D2/4×P

其中F1--顶管泥水阻力（t）

D--顶管外径（m）

P --顶管泥水最大压力（t/m2）

P 与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。

根据有关工程统计资

料和本工程的分析，估算顶管前端面压力为 20-

30t/m2，F1=π×D2/4×P＝π×1.802/4×30＝76.34T

管壁摩擦阻力：

 F2=S×L×f

其中S—顶管外周长（m）

　L—最长一段顶管长度（m）

　f—综合摩擦力系数（T/ m2）

f 与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。

根据有关工程统计资

料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数

f=1.1T/m2。

F2=S×L×f=π×1.80×40×1.1＝248.81T

管自重：

F3=B×L=1.95×40=78T

在考虑一次顶进距离为 40m 时，顶管总阻力为以上阻力之和：

F=F1+F2+F3 =403.15T

顶进的后座采用 2 个 500T 的千斤顶，采用的减阻措施，通常减少管壁摩

擦阻力的措施有：

管壁与泥土间压触变泥浆减阻（优质膨润土拌制而成），注

浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减

阻效果好时，f—综合摩擦力系数可以降低到 0.3-0.8 T/ m2 左右，将触变泥

浆的减阻作为保险系数。

（2）管材受力计算

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钢管内径 d=1200mm，防腐保温厚度 t=2000mm，外径 D=1400mm，每节管长

度 12000mm。

可承受的最大顶力为（安全系数为 4）：

F=s×5000T/

m2/4=437.5T>403.15T；满足要求。

3、顶进设备

　　顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管等。

（1）千斤顶

　　千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程采用 2 台 500t 液压千斤顶。

　　千斤顶在工作坑内的布置应与管体中心线一致，顶力合力作用点与管壁

反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时折力偶，造成顶进偏差。

根据

施工经验，采用人工挖运土方时，管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的

着力点作用在管子垂直直径的 1/4～1/5 处为宜。

（2）高压油泵

　　由电动机带动油泵工作，选用额定压力为 62MPa 的 ZB－500 注塞泵，经

分配器，控制阀进入千斤顶。

　　（3）顶铁

顶铁是传递和分散顶力的设备。

要求它能承受顶压力而不变形，并且便于

搬动。

根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和 U 形顶铁三种。

　　（4）其它设备

　　工作坑上设活动式工作平台，平台用 30 号工字钢梁，上铺 15×15cm 方木。

工作坑井口处安装一滑动平台，作为吊土使用。

工作平台上设起重架，上装

电动卷扬机。

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工作棚用彩瓦遮盖，以防雨水及阳光，便于人员在不同气候下的正常操作。

4、工作井

（1）工作坑的布置

工作坑是顶管施工的工作场所。

其位置可根据以下条件确定:

①单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；

②考虑地形和土质情况,有无可利用的原样土做后背；

③工作坑与可能穿越的管线，建筑物要有一定安全距离；

④距水、电源较近的地方；

⑤工作井不影响地面交通等。

（2）工作坑的尺寸

　　工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，

坑底长、宽尺寸可按如下公式：

底宽 W＝D＋（2.4～3.2）

式中　W──工作坑底宽度（m）；　

　　　D──被顶进管外径（m）；

底长L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5　　

式中　L──工作坑底长（m）；

　　　L1──管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，一般留 0.2 米；　　

　　　L2──每节管子长度（m）；

　 　L3──出土工作间隙，根据出土工具确定,一般为 1.0～1.5m；

　　　L4──千斤顶长度（m）

　　　L5──后背所占工作坑厚度（m）。

考虑到坑内后背采用钢板，本工程工作井为内径 4.5m×4.5m 的工作井，

（3）工作井施工

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顶管工作井场地地质条件一般，开挖工作面附近来往车辆较多，所以工

作井开挖过程中必须有可靠的挡土措施。

本工程的工作井采用拉森钢板桩施

工，当土层条件较好时，可从上到下分层开挖，并在一定高度做围檩支护。

（4）工作坑基础加固

工作坑底根据土质、管重量及地下水情况,做好基础，以防止工作坑底

下沉，导致管子顶进位置的偏差。

采用级配碎石基础，当工作坑底土质松软，

有地下水时, 应采用强度为 C25 混凝土封底,厚度为 20cm，混凝土底板漏水处

应采用灌注水泥浆。

井内设一个集水坑，平面尺寸为 50cm×50cm，深 50cm，

用砖砌筑，水泥砂浆抹面，以便收集地下水和雨水，用潜水泵将水排出地面。

（5）工作坑导轨设置

　导轨：

作用是引导管按设计的中心线和坡度顶进，保证管在顶入土之前位

置正确。

导轨安装牢固与准确与否对管子的顶进质量影响较大。

因此，安装

导轨必须符合管中心、高程和坡度的要求。

（6）接收井施工

方法同工作井（略）

管节安装

1、接口质量保证措施

（1）施工员必须督促保证施工人员在驳接管材时安装橡胶止水带，且位

置、方向正确。

（2）在驳接顶进时，要边顶边观察止水带的位置，发现偏差要及时纠正。

（3）严格按图纸及施工规范的要求操作；

2、管体材料

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每节长度为 12000mm，供热钢管。

出土与顶进

　　 工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行出土和顶

进。

　　首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高

及接口处是否符合设计要求，合格后即可进行管前端取土，凿开护壁进行进

洞施工；当管体进洞后，不要急于顶进，首先要封堵好洞口处管体外壁与土

体之间的缝隙，保证管体外壁泥水不会渗漏入工作坑，以免因出洞引起的护

壁外土体的塌方。

1、顶进施工

　　顶进利用千斤顶出，靠在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其

操作过程如下:

　　⑴安装好顶铁挤牢，管前端已掏挖一定长度后（视土质情况而定最长不

得大于 30㎝），启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管推向

一定距离。

　　⑵停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

　　⑶掏挖取土，添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

⑷卸下顶铁，下管，接下一节管。

⑸重复上一工艺流程，直至全段贯通。

2、顶管工作面排水

地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。

3、管内作业面安全措施

管内主要采用人工来掘进、纠偏、排土及顶进，考虑管内工作环境要求，

必须采取以下措施：

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⑴管内施工属于潮湿环境，管内照明必须采用安全低压照明，管内沿线

间距 10m，在管体右角上安装一盏 12V、60W 的灯泡。

⑵在顶管中，通风是一个不容忽视的问题。

因为在顶进过程中的时间比

较长，人员在管子内要消耗大量的氧气，时间长了，管内就会出现缺氧，不

仅影响作业人员的健康,而且影响测量。

因此需解决好通风问题。

由于本工程施工管道长度不大，采用鼓风式通风，选用小型风扇。

在施

工人员下井前必须先通风，并利用鸟类以及有害气体检测设备对井内气体进

行检测，确认安全后方可下井操作。

4、纠偏顶进措施

⑴顶管测量：

采用经纬仪和光学水准仪。

　　①测量次数：

开始顶第一节管子时，每顶进 20—50cm/次，正常顶进时，

每顶进 1m/次。

校正时，每顶进 50cm 即测量一次。

②中心线测量：

首先在地面用经纬仪确定顶管方向桩，然后在工作坑边

的两方向桩上挂小线，其上吊 2 个垂球到工作坑底部，在工作坑中用激光水

准仪照准两垂球，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，

说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。

　③高程测量：

在工作坑内引设水准点，停止顶进，将激光水准仪支设工

作坑同内，测量前端管底高程。

　　⑵顶进偏差的校正

顶进中发现管位偏差 10mm 左右，即应进行校正。

纠偏校正应缓缓进行，

使管子逐渐复位，不得猛纠硬调。

5、减阻润滑

触变泥浆通过制造、储存、压浆系统，从第一节管注浆孔处压入触变泥

浆，形成一定厚度（15mm 左右）的泥浆套，间距 6～8m 设一道补浆孔，使

顶管在泥浆套中向前滑行，减少摩阻力，根据压力表和流量表，计量桶控制

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注浆量，压力应控制在地下水位的 1.1—1.2 倍。

材料：

 膨润土：

烧碱：

水=1：

0.05：

4.5 配比，经试验，确保泥浆性能良

好，必要时加其他外加剂。

为使泥浆能及时将管壁空隙灌满，灌浆速度要与顶进速度相适应，注意

观察，防止跑冒，并保证泥浆达到量。

造浆后应静置 24 小时后方可使用。

6、排土和泥土外运

顶管土体在管内用人力手推车运输到工作坑，由提升设备将泥土运至地

面堆土区，然后用环保运输车运至弃土场。

7、正常顶进施工

顶进速度应根据出土情况确定，要即挖即顶，防止塌方。

顶进过程中，

若摩擦力过大时，采取边压触变泥浆边顶进，以减少管体的阻力。

顶进一节后，回缩千斤顶，拆开通风、照明等管线，吊入下一管段，校

直对中，接好接头，安装回各顶铁，接通各管线，开动油泵顶进一千斤顶行

程，回缩千斤顶，测量、加顶铁，重复顶进至一节管体后，又重复上述流程。

8、主要技术措施

为了控制好路地面沉降，使其保证在规范要求以内，主要采取了以下措

施：

（1）等体积置换：

即在管内挖掘土方的体积 Q 土完全等于顶入管子的体

积 Q 管（Q 土=Q 管），所以每次顶进都经过一定的计算，尽可能相等。

若

Q 土＞Q 管时，地面易于沉降；Q 土

（2）减少扰动：

顶管是静荷载作用于土体，然而，顶管在采取纠偏措施

时，虽然仍属静力范围，但对土体却有周期性的扰动。

因为纠偏时对土体一

侧加荷的同时，另侧又强迫卸荷，促使土体内发生应力变化，导致扰动和变