顶管施工工艺方法.docx

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顶管施工工艺方法

（一）顶管施工工艺方法

1、顶管施工工艺流程

顶管的施工工艺及流程图

2、顶管设备的安装与调试

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，准确无误的测放出进出洞口的标高和顶管的轴线，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。

在正式顶进前对掘进机、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。

土压平衡顶管基坑的布置图

1、待用玻璃钢管2、顶管机具3、玻璃钢管节4、洞口止水圈5、导轨

6、环形顶铁7、主顶油缸8、主顶油泵9、全站仪10、后靠背

（1）导轨

导轨安装保证水平位置和顶管轴线重合，同时保证标高符合设计要求，导轨的前段尽量靠近洞口，并安装焊接牢固，用支撑在导轨左右两侧固定好。

安装后的导轨轴线和标高误差小于2mm；主顶油缸和后座的安装也要满足牢固的要求，其水平和垂直误差小于10mm。

在土体较软的施工段，用砖块和水泥浆砌成一个圆弧形托作为延长导轨，其导轨面与基坑导轨相一致，防止机头出洞以后产生偏低的情况。

（2）止水胶板

止水胶板的安装必须保证胶板的圆心和顶管洞口轴线重合，压紧胶板的钢环板中心也必须保证和洞口轴线重合，使工具头进洞时胶板切入均匀，保证泥浆和土体不从此处流出。

（3）后靠背

基坑导轨安装好以后就可以安装后靠背。

后靠背安装要注意使其表面与基坑导轨轴线保持垂直。

然后安装主顶油缸架，其前端必须搁在基坑导轨上，后端与后靠背保持一定距离后并用木块垫平稳固。

最后再把主顶油缸一一安装在油缸架上。

（4）操作平台

在主顶油缸架的上方搭上一个平台，安放主顶油泵、电源箱等，再接下来把油管及油泵电源接上。

（5）安装顶管机、调试

一切就绪后，把顶管机吊下基坑，尽量靠近主顶油缸处就位。

这时边接电源，边安装全站仪。

然后，进行顶管机试运转，打开主顶油缸将顶管机慢慢地往前推，当刀盘距洞口约70～80cm时停下。

（6）人员准备

<1>无论是土压顶管机还是泥水顶管机，其作业班的核心人员有三个：

一个是土建技术人员，他负责测量、记录和全面管理。

另一个是机修工，他负责机头内的操作。

再有一个就是电工，他负责主顶油泵的操作。

电工和机修工的操作岗位也可以对换，他们俩的另一个任务是负责顶管机械设备的维修、保养和故障处理。

<2>土压顶管配备的人员是：

调浆和制浆一人，基坑内出土距离较短设三人，地面上出土一人，管材准备工作一人，主要是贴垫板、整理玻璃钢管、安装止水圈等、安装注浆管、小型维修，剩下的就是起重机作业人员一人、挖机司机一人，翻斗车司机一人，总共有十二人。

<3>泥水顶管配备的人员是：

调浆和制浆一人，基坑内为二至三人，管材准备工作两人，主要是贴垫板、整理玻璃钢管、安装管材止水带、安装注浆管等，剩下的就是起重机作业人员一人，总共有八至九人。

3、顶管机具出洞

<1>顶管施工成败与进出洞口紧密相连。

为了保证顶管出洞及后续顶进的顺利进行，控制管道外部水土和注入的膨润土泥浆流入顶管工作坑，无法保证施工安全及良好有效的浆套形成。

根据我们的经验，在施工钢封门时在井壁上预埋钢板，顶管出洞前安装止水胶板，并用外夹钢板夹紧固定。

洞口止水装置必须良好。

必须做到：

<1.1>止水胶圈安装平整牢固，水密性良好；

<1.2>止水胶圈安装位置必须与管道在同一轴线。

1、预埋钢环2、压板3、橡胶圈4、安装钢环5、玻璃钢管6、井壁

洞口止水圈工作状态

<2>在工具管进洞时，严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程应为设计标高加以抛高数（其数值可根据土质情况、管径大小、工具管自身重量和顶进速度等因素设定），以抵消工具管出坑后的“磕头”而引起的误差。

出现“磕头”时应迅速调整，必要时应拉出后重新顶进，但必须抓紧时间迅速完成，以减少对正面土体的扰动。

为防止工具管出现“磕头”，可采用以下措施：

在工具管后两节管子上预埋钢板，通过螺栓将工具管与其连接起来；在预留孔处填入良性粘土，使导轨与预留孔底保持水平。

<3>在粉砂层中顶管时，洞口橡胶圈磨损厉害，我们可采用两道止水圈，内圈平时与管道不接触，只有在外圈损坏需更换时，才将内圈冲气，起到止水作用，然后更换外圈；对于渗水量较大的砾石层顶管，可将出洞口周围泥土固化，起到止水效果。

<4>工具头出洞前必须对所有设备进行全面检查，并经过试运转无故障，同时认真核对止水胶板安装位置是否准确，外夹板安装是否牢固，确认无误后才可破除洞口。

<5>出洞时注意止水胶板压入是否均匀，有无翻转、破损等问题，如有将工具头拔出处理好后重新出洞。

掘进机出洞时，要严格控制出洞时的顶进偏差。

中心偏差不得大于50mm，高低偏差宜抛高5～10mm。

若达不到上述要求，也应拉出作第二次出洞。

顶进初始阶段的质量对后续管道轴线等有重要的影响。

<6>在顶管结束后，对工作坑、接收坑预留洞的环向间隙使用快硬微膨胀水泥进行封堵，封堵在顶管结束时迅速进行。

<7>管道顶进完成后，利用管节上的注浆孔对管外壁的膨润土泥浆进行置换，待水泥浆从注浆孔流出后确认置换完毕，即封堵注浆孔并清理管道。

4、顶进与纠偏

<1>土压平衡顶管掘进机顶进操作工艺流程：

<2>管道顶进及纠偏：

<2.1>掘进机出洞后顶进的起始阶段，机头的方向主要受导轨安装方向控制，一方面要减慢主顶推进速度；另一方面要不断地调整油缸纠偏和机头纠偏。

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50mm。

在顶进过程中坚持“勤顶、勤纠”或“勤顶、勤挖、勤测、勤纠”的原则。

应在顶进中纠偏；应采用小角度逐渐纠偏；纠偏角度保持在10′～20′，不大于1°。

纠偏办法：

<2.1.1>挖土校正法（校正误差范围一般不要大于10－20mm。

多用于粘土或地下水以上的沙土中）

<2.1.2>强制校正法（偏差大于20mm时，可用圆木或方木顶在管子偏离中心一侧管壁上，另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后，利用千斤顶给管子施力，使管子得到校正）

<2.1.3>衬垫校正法（对淤泥、流沙地段的管子，因其地基承载力弱，常出现管子低头现象，这时在管底或管之一侧加木楔，将木楔作成光面或包一层铁皮，稍有些斜坡，使之慢慢恢复原状。

<2.2>注浆与顶进同步进行，其原则是先注浆，后顶进；随顶进，随注浆；以保证管外围泥浆套的形成，充分发挥减阻和支承作用。

在顶进过程中避免长时间的泥浆停注，保证顶进的全部管段形成良好的泥浆套。

<2.3>顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度，速度一般控制在35mm/min左右，最大不超过50mm/min。

<2.4>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。

<2.5>通风设施的使用根据顶进距离的延伸和管道内空气质量的变化提前安装到位，并根据距离的延伸调整通风机的开启频率，保证管道内有足够的新鲜空气。

<2.6>管道顶进到离工作井前方内壁50cm时卸载，收回油缸和垫铁安装管节，然后继续顶进。

5、管节安装

<1>当一个顶程结束收回千斤顶和环型垫铁即可在工作坑内再下一根管节。

<2>在管节吊入工作井以前，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硅油，减小管节相接时的摩擦力。

<3>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。

<4>下管时工作坑内严禁站人，当管节距导轨小于50cm时，操作人员方可下井准备管道对口。

<5>以上工作完成后再将管节吊放在工作坑内轨道上稳好，使后部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，如发现胶圈损坏，扭转、翻出等问题，拔出重新插入，确认完好后再布置顶铁进行下一顶程。

6、顶进出土

对于土压平衡顶管机，管内运土采用自制土斗车。

龙门吊垂直运输。

顶管出土需在现场临时堆放，稍加晾晒，即可运至永久堆放处。

运土量在理论上应与顶进管节占据的体积相等。

由于土的可松性及泥土处理程度的差异，实际运土量要略大于管节的体积，出土量可用下式计算（以DN1000管径为例）：

V=1.1×3.14×D²÷4×2.5=1.1×3.14×1.0²÷4×2.5=2.16m3

即DN1000单位管节（单节2.5m）出土量为2.16m3。

7、注浆减阻

顶力控制的关键是最大限度的降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是注入膨润土泥浆。

我们设想在管外壁与土层之间形成一个完整的环状泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态。

这样就可以大大地减少顶进阻力。

为达到这一目的，采取如下措施：

<1>根据地质资料，选用触变泥浆的浓度大些，能较易在管外围形成润滑浆套，触变泥浆的耗量略大于地层土体的损失量，经计算每顶进1m触变泥浆的消耗量为：

V=π/4×（1.952-1.922）×1.5=0.14m3

<2>选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试，主要指标为造浆率、失水量、静切力、动切力和动塑比。

这些指标必须满足设计要求。

<3>在管节制作时根据设计要求预埋压浆孔，设计压浆孔时在掘进机后连续放置三到四节有注浆孔的管子，不断注浆使浆套在管子外面保持的比较完整，然后再间隔两节管子放置一节有注浆孔的管子用以补浆；安装注浆管时，每个预埋压浆孔里要设置单向阀，目的是防止注浆压力不够时管外壁的浑浊的泥浆液倒流。

<4>触变泥浆的配制、搅拌、静置时间，都必须按照膨润土的特性要求执行。

<4.1>一般膨润土的配制按如下比例进行，根据实际试拌情况再行调整：

膨润土水纯碱CMC稠度

40085062.512-14

<4.2>根据地质资料，对于土层中粉粒、粉质粘土含量较高的，渗透系数适中，泥浆扩散较慢，泥浆相对密度保持在1.0～1.3之间；对于土层中的砂砾圆砾含量较高，渗透系数较高，为防止泥浆扩散较快，在泥浆中加入一定比例的粘土，还应增加粉煤灰、木屑等，泥浆的相对密度保持在1.4～1.8之间。

<4.3>泥浆的拌制要均匀。

首先将定量的水放入拌和桶内，开动拌和机徐徐投入膨润土，拌和2-3min，静置片刻，再搅拌7-8min，即成泥浆，制成的泥浆排放入贮浆池内贮存10h，使膨润土、水、碱发生置换作用，形成稳定性良好，且有一定粘度的泥浆，使用时用注浆泵通过连接注浆孔的管道注入管道外围。

<4.4>为了防止贮浆池内泥浆离析，间歇地对贮浆池内泥浆进行搅拌。

<5>泥浆的压注方法

<5.1>注浆压力的确定

PA=γWH1+γh0

h0=D［1+tg（45°-φ/2）］/2tgφ

<5.2>注浆时泥浆压注压力不宜过低，如果触变泥浆压注压力P＜PA，则管外侧压力大于注浆压力，触变泥浆无法注入到管道四周，不能形成泥浆套；如果P≥PA，太高了容易产生冒浆，泥浆流失增加，不易形成浆套；而且过高的压力作用在管子上时，会增加管子周边的正压力，使顶进时的推力增加。

因此注浆压力P保持在下列范围之内。

PA≤P≤PA+30（KPa）

<5.3>为了使触变泥浆套的压力在停注后不能过快降低，在工作井内注浆总管上设置单向阀，不使其回浆。

<5.4>泥浆的压注采用在顶管机压浆，管节、中继环等处连续补浆的方法。

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度高、稳定性好的膨润土泥浆套。

<5.5>补浆是在已有的泥浆套基础上改善泥浆套，补充其损失量。

掘进机尾部第一压浆孔后设置第一道补浆孔，此后根据设计管节上的补浆孔及时补浆，以保证管道外围空隙连续充满触变泥浆，补浆始终要坚持从后向前补压和及时补浆的原则。

在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况，还可以通过中继环和主顶装置的油压值推算出各段的注浆减阻效果，从而及时加以改进。

<6>注浆设备的选用，在顶进中，选用螺杆式注浆泵。

<7>泥浆的置换，全段管道顶进完成后，立即用1:

1水泥浆与粉煤灰的混合液置换润滑泥浆，以确保管道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水。

然后对管缝及注浆孔按照设计要求进行封堵。

8、机具进洞

<1>顶管机头进洞时，在接收坑内予先安置枕垫和滚筒。

当顶管机头接近封门时严禁挤压，拆除封门后顶入接收坑。

当管节顶进接收坑后施工技术人员应考虑顶进坑和接收坑各留出的管节长度，以：

<1.1>尽量避免敲拆玻璃钢管。

<1.2>方便接口施工。

<1.3>露出的管段应小于管长的三分之一，以使管节重心继续留在土层中。

<2>掘进机脱离管子时必须采取措施，防止管节接头中橡胶圈的松动。

9、测量监控

（1）前期测量

顶管前，先根据领桩点，利用全站仪准确测放出本工程的平面控制点及临时水准点，将每个工作坑的中心放出并设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作坑护桩，以便复核顶管轴线和工作坑位置是否移动。

在工作坑施工完成后，管道顶进开始前，准确测量掘进机中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。

在机具内，要安装倾斜仪传感器，操作者可以随时得到机头的水平状态，指导刀盘的旋转方向和纠偏。

本项目曲线顶管采用全站仪来控制。

（2）顶进测量

<1>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。

顶管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，要勤测量，多微调，纠偏角度保持在10′～20′并不得大于1°。

每节管道顶进结束时，及时测量管道中心的轴线和标高偏差，记录交工程师审核确认；每顶进完成一段顶管工程测量仪器校正一次，每一次交接班时必须校核测量一次。

<2>测量时采用全站仪，直接测出高程及轴线偏差。

通过全站仪在机具后部标尺靶盘上的投影，准确测设机具目前所在位置。

在每一顶程开始推进之前，我们必须先制定坡度计划，该坡度计划根据工作坑及接收坑的洞口实际高差进行测放，可对设计坡度线加以调整，以方便施工并最终符合设计坡度的要求和质量标准为原则。

（3）竣工测量

管道顶完后，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。

管段经过周围房屋建筑或已有管线时，在顶进过程中必须测量周围地面的沉降及管道沉降，并随时调整顶进速度及注浆压力，以确保顶管施工对周围环境的影响降低到规范允许的范围之内。

10、地面沉降监测和地下管线及构筑物影响地段的加固措施

<1>在砂性土中，挖掘面的不稳定由两方面造成的：

第一，由于地下水向挖掘面渗透产生管涌现象；第二，由于挖掘面上的应力被释放后失去平衡产生剪切应力，这种应力若大于土的抗剪强度，挖掘面就产生塌方。

在顶管施工中有针对性的克服造成土体的不稳定因素，压注触变泥浆时根据不同的土质选择不同的泥浆浓度克服地下水的外渗；调整机具顶进时的顶力及向管外壁压注泥浆的压力克服土体塌方时的抗剪强度，通过以上方法能够将地面沉降控制在规范规定的20mm以内，满足周围土体的要求。

（1）地面沉降监测

在每段顶管施工的路面上均需要求设立沉降观察点。

观察点是在管中心线及管中心线左右各5m处各设一点，路面结构层是刚性的，沉降不易反映出来，所以沉降观察点须设在路面结构层以下。

该点需设在路面结构层以下的土层中，这样三个点组成一组。

一般情况下再每隔10-15m纵向距离间可设一组沉降观察点。

当顶管机接近观测点时即可观测，并做好记录。

（2）地下管线及构筑物影响地段的加固措施

在顶管施工开始前，认真调查顶管穿越地段影响范围内的各种地下管线、建筑物基础及相关构筑物的埋深、走向、结构形式等情况，对于需要重点保护或由于沉降会引起较大破坏的管线、构筑物，必须有针对地对管线、构筑物周围的土体采取压密注浆或树根桩的形式进行加固处理，减小顶管施工引起的土体沉降，保护施工范围内的地下管线及构筑物。

在加固措施施工完毕后方可进行顶管的施工，同时在保护范围内加设沉降观测点，结合顶管的沉降观测来观察土体的沉降变化，保证被保护的地下管线及构筑物的安全。

11、钢板桩的施工

（1）钢板桩插、拔的施工要点

<1>钢板桩材料必须达到设计长度规定值，且表面平整、无起拱扭曲现象；

<2>根据设计位置插入，并保证型钢插入垂直；

<3>钢板桩运输至现场后合理堆放，防止堆放产生的变形，表面涂刷二度减摩剂，确保拔桩的顺利进行，检查井施工完成覆土回填后拔出；

<4>履带吊起吊型钢时吊点在型钢上部中心，保证型钢起吊后的垂直度；

钢板桩机械插入工艺流程图

<5>钢板桩按设计标高插入，插入前在型钢上做好标记，采用静力振动插入；

<6>钢板桩拔除在顶管施工结束、检查井砌筑完毕并回填后进行。

首先采用液压千斤顶将钢板桩顶松，并保证在千斤顶作用下提升100～200mm，然后使用振动锤利用振动方式或利用卷扬机强力起拔将钢板桩拔出；