顶管施工工艺

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1、浙江华业电力工程股份有限公司企业标准Enterprise Standard for zhejiang Huaye Power Engineering Co.,ltd HYDBP318-2004HYPE压力管道顶管施工工艺导则20040401 实施20040401 发布浙江华业电力工程股份有限公司发布本标准主要起草人：张潮本标准审核人： 朱文杰、王新宇、刘浩本标准批准人： 沈银根本标准自 2004 年04 月 01 日发布，自发布日起在全公司范围内试行 本标准由公司工程部负责解释。压力管道顶管施工工艺导则1 范围本程序适用于各种工业管道、各种公用管道和各种长输管道的穿跨越工程中的顶管作业。2 顶

2、管适用范围顶管施工的适用范围很大，遇到下列情况时可采用：2.1 管道穿越铁路、公路、河流或建筑物时；2.2 街道狭窄，两侧建筑物多时；2.3 在市区交通量大的街道施工，又不能断绝交通或严重影响交通时；2.4 现场条件复杂，上下交叉作业，相互干扰，易发生危险时；2.5 管道覆土较深，开槽土方量大，并需要支撑时；2.6 河道以下施工，采用隧道方式施工不经济或技术上有困难。3 顶管方法分类3.1 按工作面土质稳定性可分为开放式顶管和密闭式顶管，密闭式顶管又分为气压式、泥 水加压式、土压平衡式。3.2 按管前挖土方式可分为普通顶管、机械化顶管（包括螺旋钻进式和全面切削式）、半 机械化顶管、水射顶管、挤

3、压顶管。3.3 按千斤顶装置的部位可分为后方顶进式、前方牵引式、盾头顶进式、中继间接力式。3.4 按人能否入管内操作可分为大口径顶管和小口径顶管，小口径顶管又包括挤压式、牵 引挤压法、爆破成型法、扩孔法、气动冲击法、真空振动法、水力冲孔法、水平钻进法。4 顶管工作坑及附属设施4.1 顶管施工的工作坑是顶管施工时在现场设置的临时性设施。工作坑是一个竖井，顶进 过程中，顶管的管节不断被吊到工作坑内安装顶进，管内土方陆续从坑下提升到地面上运 走。竣工后在其地点修建检查井或阀门井。4.2 工作坑附属设施包括接口操作井、集水井、工作棚、工作台、测量基准点、后背、导 轨和基础等。5 顶管施工工艺设计5.1

4、 千斤机顶的顶力计算的理论公式为：Rf=Kf（2P +2P +P ）+Pv H B A式中 Rf计算顶力（千牛）；P 管顶上的垂直土压力（千牛）；vP 管侧的土压力（千牛）；HP 全部欲顶进的管段重量（千牛）；BP 管端部的贯入阻力（千牛）；AK安全系数。5.2 顶进钢筋混凝土管时，顶力计算的经验方式：Rf=n.G.L （千牛）式中 n土质系数；G 管节单位长度重量（千牛 / 米）；L 顶进管段长度（米）。5.3 后背的设计计算：Rc二Kr.B.H.（h+H/2） Y .Kp（千牛）式中 Rc后背土的承载能力（千牛）；B后背墙的宽度（米）；H后背墙的高度（米）；h后背墙顶至地面的高度（米）；Y

5、 土的容量（千牛/米 3）；Kp被动土压力系数；Kr后背的土抗力系数。5.4 顶进设备顶管施工采用的液压千斤顶大多为手动泵驱动和电泵驱动。 顶铁一般由型钢焊成，强度和刚度应经过核算。刃脚装于首节管端部，由外壳、内环和肋板组成。外壳以内环为界分成两部分，前面 为遮板，后面为尾板。刃脚外壳套于顶进管外部，外伸长度取决于土质。遮板端部呈2030角，尾板长度1520cm。用肋板增加其刚度，多数肋板按中心角10 15。位置作放 射形设置。6 普通顶管法的实施（见图 1 ）6.1 普通顶管法的适用范围和工艺流程普通顶管法一般用于顶入的管节内径不小于 800mm 的钢筋混凝土管和钢管。顶进长度 一般不超过6

6、0m。施工的坐标误差一般可达到lcm以内。但当管径大于1800mm时，工作面 土壁可能会出现稳定性问题，尤其是土质松散或遇到地下水时。普通顶管法的工艺流程：6.2 顶进前的准备工作6.2.1 安装管节管节安装下管前应先进行外观检查，包括管端面的平直度，管壁表面的光洁度，端面 上有无纵向裂缝等。对马蹄形端面、裂缝超长或管壁粗糙者不应使用。检查合格的管子用 卷扬机或龙门吊吊到顶管的工作坑的导轨上，准备连接顶进。6.2.2 管道接口管节稳好后，在管内侧两管节对口的地方用钢涨将两节管子连接起来，使接口处于刚 性连接，避免在顶进中受力产生错口，保证顶进过程中管节高程和方向的准确度。钢浇圈 固定管口的方式

7、如图2 。钢涨圈是用68mm的钢板卷焊而成圆环，宽度300mm。涨圈环外径小于管节内径 304Omm。接口时将钢涨圈放在两个管节的中间，并打入木楔。操作时，先用一组小方木 插入钢涨圈放在两个管节的中间，并打入木楔。操作时，先用一组小方木插入钢涨圈上部 与管壁的空隙内，将钢涨圈固定。然后两个木楔为一组，方向相反、交错地打入缝隙内， 将钢涨圈牢固地固定在接口处。对于钢筋混凝土管，为了接口填封，应在管节口间预先留出空隙，称预留空隙。平口 钢筋混凝土管使用直径 3035mm 的麻辫，放在管缝的外缘周围，借以留出空隙，如图2 所 示。顶管竣工后将钢圈拆除，再往管缝内填打石棉水泥。麻辫除有隔缝的作用外，在

8、顶管 过程中，尚能发挥均布顶力和保护管节的作用。6.2.3 挖土顶进管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作。工作面上挖土不但影响顶进效 率，更重要的是影响质量控制。对工作面挖土操作的主要要求是：6.3 必须在规定的范围内开挖，不得超挖；特别是管底土基弧度 120135范围内，一 定要保持管壁与土基表面吻合；6.4 不得扰动管底下部的地基土；6.5 挖出的土要及时外运；6.6 开挖后要及时顶进，及时测量，可使顶力限制在较小的范围内。6.6.1 运土从工作面挖下来的土，通过管内水平运输和工作坑的垂直提升运至地面。运土量的计算：V=l/4. n D1 . n(m3)2式中 V单位管节长出土量(m

9、3)； D1管节外径(m)； n可松性系数。管内水平运输：管径大于800mm可用如图3所示的四轮车运土；管径大于1500mm，可 采用双轮手推车运土。7 水下顶管水下顶管由于管顶上受到土压及水压，为保证施工安全，在工作面上不采用一般的人 工挖掘方法，而是利用靠近河流水源丰富的优越条件，采用压力水射流破碎土层(仅限于 钢管)。由于河床与管顶之间的间隙较小，有可能产生管顶坍方使河水灌入管内。为了防止倒 港口事故，采用的工具管应与一般用的开口式工具不同，需要一个特制的机头，并在前端 面装设密封门。操作人员在管内操作，与工作面完全隔绝，保证施工过程中操作人员安全。水下顶管的机头工具管由土方破碎室、操作

10、室及校正室组成。在土方破碎室与操作室 之间设有密封门，将两室分开，以防止泥水流入。在土方破碎室装有照明设备，工作面需 要挖土时，通知地面上的水泵供水，操作室内的操作人员掌握水枪，并不断转动水枪，使 它以不同的角度切土。为了避免土块堵塞格栅，设有冲刷喷头，不断清除栅前积土，以保 证泥水畅通。校正室是调整机头方向的操作间，内部设有校正千斤顶，以及时校正管子前进中的高 程和中心的偏差。小口径水射顶管的管径一般适用于50500mm的钢管，穿越的距离一般不超过40m。穿 越的土层最好是粘性土，并且不宜穿越重要的建（构）筑物。图 4 为小口径水力机械法顶 进的示意图，其主要设备有：供水泵、排泥泵、顶进设备

11、、喷嘴、导向架。8 铁路下严格控制地面变形的顶管不论是铁路系统内部的施工单位，或是外部的施工单位，在铁路顶管工程施工之前， 均必须报请铁路主管部门审查批准后才能开始施工，为安全原因通常采取的措施有：8.1 规定低速行驶，减少冲击和颠簸；8.2 建立多班制，连续工作，缩短施工周期；8.3 架设临时铁路桥或装设轨束，减少对下部土体的压力；8.4 在地基土中注入各种增强剂，使土层趋于稳定；8.5 顶进时注入膨润土悬浮液， 减少上部土体的沉降量；8.6 在工作面上采用人工挖土，减少超挖；8.7 设置固定监测装置，加强监督，经常观测土层的沉降量；8.8 经常检查路轨是否有偏移和不均匀沉降；8.9 准备铁

12、路抢修施工力量，一旦出现异常及时抢修；8.10 设置必要的安全装置和信号装置；8.11 顶管超挖形成的缝隙立即加以回填捣固；8.12 设立专用电话或无线电与邻近的车站保持正常的通讯联系；8.13 顶管结束后，直至沉降完全停止之前不断地对铁路进行铺垫和校正。具体采取上述哪些措施，取决于铁路的路基情况、地下水位的高低、顶进管的外径和 覆土高度与管外径之比以及挖土方式等。9 顶管工程的测量监督及误差校正9.1 顶管施工时，为了使管道按照规定的方向前进，在顶进过程中必须不断观测管节前进 的轨迹，当发现偏离设计位置时，就要及时地进行校正。因此要求顶管自始至终都要在测 量工作的严格控制之下。测量工作大致分

13、为四个方面：9.1.1 顶进前的准备阶段测量包括工作坑的方位、高程，标定管道中心线，设立临时水准点等。开始顶进的第一节 管测量工作非常重要， 第一节管顶得好，位置正确，以后的管子才能顶好。9.1.2 顶进过程中的测量主要是对工具管和首节管进行测量，此种测量观测频繁，正常顶进时每顶进 3040cm 就应测量一次，顶进第一节管时，测量的顶进间隔距离更要小些。除对工具管和首节管频 繁测量外，每顶进 4060cm 还需对整个顶进管进行复测，主要是检查中间管节有无下沉现 象。9.1.3 工程竣工测量 一般是每节管都应测量，根据测量结果绘出竣工图。9.1.4 地面观察测量观察地面有无沉陷和隆起。开始顶进前

14、，要选好基线（即管道设计的中心线）和基点 （即临时水准点）。基线和基点一定要设置牢靠，在整个施工过程中不能发生移动，特别 是基线若方向稍有移动则可能形成很大的误差。基线设置好后，就以此基线为准测量顶管 的中心。中线的测量方法可根顶距的长短、精度要求的高底而不同。常用的方法有：三点 移线法、经纬仪测量、连通管测量法、激光测量。9.2 顶管工程产生误差的原因很多，主要有：9.2.1 质构造的变化，基础土层软硬悬殊；9.2.2 顶进千斤顶用力不均；9.2.3 导轨移位，工作坑基础沉陷；9.2.4 局部障碍物偏向施力；9.2.5 挖土操作时开挖的尺寸不合适；9.2.6 顶进管节的端面不平行。9.3 顶

15、管误差校正是逐步进行的过程，一旦形成误差不易立即将已顶好的管进行校正，而 是逐步由误差调整到正确，常用的校正方法有：9.3.1 挖土校正法：采用在不同部位增减挖土量的办法，以达到校正的目的。校正误差范 围一般不大于1020mm。该法多用于粘土或地下水位以上的砂土中。9.3.2 强制校正法：当偏差大于 20mm 时，用挖土法已不易校正，可用圆木或方木顶在管 子偏离中心的一侧管壁上，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。9.3.3 衬垫校正法：对淤泥、流砂地段的管子，因其地基承载力弱，常出现管子低头现象， 这时要在用顶木校正法的同时，在管底下部衬垫砂石、木板等物，以加强地在的承载力。