城市地下综合管廊建设之顶管施标准工法全解析.docx

城市地下综合管廊建设之顶管施工法全解析
顶管施工
顶管施工就是非开挖施工方法，是一个不开挖或少开挖管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生顶力，克服管道和周围土壤摩擦力，将管道按设计坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层以后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。
它技术关键点在于纠正管子在地下延伸偏差。尤其适适用于大中型管径非开挖铺设。含有经济、高效，保护环境综合功效。
这种技术优点是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不破坏环境；不影响管道段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。
该技术在中国沿海经济发达地域广泛用于城市地下给排水管道、天燃气石油管道、通讯电缆等多种管道非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采取该技术施工，能节省一大笔征地拆迁费用、降低对环境污染和道路堵塞，含有显著经济效益和社会效益。
常见4种顶管施工技术
1、刃口推进工法

2、泥水推进工法

3、土压式推进工法

·经过向切削仓内注入一定百分比混合材料，使得充满泥仓泥土混合体平衡正面土压和地下水压力。
·无需泥浆泵等后部配套装置，整机造价低廉。
·无需泥浆处理，施工成本低。
4、泥浓式推进工法

能够不加破碎排出孔径约为顶管机直径1/3砾石
·采取了二次注浆方法，大大降低了磨阻力，适合长距离顶进

多种顶管机型优缺点
1.敞开式掘进机
当顶进管道轴线周围可能存在大石块，桩基等不明障碍物时，可采取排障方便、成本低廉敞开式掘进机。地下水位较高话可采取井点降水等辅助施工方法。另外，对于含水量较少而且N值大于18黄土和强风化岩，也可采取敞开式掘进机顶进。敞开式掘进机在类似于农田对地面沉降要求不严格情况下也可采取。
缺点：顶速慢、碰到流沙土层难以控制出土量。

2.多刀盘土压平衡式顶管机
多刀盘土压平衡顶管掘进机把通常全断面切削刀盘改成四个独立切削搅拌刀盘，尤其适适用于软粘土层顶管。
优势：
1.在泥土仓中注入些粘土，能用于砂层顶管。
2.因为此机采取了优异土压平衡原理，所以，采取此机进行顶管施工后，对地面及地下建筑物、结构物、埋设物影响较小。
3.能够安全地穿越公路、铁路、河川、房屋和多种地下公用管线。其最小复土深度能够相当于一倍管外径左右。
4.从无数施工实例证实，用此机进行顶管施工作业，不仅安全、可靠，而且施工进度快、效率高。
5.和单刀盘土压平衡掘进机相比，此机含有价格低廉、结构紧凑、操作轻易、维修方便和质量轻等特点。
6.排出土能够是含水量极少干土或含水量较多泥浆。
7.和泥水式顶管施工相比，最大特点是排出土或泥浆通常全部不需要再进行泥水分离等二次处理。施工占地小，对周围环境污染也极少。
8.和手掘式及其它形式顶管施工相比较，又含有适应土质范围广和不需要采取任何其它辅助施工手段优点。如采取输土泵方法出土，顶进效率也很高，平均二十四小时可顶进15-20米。
缺点：因为不是全断面切削，切削不到部分只能经过挤压进入机头，所以迎面顶力较大，只适合于软土地质情况下施。
3.单刀盘土压平衡顶管掘进机
对于地质为黄土情况下可采取单刀盘土压平衡式掘进机。
优点：
1．适用土质范围很广。它能够适适用于N值为0淤泥，也可适适用于N值为50砂砾及卵石层，几乎是一个全土质顶管掘进机，是其它机型所无法比拟。
2．施工后地面沉降小。
3．弃土处理比较简单。
4．可在复土层仅为管外径0.8倍浅土层中施工。
5．有完善土体改良系统和含有良好土体改良功效。
6．开口率达100％，土压力更切合实际。
4.刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机
穿越建筑物、结构物、埋设物等对地面沉降要求很小情况可采取。此种机头刀盘是一个直径比掘进机前壳体略小含有一定刚度圆盘。圆盘中还嵌有切削刀和刀架。刀盘和切削刀架之间能够同时伸缩，也能够单独伸缩。而且，不管刀盘停在哪一个位置上，切削刀架全部能够把刀盘进泥口关闭。刀盘加压装置是安装在主轴中油缸，刀架伸缩油缸则安装在刀盘加压装置上方。
工作原理以下：刀盘前土压力过小时，它就往前伸；刀盘前土压力过大时，它就往后退。刀盘前伸时，应减小进泥口开度并加紧推进速度；刀盘后退时，应加大进泥口开度并降低顶速。这么，就可使刀盘前土压力控制在设定范围内。使用此种掘进机地面隆沉极小，优异操作人员可使地面隆沉控制在10mm以内。因为采取了泥水作为运输介质，在顶进过程中无需停顿出泥，所以它顶速也很快，二十四小时可顶进20-30米。缺点也很显著：因为进泥口开度限制，在含有直径大于6cm砾石土层中无法施工。
5.偏心破碎泥水平衡掘进机
对于地质为强风化岩情况下可采取。此机种和一般泥水掘进机最大不一样点是其头部。
特点:
1.壳体内泥土仓是一个前面大、后面小喇叭口，喇叭口内壁是用耐磨焊条堆焊一圈环形焊缝。安装在壳体泥土仓内是一个前面小、后面大锥体，锥上也堆有一环环形焊缝。切削刀呈辐条形焊接在该锥体上，且略微向前倾斜。刀盘正面焊有坚固而且耐磨切削刀头，全部这些组成一个刀盘。
2.在掘进机工作时，刀盘一边旋转切削土砂同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎石块只有比泥土仓和泥水仓联接间隙小才能进入掘进机泥水仓，然后从排泥管中被排出。另外，因为刀盘运动过程中，泥水仓和泥土仓中间隙也不停由最小变到最大这么循环改变着，所以，它除了有轧碎小块石头功效以外还一直能确保进水泵泥水能经过此间隙抵达泥土仓中，从而确保了掘进机不仅在砂土中，即使在黏土中也能正常工作。通常情况下，刀盘每分钟能旋转4--5转，每当刀盘旋转一圈时，偏心轧碎动作达20-23次。
3.因为此机型有以上这些特殊结构，所以它破碎能力是全部含有破碎功效掘进机中最大，破碎最大粒径可达掘进机直径40%--45%之间，破碎卵石强度可达200Mpa。此机型第一个特点就是它几乎是全土质掘进机。它能够在N值从0--15黏土，N值1--50砂土和N值10--50砾石层等全部土质中使用，而且推进速度不会有太大改变。它第二个特点是破碎粒径大，可达掘进机直径40%--45%之间。它第三个特点是施工精度高，施工后偏差极小。
4.因为有偏心运动，进土间隙又比较小，即使用清水作为进水，也能保持挖掘面稳定。它第五个特点是能够进行长距离顶进，也可用于曲率半径比较小曲线顶进。它第六个特点是施工速度快，每分钟可进尺100mm--180mm之间。它第七个特点是结构紧凑、维修保养简单、操作方便。不管在工作坑中安装还是在接收井中拆除全部很方便。
6.岩盘顶管机
中风化岩和弱风化岩条件下假如地下水含量较高就只能采取岩盘顶管机。该机型刀头类似于牙轮钻，能够在岩石中顶进，也是一个全土质机型，但该机种造价很高。
顶管施工过程中可能碰到安全风险
顶管施工是在管道沿线按设计方案设置工作井和接收井，工作井内设置足够强度后靠背，吊进工具头、油压千斤顶及要顶进钢管或钢筋混凝土管，接好照明、泥浆管、油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，经过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行。在顶进过程中经过激光经纬仪测量顶管方向，边顶进边排土边纠偏，直至将钢管或钢筋混凝土管顶至接收井内。
风险是给定条件下，特定时间内发生不良后果可能性。顶管施工中安全风险，是指顶管施工过程中发生事故或损失不确定性。顶管施工过程中可能碰到安全风险有：
1.工程地质和水文地质条件
沿管线地质土层改变频繁，顶管施工未了解地质土层改变情况；对于要经过软基、溶洞等施工段没有提前处理，以致造成地表有过大下沉而引发塌陷。
2.有毒有害气体

顶管施工地层通常会经过淤泥层，腐烂动、植物体会在地下形成有毒有害气体聚集体，假如在顶管施工时没有对有毒有害气体进行检测，也没有采取通风等方法，施工人员在这么作业环境下极易发生中毒事故，危害施工人员健康和生命。
3.地下地上管线
顶管施工大多数全部是在城市市区道路进行，在道路下有通讯、电力、煤气、给水等管线，假如在开工前未探明地下管线位置、埋深和走向，则顶管施工中极易对其造成破坏，引发安全事故；而假如在吊管过程中未和地面高压线保持安全距离，则又极易发生触电事故。
4.建（构）筑物坍毁
顶管在建（构）筑物下或周围施工时，没有明确施工路线上所碰到基础类型，对于部分基础在顶进前未采取托换、加固等方法，而在顶进过程中又没有控制好顶力和顶进方向，则轻易造成周围建（构）筑物开裂或坍毁。
5.人不安全原因
顶管施工中管理人员违章指挥和作业人员违规操作，如冒险或野蛮施工，新进工人未经安全教育和培训就上岗作业，特种作业人员未经专门安全培训，持特种作业操作证上岗等，这些全部是顶管施工中引发安全事故潜在风险原因。
顶管施工中安全风险控制
顶管施工中安全风险控制包含全部为避免或降低安全风险发生可能性和潜在损失而采取多种方法。通常控制安全风险对策和方法有：减轻，预防，转移，回避，自留，多元化，后备方法和利用等。
1、组织方法——建立健全工程项目标安全管理机构
顶管施工中安全风险控制包含全部为避免或降低安全风险发生可能性和潜在损失而采取多种方法。通常控制安全风险对策和方法有：减轻，预防，转移，回避，自留，多元化，后备方法和利用等。

2、技术方法———针对安全评价风险制订预案
经过对风险辨识和评价明确了安全风险管理关键，针对不可接收风险制订有效安全管理方案，消除风险或降低风险程度，提升安全控制能力。
01施工组织设计制订和审查
工程要制订科学合理施工组织设计，选择技术优异可靠施工方法，是确保工程顺利进行确保，同时也是安全施工保障。在施工组织设计制订和审查中要严格把关，尤其是制订安全技术方法要从人员、设备、组织、机具、材料等方面研究处理存在问题，采取有效控制方法。
02编制专题安全施工方案
针对施工中不一样施工项目如起重吊装工程、工作沉井制作及现场临时用电等，要根据法律法规要求制订专题安全施工方案、吊装施工方案、临时用电施工方案等，在施工过程中要落实各项安全方法。
03制订应抢救援预案
针对可能发生事故制订切实有效应抢救援预案，并进行现场演练，对预案有效性进行检验，从中发觉不足，进行改善。

3、经济方法——加大安全方面奖惩力度
在顶管施工过程中对安全技术方法落实不到位而形成重大事故隐患或造成事故单位和相关责任人要进行严厉处理，决不能在安全方面存在失控现象。而对安全管理到位，符合要求要进行重奖，形成有效安全管理机制，形成“要我安全”到“我要安全”意识转变，形成安全生产人人有责气氛，调动大家参与安全管理主动性。
4、教育方法——定时召开安全专题会议
顶管施工过程中要针对不一样时期、不一样施工部位进行有针对性安全教育，定时召开专题安全会议，分析目前安全工作中存在问题，研究处理问题对策，对存在事故隐患做到“四不放过”：责任单位或个人未受四处罚不放过，原因分析不清不放过，整改方法落实不到位不放过，全体人员未受到教育不放过。
5、检验方法——加强安全检验将隐患消亡在萌芽
经过风险识别、分析和评价等，明确了安全控制关键，则在安全管理中应加强对其检验；现场设专职安全管理人员，负责安全管理，逐项地检验方法落实情况，包含人员、设备、机具、材料、设施等是否落实到位，立即地发觉和消除存在安全隐患。
顶管施工中质量通病防治
顶管施工中质量通病防治（一）
目前，各地域顶管施工队施工技术质量参差不齐，暴露出多种施工问题，提前做好施工质量控制尤为关键。本期飞蛙网搜集整理了顶管施工中通用质量控制措施，供大家在施工中参考。
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管道轴线偏差过大
1、偏差结果
管道轴线和设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。
2、原因分析
地层正面阻力不均匀，形成导向偏差，造成管道轴线偏差。
顶管后背发生位移或不平整，使顶力协力线偏移，造成管道轴线偏差。
3、预防方法
顶管施工前对管道经过地带地质情况认真调查。经过仪器，指导纠偏。纠偏根据“勤测量、勤纠偏、小量纠”操作方法进行。
加强顶管后背施工质量控制，确保后背不发生位移，并使后背平整，以确保顶进设备安装精度。顶进过程中随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。
4、治理方法
重新调整千斤顶行程、顶力、顶速，或重新调整千斤顶安装精度。
对顶管后背进行加固，预防位移进行发展，并确保后背平整。
纠偏前认真分析顶进曲线发展趋势，采取合适纠偏量，循序渐进，切不可操之过急，适得其反。
2地面冒浆
1、冒浆结果
顶管施工过程中，在管道轴线两侧一定范围内发生地面冒浆，管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响，甚至危机到正常使用和安全。
2、原因分析
顶进地层有空洞。
3、防治方法
施工前对工程地质条件和环境情况进行周密细致调查，制订切实可行施工方案，并对有问题地段采取加固保护方法。
顶管施工中质量通病防治（二）
目前，各地域顶管施工队施工技术质量参差不齐，暴露出多种施工问题，提前做好施工质量控制尤为关键。本期关键分享顶进过程顶力忽然增大和管道接口渗漏问题原因分析和改善提议，供大家在施工中参考。
1顶力忽然增大
1、顶力增大现象
在顶进过程中顶进压力忽然增大。
2、原因分析
土层塌方，或机头前端遇障碍物，使摩阻力增大。
管道轴线偏差形成弯曲，使摩阻力增大。
膨润泥浆配比不妥或注入不立即，或注入量不足，减阻效果降低，使摩阻力增大。
顶进设备油泵、油缸、油路发生故障。
顶进施工中，因故停顶时间过久，润滑泥浆失水后，使减阻效果降低。
3、防治方法
顶进过程中严格实施“勤测量、勤纠偏、小量纠”操作要求，使管道轴线被控制在许可偏差范围内。
按不一样地质条件配置适宜泥浆，确保足量泥浆贮备和循环。
顶进施工前对顶进设备进行认真检修保养。
停顶时间不能太久，发生故障立即加以排除。
4、治理方法
发生顶力过大情况时，立即停止顶进，泥浆循环系统确保正常，查找原因，判明情况后采取对应方法进行处理。
2钢筋混凝土管道接口渗漏
1、渗漏现象
管道接口渗水、漏水。
2、原因分析
管节和密封材料质量不符合技术标准或运输、装卸、安装过程中管节被损坏。
管道轴线偏差过大，造成接口错位，间隙不均匀填充材料不密实。
接口或止水装置选型不妥。
3、预防方法
严格实施管节和接口密封材料验收制度。
严格控制管道轴线，按技术标准和操作规程进行施工。
在管节运输、装卸、码放、安装过程中，做到吊（支）点正确，轻装轻卸，保护方法适当。
认真进行接口和止水装置选型。
4、治理方法
可采取环氧水泥砂浆或化学注浆方法进行处理。
顶管施工中质量通病防治（三）
目前，各地域顶管施工队施工技术质量参差不齐，暴露出多种施工问题，提前做好施工质量控制尤为关键。本期关键分享顶管机下沉和管道沉淀、堵塞问题原因分析和改善提议，供大家在施工中参考。
1顶力忽然增大
1、现象
顶管机在推进过程中一直往下走，即使纠偏使用也不显著。
2、原因
A、大多发生在粉细砂土中。因为泥水平衡顶管机比较重，且机器转动起会引发震动，这种震动会使粉细砂土很快液化，从而降低了它承载力，进而使顶管机产生往下沉趋势。
B、可能碰到了上下两层不一样性质土，因为下面一层土较软，而使顶管机往下偏。
C、泥水压力控制不好。
3、防治方法
A、首先仔细阅读土质资料，假如在粉细砂土层中顶进偏低，可调低进泥泥浆浓度，减小顶进速度。
B、假如是碰到两层软硬程度不一样土，应注意让顶管机头部略微往上翘部分，同时把前三至四节管和顶管机后壳体联成一体。
2泥水管内产生沉淀、堵塞现象
1、现象
泥水管内泥水流动不通畅，造成顶管机推进不顺利。
2、原因
A、在泥水管内产生沉淀这种现象大多发生在砂土层中。一是因为排泥泵效率低下流量不足，在泥水管内流速小于临界流速使泥砂产生了沉淀。二是在顶管机停止推进以前对管内冲洗力度不足致使泥砂产生沉淀。假如是粉细砂，一旦沉淀在泥水管内，时间持久后板结起来就比较难冲洗洁净。
B、在含水量少粘土层中，粘土会变成如同鸡蛋一样泥团，假如泥团过大，它在管道弯头和阀门处会把管道堵塞。不管是哪一个管道堵塞，全部会影响顶管机正常推进，时间拖长，顶管机就会往下沉，从而影响到顶管质量。
3、防治方法
A、假如排泥泵达不到所需流量要求时，就应该更换。
B、停止推进前必需对排泥管道进行较为根本清洗。
C、假如是在含水量小粘土中推进，应减小刀盘每转一圈时所切削泥土厚度，同时合适加大送水量。另外在排泥管道和基坑旁通之间加一只沉淀箱，可让土块或卵石在该箱里沉淀下来，过一段时间只需打开箱底排出。
顶管施工中质量通病防治（四）
目前，各地域顶管施工队施工技术质量参差不齐，暴露出多种施工问题，提前做好施工质量控制尤为关键。本期分享顶进过程中易出现地面沉降问题原因分析和防治方法，供大家参考。
1地面沉降
1、现象
在顶管机过后或顶管施工完成以后，在管子中心线左右两侧地面产生沉降。而且伴随时间推延，沉降槽宽度和深度均匀和日俱增。
2、原因
沉降原因有四种：第一个是泥水浓度过低，造成超挖塌方所造成；第二种是顶管过程中对土扰动而产生沉降；第三种则是因为润滑浆套内浆液流失所造成沉降；第四种因为采取了辅助降水施工所造成沉降。
3、防治方法
控制好进尺和出土量之间关系，做到不超挖；
润滑浆要有一定稠度，不能太稀。假如对沉降要求很高情况下顶完全程后，必需用充填浆把润滑浆完全置换出来；尽可能少采取降水这一铺助施工手段。
2地面沉降超标（或过大）
1、现象
在顶管机头位置出现地面沉降超标（或过大）。
2、原因
地面沉降超标（或过大）原因有三种：第一个是适于顶管施工新填土，因为填土较为松散所造成沉降超标（或过大）；第二种是顶管过程中泥水压力过高造成对机头前方土体冲刷成空洞而产生沉降超标（或过大）；第三种则是排泥量过大，使机头前方不能形成压力，造成沉降超标（或过大）。
3、防治方法
顶管施工前认识阅读地质勘察汇报，土质对顶管施工有影响地段进行加固注浆处理。
在顶管施工过程中，顶管机操作手要严格根据顶管操作规范进行操作，预防进水压力忽然增加或忽然减小，严格控制进排泥量，达成泥水压力平衡。