顶管施工工法.doc

一、特点
平衡效果好，施工速度快、对土质的适应性强；
采用地面遥控操作，操作人员不必进入管道。
管道轴线和标高的测量用激光仪连续进行的，能做到及时纠偏。
适用范围:
主要用于各种粘性土和砂性土的长距离顶管,特别是对地表沉降要求较高时,效果更明显。
二、本工程采用的施工及验收规范
1、《土方与爆破工程施工及验收规范》 GBJ201-83
2、《建筑地基处理技术规范》 JBJ79-91
3、《地基与基础工程施工及验收规范》 GBJ202-83
4、《地下工程防水技术规范》 GBJ108-87
5、《混凝土结构工程施工及验收规范》 GB50204-92
6、《建筑机械使用安全技术规程》 JGJ33-86
7、《施工现场临时用电安全技术规范》 JGJ46-88
8、《给水排水构筑物施工及验收规范》 GBJ141-90
三、工程地质情况
回填土：沿管线均有分布，厚度4-9m，主要由建筑垃圾、卵石、砂土、炉渣和粘性土组成。
粉细砂：透镜体分布卵石层顶面，厚度1-2.5m，褐黄-褐灰色，成分主要是长石、石英、含有少量卵砾石，稍密。
卵石层：主要由石英岩、砂岩、花岗岩组成。粒径40-100mm，最大200mm。砂土充填。
地下水位于地下1-1.5m。
【包括土层的分布、组成、厚度、土体承载力、与管壁的摩擦力以及地下水的情况】
四、管道非开挖施工
泥水平衡顶管设备较多，本文以Φ1500遥控式泥水平衡强力顶管掘进机为例进行介绍。
4.1、顶管掘进机选型及其配套设备
Φ1500遥控式泥水平衡强力顶管掘进机，前方筒由二段组成，后方筒为设备动力与控制段，总长度4.5米，操纵系统由可编程序控制，在地面控制台遥控操纵。该机型在大量施工中证明对稳定土体，控制地表隆沉量以及对恶劣地质条件都是有效的。具有较强的破碎功能，并加大了截割功率，使之更具有适应性。
主顶系统由四根推力为200吨、行程为3.5米的双级等推力油缸，与可调速的液压泵站组成。四根油缸安装在油缸架内，安装后的油缸中心线必须与顶进轴线平行。
泥浆输送系统由两台渣浆泵、控制阀组、管路、水箱等组成。
整套顶管设备总用电量约170kW左右。
4.2施工工艺
施工准备
测量放样
顶进设备安装

导轨安装
后坐千斤顶安装
后坐顶板安装
洞口止水装置安装
掘进机试运行
掘进机穿墙
敲除洞口砖墙
后坐千斤顶顶进

出泥准备
偏差测量
轴线控制
管内出泥土
顶进纠偏
管道顶进

竣工测量
顶 进 结 束
设备转移

工作井施工
掘进机井内就位
沉淀池施工
进排泥泵管
泥浆搅拌筒

4.3顶管工作井开挖
顶管工作井主要有两种，一为钢板桩式，一为沉井式。其工作井尺寸计算如下所示。
4.3.1适用于钢板桩支护的工作井尺寸的确定。
a、工作井宽度的计算
W=D+2B+2b+2C 式中D……管道外径 B……工作宽度
b……支撑宽度 C……降水宽度
b、工作井长度计算
长度L=a+b+c+d+e+f+1.5H
式中 a…钢板桩厚度 b…工字钢厚度
c…钢板厚度 d…方木厚度
e…液压顶进装置长度 f…顶铁长度 H…单根管长度
4.3.2适用于沉井式的工作井尺寸的确定。
a、工作井宽度的计算
W=D+2B+2b
式中D……设备外径 B……工作宽度
b、工作井长度计算
长度L=a+e+f+1.1H
式中 a…后背长度 e…液压顶进装置长度
f…顶铁长度 H…单根管长度

工作井的施工将另行介绍。
4.4.7出井洞口
洞口半径均比管大100mm（D=2040mm），并采用砖墙封堵。
预留洞口底部与地板之间不低于500mm。工作井预留洞口预埋钢阀兰，内径与洞口大小一致（D=2040mm），法兰宽度大于250mm（D=2540mm）。如下图所示。
预留洞口止水装置( 见下图)
预埋钢板
法兰
顶管外径+200
螺栓

橡胶圈

在前座墙上预留钢法兰，我们在法兰上安装工作井洞口止水装置，该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于10mm 。工作井洞口止水装置密封为橡胶止水法兰。
在机头将要到达接收井时，要精确测出机头姿态位置，尽量满足预留孔与机头有同心的要求。
4.5承压壁
承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够的安全度。后靠钢板用组合箱形结构工预制钢筋混凝土块。在后靠和混凝土平面之间最好衬满50mm松木板等材料，承压壁的面积一般为2*3m。
4.6导轨
基坑导轨应具有足够的强度和刚度。在工作井底板基础上有条件应事先预埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形
导轨选用定型导轨。导轨材料选用槽钢[25，轨间距如下图所示：

D
t
A
H

4.7地面设施的施工
4.8顶管设备安装。
4.8.1 顶力计算：
顶力计算应考虑以下内容:
a、主千斤顶的最大设计顶力不能超过顶进油缸的总顶力；
b、考虑管节的允许抗压强度，最大顶力压强不能超过管节的允许抗压强度；
c、考虑后背的最大允许顶力，不能超过后背墙的允许顶力；
d、考虑一定的安全系数，为了防止遇到各种情况，必须留有充分安全的余地。
e、中继间的设置
4.8.1.1总顶力计算公式：
P=πD2/4*[ r(H+2/3*D)tg2(450+φ/2)]+ fπDL
式中 P…计算总顶力 （kN） r…管道所处土层重力密度（kN/m3）
H…管顶以上覆土厚度（m） D…管道外径（m）
φ…管道所处土层的内摩擦角（ο） ω…管道单位长度自重（kN/m）
f…管壁与土层的磨擦阻隔力 L…计算顶进长度（m）
4.8.1.2管节的允许抗压力计算：
P= fπ（D-d）d
式中 P…计算总顶力 （kN） D…管道外径（m）
d…管壁厚度（m）
4.8.1.3
经计算得出本工程顶管最大顶力值为：6371kN。
【根据大量顶管工程实例结合本工程地质报告，取经验数据P= 9500 kN，最大顶进距离为180米。
C50砼管抗压强度为23.1N/mm2，砼管最大承压9100KN，顶进阻力超过砼管所能承受的额定压力。故各施工段选用顶力为200t的液压千斤顶四台，中继站一套。】
9.7.2主顶油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装也要定位准确。保证油缸受力点的正确位置。其高程和平面安装误差小于5mm。电动超高压液压泵应安装在工作井以外，并应保证油路畅通，不影响坑内顶管施工。
根据受力分析，顶管管道中心以下R/4-R/5位置为受力中心点，但因顶力较大，需选用四个千斤顶环周并列顶进，千斤顶的顶力的合力位置必须与顶进抗力的位置在同一轴线上，避免产生顶进力偶。安装完毕后应检查千斤顶的稳定性。
9．8泥水输送系统安装
9.8.1根据顶进长度，土质情况等因素计算选择排泥泵、进水泵的型号，通常按下式计算：
L2=L+ H +l2+ h +Δl
L2—排泥管的最大长度； H—基坑深度； L=顶进最长距离
l2—基坑到沉淀池排泥口的最远距离； h-- 沉淀池排泥口到地面的高度
Δl—阀门、管件等局部阻力折算的长度，可取10—20米。
将本工程参数带入L2=200+7+1.5+16+15=293.5米。
然后可求得扬程总损失=hf2×L2=0.1×293.5=29.5米即为排泥泵的扬程。排泥泵的流量由其管径选顶DN100。
9.8.2注浆为机头同步注浆和管道补浆二部分。采用同一根总管和同一种浆液配方。
触变泥浆由地面液压注浆泵通过管路压送到各注浆孔。在机头处应安装隔膜式压力表，以检验浆液是否到达指定位置，在所有注浆孔要设置单向阀、球阀、软管和接头的耐压力为5 Mpa。
在整个管道中间每间隔3个管子设1个补浆断面，一般为3、4个注浆孔，补浆应按顺序依次进行，每班不少于二次循环，定量压注。
触变泥浆的配方和性能指标

膨润土
纯碱
掺加剂

漏斗粘度(秒)
视粘度
CP
失水量ml
终切力
(达因/mm3）
比重
稳定性
12%
6‰
CMC适量
36，
30.5
9
130
1.073
0
注浆压力：大于地下水压力，注浆量为土体空隙的6—8倍。
9.3顶管
9.3.1 顶进主要工序
拆除工作井内洞口封堵门，使掘进机头顺利入口。
推进机头，机头进入土体时开动大刀盘和进排泥泵；
机头推进至能卸管节时停止推进，拆开动力电缆、进排泥管、控制电缆和摄像仪连线，缩回推进油缸；
将准备安装的带好密封环的管节吊至坑内，对准插入就位；
接通动力电缆、控制电缆和摄像仪连线、进排泥管及接通压浆管路；
启动顶管机、进排泥泵、压浆泵、主顶油缸并将管节推入；
随着管节的推入，要不断的观察机关轴线位置和各种指示仪表、及时纠正管道轴线方向并根据图压力大小调整推进速度；
当一节管推进结束后，重复以上工序继续推进直到接受坑。
顶进到位时应做好如下工作：
① 顶进即将到位时，放慢顶进速度，准确测量出机头位置，当机头到达接受坑洞口封门时停止顶进；
② 在坑内安装好接引导轨；拆除洞口封门；
③ 将机头送入接受井，此时刀盘的进排泥泵均不运转；
陆续拆除动力电缆、控制电缆和摄像仪连线、进排泥管及接通压浆管路等设施
将最后一节管顶进到位；
拆除主顶油缸、油泵、后座及导轨等设施，清理现场。
9.3.3顶进作业应注意下列事项和要求：
a、开顶前，必须对所有顶进设备进行全面检查，并进行试顶，确无故障后方可顶进。
b、顶进作业中当油压突然升高时，应立即停止顶进，查明原因并进行处理后，方可继续顶进。千斤顶活塞的伸出长度不得大于允许冲程；在顶进过程中，顶铁两侧不得停留人。向工作井下管时，严禁冲撞导轨；下管处的下方严禁站人。
c、当顶进不连续作业时，应保持工具管端部充满土塞；当土塞可能松塌时，应在工具管端部注满压力水。
d、在顶管外有承压地下水或在砂砾层中顶进时，应随时对管外空隙充填触变泥浆
9.3.4　顶进测量与纠偏
9.3.4.1 顶进过程中，每班均应根据测量结果绘制顶管轴线轨迹图。
9.3.4.2。在纠偏过程中，应勤测量，勤纠,多微调。
9.3.4.3顶管设备均有自身的测力纠偏或测力自控纠偏装置。
　 　9.4安全施工
9.4.1施工用电
为保证施工人员生命安全，工作井内及顶管管道内的施工用电必须为36V的安全电压。夜间工作井周围要点燃红色警示灯。
9.4.2操作
管道下管时工作井内严禁站人，当管道距导轨小于500mm时，操作人员方可近前工作。
9.4.4其它施工时应注意的安全问题应遵照本施工组织设计中“安全施工的主要措施”的规定执行。
8
中国第二十二冶金建设公司 The 22nd Metallurgical Construction Company of China