管道顶管施工方案

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1、*工程顶管施工方案*集团设备安装工程有限公司2012 年 4 月 20 日 工程中包含两处穿越公路顶管工程，长度总计为 144 米，需要顶过公路的管道直径为 1200mm 的钢管以及 2000mm 的混凝土管道穿越。根据现场的实际查探，目前已预留的混凝土管道顶距路面高度约为 3000mm，钢管管道顶距路面高度约为 1200mm，经过充分的论证在环岛交汇处开挖观察坑（接收井） ，由南北两方向同时向观察坑内顶管，目前周边的环境可以保证顶管的施工所满足的条件要求。1、顶管的施工原理顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固 的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混

2、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，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行， 在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。一个完整的顶管施工主要包括以下几个部分：混凝土管、运输车、扶梯、主顶油泵、行车、安全扶拦、润滑注浆系统、操纵房、配电系统、操纵系统、后座、测量系统、主顶油缸、导轨、弧形顶铁、环形顶铁、机头等（图 1） 。2、顶管施工顶管施工的基本工艺为:测量放线做顶管工作坑设置平台安装后背铺设道轨顶镐、顶铁、油泵就位复测高程及中心线安装钢管开挖管前土方顶进复测、矫正管道中心线工作坑回填。3、工

3、作坑施工工作坑尺寸的设计工作坑尺寸的设计由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。a 、工作坑的宽度计算公式 B =D+2b+2c 式中：B 工作坑宽度；D顶进管节的外径尺寸；b工作坑内安好管节后两侧的工作空间，本工程采用每侧 1.3m；c护壁厚度，本工程采用 0.2m。本工程的顶管直径为 D1200 和 D1750，因此，工作坑 1 的宽度尺寸为 B=1200213002200=4200mm；工作坑 2 的宽度尺寸为 B=1750213002200=4750mm；b、工作坑底的长度 ：L=L1+L2+L3+L4+L5式中： L工作坑底部开挖长度L1 管节长度 取 2mL2顶镐机长度 取 1.

4、1mL3出土工作长度， 取 1.3m；L4后背墙的厚度，取 0.4m；L5已顶进的管节留在导轨上的最小长度，取 0.3m。因此，确定本工程工作坑的底部长度尺寸为 L=2+1.1+1.3+0.4+0.3=5.1m。坑底两侧设置 1 m1 m1 m 焊接工作坑。c、工作坑的深度工作坑的深度由设计高程和基础底板的厚度决定。本工程工作坑的深度根据设计要求和现场实际情况进行确定。工作坑深度应符合下列公式要求：H1 = h1 + h2 + h3H2 = h1 + h3式中H1顶进坑地面至坑底的深度(m)；H2接受坑地面至坑底的深度(m)；h1地面至管道底部外缘的深度(m)； h2管道外缘底部至导轨底面的高

5、度(m)；h3基础及其垫层的厚底。但不应小于该处井室的基础及垫层厚度(m) 。工作坑施工程序基坑测量放样根据工程地质报告所揭示的地质情况，以及现场的实际情况，并根据工作坑的中心座标定出中心桩、纵横轴线控制桩及基坑开挖边线。施工放样结束后，须经监理工程师复核准确无误后方可开工。工作坑挖土工作坑采用人工和机械配合挖土，用自卸汽车运土。为不影响道路交通，应随挖随随装随运。根据地质资料，地下水位较高，挖土过程中可能遇到地下水，此时应采用轻型井点降水法进行降水。工作坑基础修建工作基础的目的是防止地基下沉，导致管子顶进位置产生偏移。因此本工程采用钢筋混凝土基础。基础底板厚度 200，并配构造钢筋 1220

6、0200。工作坑的支护由于本工程的管道埋设较深，且土质情况较差，因此，本工程选用封闭式框架，矩形工作坑的四角应加斜撑。顶力计算与后背设计本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。根据非开挖铺设地下管线工程技术上海科学技术出版社 2005 年 1 月第 1 版中有关计算公式，顶进力的计算是顶管施工中最常用的、最基本的计算之一；顶进力为初始顶进力与各种阻力之和。LBcCwcqFo)(式中：F 顶进力（ kN） ；F0 初始顶进力（kN） ；Bc 顶进管外径（m） ；q 顶进管周边的均布载荷（kPa） ；w 每米顶进管的重力（kN/m） ；顶进管与土之间的摩擦系数， =tan/2， 为土的内摩擦角；顶进

7、管与土之间的粘聚力（kPa） ；CL 顶进管度（m） 。主要设备的选择垂直运输工具的选择工作坑的垂直运输地面与工作坑的土方，管道与顶管设备的垂直运输采用简易龙门和卷扬机（电动葫芦） ，并搭设钢轨梁作为地面工作平台。下管采用汽车式起重机吊装。顶进设备的选择本工程根据顶力计算，并结合实际情况，采用工作顶力为 200t和 300t 活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置采用单列式。顶进时着力点位置在管子全高的 1/41/5 之间比较合适。千斤顶与管子之间采用顶铁传送顶力。顶铁用型钢焊拼成各种结构的传力形式，根据安放位置和传力作用不同，用横铁和立铁组合。简易井前后靠背施工工艺a. 为确保甲方提出的工期要求

8、，提前使前后靠背的混凝土强度达到顶管施工要求，达到设计要求。前后靠背混凝土采用 C35 钢筋混凝土浇筑，浇筑前后靠背混凝土，原则上采用汽车泵输送。b. 后靠背混凝土高度为工作井钢筋混凝土底板以上 2.4 米，后靠背墙身厚度为 0.4 米。c前靠背混凝土高度为工作井钢筋混凝土底板以上 2.4 米，后靠背墙身厚度为 0.3 米。d 钢筋混凝土前后靠背在设计顶管及拉管中心线位置设置预留洞口，顶管预留洞口直径为 1.2 米，拉管预留洞口为 0.8 米。并在顶管预留洞口位置设置预埋钢板及螺栓。管前挖土与顶进挖土管前挖土是控制管节顶方向和高程、减少偏差和重要作业，是保证顶质量及管上构筑物安装的关键。下管挖

9、土之前应先下管，并做好以下几项工作：a 、检查管子下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。b、检查起重设备起重设备以检查、试吊，确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于 50时，操作人员方可进前工作。c、管子就位第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。管前挖土的长度控制由于管经为 1.22 米管道，一般可以安排一个人进行土方作

10、业。为加快工程进度，本工程安排每班两个人，轮流作业。土方在管内采用特殊加工的人力斗车进行运输。根据工程需要，也可采用带式进行水平运土。土方在工作坑采用电动葫芦进行垂直运输。在一般地段，土质良好，挖土时可超挖 3050。在铁路道轨下不得超越管端经外 10，在道轨以外最大不得超过 30，同时应遵守管理单位的规定。管子周围超挖的控制在不允许土下沉的顶地段（如上面有重要建筑物或其它管道） ，管子周围一律不得超挖。在一般顶管地段，上面允许超挖 1.5，但在下面 135范围内不得超挖，一定要要保持管壁与土基表面吻合。安装管帽在土层松散或有流砂的地段顶管时，为了防止土方坍塌，保证安全和便于挖土操作，在首节管

11、前端可安装管帽。将管帽楠入土中后便可在帽檐下挖土。顶进采用 2 台 300t/台的液压千斤顶作为主顶。顶进开始时，就缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。a.顶进的流程为：缓顶测量顶进清土补偏收管b.顶进的阻力主要为正面阻力、管道周边摩阻力两部分组成。为减少顶进正面阻力，顶进的机头可改良为尖钻头。随着顶管距离的增长，推力上升很快。为避免管节超过受压极限破坏，管壁外的减阻是 工程顺利完成的必要措施。施工时采用管节周围注触变泥浆，将管节与土之间的干摩擦变为 湿摩擦，达到减阻的目的。触变泥浆按膨润土：烧碱：CMC：水=0.3：0.2： 0.01：1 的配比 配制后静置 24 小时后使用。施

12、工时通过压浆系统从机头，前三节管的注浆孔压入触变泥浆， 形成约 10mm厚的泥浆套，使顶管在泥浆套中滑行，减少摩阻力。根据压力表和流量表，控制 压浆的压力约为自然地下水压的 1.11.2 倍。在施工操作时，必须“先压浆后顶管，边压浆边顶进，停顶进勤补浆”的办法维持泥浆 套的性能。c.顶进线路的控制机头自身有一段纠偏段，纠编最大角度范围能够达到上下 1.7左右 1.2。顶进线路的 控制主要依靠设备的正确操作以及预见性。为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程方向 转动进行测量， “勤测勤纠” ，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，使机头改变方向，从 而实现顶进方向的

13、控制，确保管道按设计轴线顶进。纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。测量是采用 2激光经纬仪进行方向的测量的，对于扭转，则由机头的角度仪测出。激 光经纬仪经校正后，牢固固定在千斤顶端，然后管道的机头端安装反射玻璃，并将测量的结 果直接输出至控制液压千斤顶的电脑上，方便操纵。顶管穿墙时要防止工具管发生偏差。在穿墙的初期，因入土较少，工具管的自重仅由两 点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。土体支承面上承载力较低，使机头容 易下沉。因此，机头穿墙时，在穿墙管下部要有支托，工具管的推进要迅速，缩短穿墙管内 的土体暴露时间，以减少安全隐患。管道顶出穿墙管及在长度 34m

14、 范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时 ，由于管段长度短，机头重量大，近出洞口土质容易受扰动等因素的影响，往往会导致向下 偏，此时，应该综合运用机头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。d.泥土外运泥屑由泥水系统随泥浆管排出，在泥浆池过滤土渣并及时外运。e.管内动力及照明管内动力主要用来掘进、纠偏、出土及顶进，选择 380V 动力电源。由于管内环境潮湿， 照明必须采用安全低压照明。采用变压器变为 36V 安全电压照明。f.顶管注意事项注意防止地面的沉降或隆起：在顶管施工沿线按一定间距布设沉降观测点，监测顶管顶 进施工期间的地面沉降量。开挖端面的取土过多或过少，会造成地

15、面的沉降或隆起。为避免这种不良影响，可采取 以下措施：在压浆时要控制好压力，恰好能平衡“泥浆套 ”以上土体的压力。严格控制管道 接口的密封质量，防止渗漏。在某些管节埋藏较浅，离地面不足 1.5 米的位置，可采用沿管 线局部压钢板，上堆砂包加载的形式，防止管节顶进时触变泥浆上浮使到泥浆套失效。工具管纠偏后，刃脚后形成一个空隙，管道顶进时周围的土体会塌入空隙，造成地面沉 降。为避免这种情况，在顶管顶进时，要及时测量，勤测勤纠，避免大角度纠偏。安装工具胀圈为了防止钢筋混凝土在顶管中错口，有利于导向，顶进的前数节管中，在接口处应安装内胀圈，通过背楔或调整螺栓，使用胀圈与管壁紧成为一个刚体。胀圈一定要对正接口缝隙。安装牢固，并在顶进中随时检查调整。测量与校正a、测量在顶第一节管（工具管）时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过 300，保证管道入土的位置正确；管道进入土书面通知后的正常顶进，测量间隔不宜超过 1000。中心测量：顶进长度在 600范围内，可采用垂球拉线的方法进行测量。要求两垂球的间距尽可能的拉大，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。一次顶进超过 600采用经纬仪或激光导向仪测量。高程测量：用水准仪及特制高程尺，根据工作坑内设置的水准点，标高（设两个） ，测头一节管前端管内底高程，以掌握头一节管子的走向趁势。测量后应与工作坑内另一水准点闭合。激光测量：