压力管道顶管施工工艺导则

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1、 压力管道顶管施工工艺导则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

2、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

3、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 千斤机顶的顶力计算的理论公式为： Rf=Kf（2Pv+2PH+PB）+PA 式中 Rf-计算顶力（千牛） ； Pv-管顶上的垂直土压力（千牛） ； PH-管侧的土压力（千牛） ； PB-全部欲顶进的管段重量（千牛） ； PA-管端部的贯入阻力（千牛） ； K-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

4、） 。 5.3 后背的设计计算： Rc=Kr.B.H.(h+H/2).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） ； -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 1520c

5、m。用肋板增加其刚度，多数肋板按中心角 1015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 60m。施工的坐标误差一般可达到 1cm 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

6、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3040mm。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，安装管节 布设顶铁

7、工作面挖土 管内运土 停顶退程加顶铁 顶进 土方提升 停顶退程 加顶铁 弃土 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=1/4.D12. （m3） 式中 V-单位管节长出土量（m3） ； D1-管节外径（m） ；-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，

8、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

9、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、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

10、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； 8.1

11、3 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。

12、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，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

13、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。