顶管顶进施工方案

第六节顶管施工方案

管道顶进方法的选择，是根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定的。普通顶管法是在黏性或砂性土层，且无地下水影响时，采取的手掘式或机构挖掘式顶管法。

一、施工组织安排

本工程需要采用人工顶管的管段为计划用3套顶管设备,其中1套备用，分成两个阶段顶进，第一阶段为工作井、接收井的施工，第二阶段为人工顶管的实施，其中工作井、接收井的施工可以交叉作业，速度较快，设备也能得到充分的利用。

二、顶管施工工艺流程

工作井施工——设备安装——管吊装就位——施工准备——开机顶进——回收掘进机头——结束——测量控制及纠偏——废泥外运——施工下一节。三、施工顺序

施工顺序为：工作井施工→顶进设备安装调试→吊装砼管到轨道上→连接好工具管→装顶铁→开启油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管→砌检查井。四、施工准备工作

（一）生产准备

1、进行施工测量和现场放线工作。

2、确定管线范围内及施工需用场地内所有障碍物，如管线、电线杆、树木及附近房屋等的准确位置。

3、按施工平面布置图修建临时设施，安装临时水、电线路，并试水、试电。

4、进行顶管所用设备的加工制作。

5、根据顶进长度，准备好各类管线和所需的辅助物（固定架等）。

6、根据材料计划，分期分批组织材料进场。

（二）技术准备

1、审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行施工技术交底工作。

2、做好标高点控制，施工测量和现场放线工作。

3、按照提供的永久水准点，引临时水准点至井下，施工中经常进行校核。

五、主要工程项目的施工技术方案

（一）人工顶管顶力的计算：

1、对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。

根据经验公式：P=nP0

其中：P——总顶力

n——土质系数。

土质系数取值可根据以下两种情况选取：

（1）土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～2.0。

（2）土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。取n为2.0。

2、对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。

根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。

⑴工具管正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2时表明土质较好。

F1=S1×K1

其中

F1--顶管正阻力(t)

S1--顶管正面积(m2)

K1--顶管正阻力系数(t/m2)

⑵管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2之间。

F2=S2×K2

其中

F2—顶管侧摩擦力（t）

S2—顶管侧面积（m2）

K2—顶管侧阻力系数（t/m2）

（二）工作井和接收井的施工

工作井和接收井的施工方法采用人工挖孔护壁法施工。

1、工作井施工

采用分层开挖，分层浇注井壁的方法施工，每节开挖护壁的高度最多不超过100cm。

①顶管工作坑的位置的设置应便于排水、出土和运输，并对地上与地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全生产措施。

②采用装配式后背墙由方木、型钢或钢板等组装而成，组装后的后背具有足够的强度和刚度。

③工作坑的支撑应形成封闭式模框架，矩形工作坑的四角应加斜撑。

2、工作棚架：作为防雨及安装吊运设备。工作坑上设活动式工作平台，平台用20#工字钢梁。在工作平台上设起重架，井旁边装置电动卷扬机。

（三）引入测量轴线及水准点

将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线。

将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。

（四）下管

下管前，要严格检查管材，不合格的严禁使用。第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校核导轨安装的准确性。要安装户口铁或弧形顶铁保护管口。

（五）千斤顶和顶铁的安装

1、设备安装

①导轨：选用钢质材料制作，两民轨安装牢固、顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度一致。在使用中经常检查校核导轨，防止产生位移。

②千斤顶：安装时固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道中的中心的垂线上。

③油泵：应与千斤顶相匹配，并用备用油泵；安装完毕后进行试运转。顶进过程中油压突然增高时，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进。

④顶铁：

分块拼装式顶铁应有足够的刚度，并且顶铁的相邻面相互垂直。

安装后的顶铁轴线应与管道轴线平等、对称，顶铁与导轨之间的接触面不得有泥土、油污。

更换顶铁时，先使用时观察顶铁有无异常现象。

顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近管节材料的允许抗压强度时，管口应增加U型或环形顶铁。

起重设备：正式作业前应试吊，检查重物捆扎情况和制动性能；严禁超负荷吊装。

2、注意要点

（1）千斤顶的高程及平面位置：千斤顶的工作坑内的布置采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处为宜。

（2）安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。

（3）每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。

（4）顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。

（六）顶进施工

工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，确定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。顶进施工时，主要利用风镐在前取土，千斤顶出镐在后背不动的情况下将污水管向前顶进，其操作过程如下：

（1）安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

（3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

（4）卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证接口缝隙和受力均匀，保证管与管之间的连接安全。

（七）顶进施工中的重点工序

1、采用手掘式顶管理，将地下水位降到管底以下不小于0.5M处，并采取措施，防止其他水源进入顶管管道。

2、全部设备经过检查并试运转合格后可进行顶进。顶进程序是：安装顶铁，开动油泵，顶镐活塞伸出一个行程后，关油泵，顶镐停止运行，活塞收缩，在空隙处加上顶铁，再开油泵，如此周而复始。

3、工具管开始顶进5-10m的范围内，允许偏差为：轴线位置3mm，高程0—+3mm.当超过允许偏差时，采取措施纠正。

4、采用手工掘进顶进时，应符合下列规定：

工具管接触或切入土层后，自上而下分层开挖。

在允许超挖的稳定土层中正常顶时时，管下部135度范围内不得超挖；管顶以上超挖量不得大于15mm；管前超挖根据具体情况确定，并制定安全保护措施。

5、顶管结束后，管节接口的内侧间隙按设计规定处理，设计无规定时，可采用石棉水泥、弹性密封膏或水泥秒浆密封。填塞物应抹平，不得凸入管内。

6、顶进时测量工具管的中心和高程

采用手工掘进时，工具管进入土层过程中，每顶进0.3m，测量不少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每1.0m测量一次，纠偏时增加测量次数。

全段顶完后，在每个管节接口处测量其轴线位置和高程；有错口时测出相对高差。

测量次数：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm时，测量一次。

中心测量：根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。

高程测量：使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；

同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，提高精度。

一个管段顶完后，应对中心和高程再作一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。

7、纠偏

采用小角度、顶进中逐渐纠偏的方法。

挖土校正法：即在管子偏向一侧少挖土，而在别一侧多超挖些，强制管子在前进时向另一侧偏移。适用于偏差为10-20mm时。

木杠支撑法：如管端下陷，管子发生错口时，可采用木杠支撑法方法校正，适用于偏差为20mm时。

当测量发现偏差在10～20mm时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。

当偏差大于20mm时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。

8、管前挖土要求

在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。

在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135度范围内，不得超挖。

9、接口的处理：顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比（重量比）为1:1:0.3,随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。

10、顶进过程中，出现下列紧急情况时应采取措施进行处理：

工具管前方遇到障碍；后此墙变形严重；顶铁发生扭曲现象；管位偏差过大且校正无效；顶力超过管端的允许顶力；油泵、油路发生异常现象；接缝中漏泥浆。

11、遇到流砂时的施工技术措施

顶进时若遇到流砂较多，且流砂流动性较强，则要在管内准备足够的砂包、稻草，用来阻挡流砂的流动。或用改装后带网格的工具头配合施工。以防万一,确保施工人员的生命安全。

六、质量保证措施

1、顶管施工前编制顶管组织设计，提交监理和业主审定才能进行施工。

2、顶管前，项目部向作业班组进行详细的技术交底工作，每道工序开工和员工上岗前进行简短的质量要求和技术交底，由各专业工程人员负责实施，使每个员工上岗前做到人人心中有数，以确保工程质量。

3、摸清施工沿线的地下管线的详细情况，并制定详细的技术措施。

4、做好施工资料管理工作，及时填写原始记录和隐蔽工程记录（含照片），及时完成竣工资料。

5、认真做好施工计划，保证施工作业连续均衡、紧凑，从而有效可靠地控制质量，保证工程质量。

6、顶进过程中，应严格控制顶力在允许的范围内，并留有足够的安全系数。

7、顶管控制在质量标准范围以内，如果在顶进过程中，发现方向失控，应该立即停止顶进，逐级上报，经研究同意后，方可以继续顶进。

8、作好地质勘察及资料整理工作，认真编制好施工方案和通过不同土层的技术措施及纠偏措施，确保管道的顺利顶进。

9、加强操作控制，使顶管均匀平稳，受力均匀，尽可能减少顶进过程中的

倾斜、偏移、扭转，防止管壁出现裂缝、变形。

七、施工安全措施

1、沿工作井四周设置1.2米高的固定护栏，护栏上挂安全网，工作井四周要挂相应的警示标语。

2、挖土施工时工作井必须设置爬梯，供人员上下井用。使用的卷扬机等应安全可靠并配有自动卡紧保险装置。

3、挖出的土石方应及时运离工作井，不得堆放在工作井四周1米范围内。

4、顶管作业人员必须戴硬安全帽。

5、顶管施工区域沿线采用标准围蔽。

6、严格遵循土方开挖程序，控制均匀挖土，防止发生偏位，严重倾斜或管涌等现象，做好作业前和施工中的通风换气工作，每次进入管道时，保证管内通风，以免导致人身事故。

7、吊车、起重设备由专人操作和专人指挥，统一信号，预防发生碰撞。

吊车靠近工作井边坡行驶时，加强对地基稳定性检查，防止发生倾翻事故。吊管下工作井时，注意安全。

8、加强机械设备维护、检查、保养。机电设备由专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。

9、开挖前详细了解沿线管线资料，做好沿线管线保护措施。

10、作业人员轮换制。每个作业人员在管内作业时间不得超过1小时，避免劳动强度过大引起危险。

11、顶进过程中，施工人员必须使用安全带，洞口必须有施工人员照应，洞内用不大于12伏照明灯照明，每班作业时必须有合格的电工当班。

12、利用轴流式抽水泵在工作井设置的集水井内进行抽水，保持井内无积水，抽水时，施工作业人员不得站立在积水范围内。

13、采用卷扬机垂直牵引出土时，井下不能站人，工作井上平台的作业人员出土时必须使用安全带。

14、自制木板小车，用于放置压缩空气呼吸器和运载进管人员，并在车尾部拴上绳子，在万一发生意外的情况下由管外监护人员迅速将管内人员拉出管外进行抢救。

15、利用鼓风机并购买软管，用于输送空气进入管道，加强管内空气的流动和循环。工作挖掘面的工人要佩带含氧量探测仪，经常检查该处含氧量必须超过18%。

16、管外配备专职监护人员，密切注意入管作业人员状态，每一分钟对管内人员进行呼喊，或用一条绳子每隔一定时间拉一下作业人员，在得不到安全的反馈情况下立刻采取相应应急措施。

17、井上配备相应药品。作业前要对施工人员进行紧急救援的培训，使全体人员懂得使用呼吸器和含氧量探测仪，懂得救人步骤，并进行实地现场考核合格后才施工。

18、在人员进管前要用含氧量探测仪进行管道内氧气浓度的探测，利用毒气探测仪进行管道有毒气体浓度的探测。

19、电动卷扬机必须设置防冲顶装置。

20、施工过程中使用的有关机械设备必须严格按照各机械的安全操作规程进行操作，全部用电设施必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》。

八、采用空气压缩机带风镐机挖土时的安全措施

1、作业环境内保持清洁和干燥，贮气罐放在通风良好的地方，半径15m以内不得进行焊接或热加工作业。

2、曲轴箱内的润滑油量应在标尺规定范围内，加添润滑油的品种、标号必须符合规定。

3、各联结部位应紧固，各运动部位及各部阀门开闭应灵活，并处于起动前的位置。

4、起动空气压缩机必须在无载载荷状态下进行，待运转正常后，再逐步进入载运转。

5、开启送气阀前，应将输气管道联接好，输气管应保持畅通，不得扭曲。

送气时，在出气口前不准有人工作或站立。

6、发现以下情况必须立即停机检查，找出原因待故障排除后，方可作业。

①漏水、漏气、漏电或冷却水突然中断；

②压力表、温度表、电流表的指示值超过规定；

③排气压力突然升高，排气阀、安全阀失效；

④机械异响或电动机电刷发生强烈火花。

7、停机时，应先卸载，然后分离主离合器，再停止电动机的运转。