顶管工程专项施工技术方案

顶管工程专项施工技术方案

第一节顶管设备选型

一、顶管机选型

本工程宜采用泥水平衡式顶管法。

（1）适用地质范围较广，在地下水位较高以及地质变化范围大的土质条件，效果尤其突出。

（2）可保持挖掘面的相对稳定，对周围土层的影响较小，施工后地面沉降最小。相比，泥水顶管的推力较小，适宜于长距离顶管。

（3）工作坑内作业环境较好，作业比较安全。由于采用泥水输送弃土直至地面，搬运土方更为方便。

（4）由于采用地面遥控操作，施工更加文明安全。

（5）由于连续出土，大大提高了推进速度。采用了方向引导装置，使得顶进速度快、精度高。

结合本工程现有的施工条件和土质情况，我们选用地面遥控操作的泥水平衡掘进机。结合管径的要求选用顶管设备： D1200泥水平衡顶管机。该顶管机型主要部件有切削刀盘及外壳、动力装置、机头液压装置、机头纠偏系统、机内泥水系统、电气操作系统、显示系统等。

二、泥水平衡顶管机原理：

泥水平衡式顶管机是利用加压的泥水及刀盘推动切削刀进行挖掘施工的。压力泥水在挖掘面泥土的表面形成一层泥膜,同时通过压力的作用与挖掘面的土压和地下水压力保持动态平衡，有效的稳定挖掘面，将顶管施工对地面的影响即地面沉降减少到最小。当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，机内旁通阀关闭。泥水从进泥管经过进泥阀进入顶管机挖掘面的泥水仓里，挖掘的泥砂经同泥水搅拌后，通过排泥管和排泥泵送到地面的泥水分离装置。泥水分离装置将泥砂和水分离以后，泥水再次送入刀盘循环使用。这些工序完全由中央操作盘进行遥控。

三、主要设备参数：

本工程使用的主要设备三原重工制造的YX-1500型泥水平衡偏压破碎型顶

管机。主要参数如下：

1 尺寸

内径（mm）：1500 外径（mm）：1820

全长（mm）：4200 重量（T）：18

2 切削刀盘

电机功率（KW）：55 转矩（KN.m）：57

转速(r/min)：1.5 偏心次数（次/min）：50

可破碎砾石最大直径(mm)：350

3 纠偏油缸

数量（个）：2 每个推力（KN）：1072

纠偏角度：上下1.7°, 左右1.2°

4 液压站（KW）：22

顶力（T）：200×4 行程（MM）：1200

5 泥水系统

排泥泵（KW）：22 送泥泵（KW）：15 送排泥管：4”

6 测量系统：用J2激光经纬仪导向

第二节顶管施工工艺

第三节最大推力计算

顶管时：

F=F1+F2（F—总推力 F1—端阻力 F2—侧壁摩阻力）

F1=п/4×D2×P（D—管外径1.2m P—控制土压力）

P=Ko·r·Ho

式中：Ko—静止土压系数，一般取0.55

Ho—地面至掘进机中心的高度，取值8m

r —土的重量，取1.8 KN/m3

P=0.55×1.8×8=7.92 KN/m2

F1=3.14/4×D2×7.92=8.952 KN

F2=πD·f·L

式中：f—管外表面综合磨擦阻力，本工程顶管采用触变泥浆，取值0.5 KN/m2 D—管外径1200mm

L—顶距

F2=3.14×D×0.5×L=1.884L KN

F=F1+F2

取顶管长度最长的

95m，D1200钢筋混凝土管）作为验4500KN，最大推力为：178.6KN，

小于设计控制最大顶进力。因此，无须加设中继间接力顶进。

第四节后座墙

后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、后背或者后背墙等。在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，顶进工程就要停顿。后座墙设计要通过详细计算，其重要程度不亚于顶进力的预测计算。

一、后座墙主要有功能是在顶进过程自始至终地承担主顶工作站顶管前进时的后坐力。后座墙的最低强义应保证在设计顶进力的作用下不被破坏，要求其本身的压缩回弹量为最小，以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率。在设计和安装

后座墙时，应使其满足如下要求。

1、要有充分的强度

在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不至破坏。

2、要有足够的刚度

当受到主顶工作站的反作用力时，后座墙材料受压缩而产生变形，卸荷后要恢复原状。如压缩回弹量大，会导致大量行程消耗在后座墙压缩变形土，从而大在降低千斤顶的有效冲程，使顶进效率降低。故后座墙必须具有足够的刚度。

3、后座墙表面要平直

后座墙表面应平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶力损失和发生质量、安全事故。

4、材质要均匀

后座墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的后从力时造成后座墙材料压缩不匀，出现倾斜现象。

5、结构简单、装拆方便

装配式或临时性后座墙都要采用普通材料、装拆方便。

二、后座墙的强度及其影响因素:

后座墙的强度取决于千斤顶在顶进过程中施加给后座墙的最大后从力，后从力的大小与最大顶力相等。影响顶力的因素甚多，可分为客观因素及主观因素两类。客观因素包括管材种类、管径大小、顶距长短、覆土厚度、土的种类、地下水位、管节重量等；主观因素包括操作误差、顶进方法、中途停工与否、是否采用润滑剂等。影响顶进力的客观因素在其他章节已经作了介绍。现在主要讨论影响后座墙强度的主观因素。

1、顶进误差

在顶进过程中，由于土质、设备的操作等原因，导致管子的方向或高程出与偏差，这种偏差称为顶进误差，简称误差。这种误差将导致顶力增加。技术熟练的工人应既能采取措施防止误差的出现，又能及时发现误差的趋势而加以校正，

使误差发展不致过大，并保持在容许范围以内，顶力即使增加也不显著。否则，当误差出现时，校正易操之过急而造成管线上出现折线段、错口等现象，从而导致顶力不断增加，使后座墙遭到破坏。

2、中途停工

顶进作业一开始，中途就不能停顿。如果停止一段时间后再顶进，其起始顶力要大大超过停工前的顶力。这主要是由于停工时间过长，使管顶土层坍落的缘故。在地下水位以下顶进时，因停顶而使液化的粉细砂将管周围包裹起来，顶力也会大大增加，如果顶力增加至后座墙的设计强度，此时就不能再顶进，必须对后座墙进行加固后方可再顶进。

另外，在顶进过程是否采用注浆润滑措施，对顶力的影响甚大。如采用注浆润滑，施工中的顶进阻力将减小很多。

由于主观因素对顶力的影响是人在操作过程中造成的，或者是事先未预计到的情况，所以对主观因素的影响不能事先计算，只能在施工过程中加强管理，防患于未然，以其不使顶力增加。因此，在计算所得顶力的基础上，适当增加安全系数，作为防止主观因素影响的储备力量，并严格遵守操作规程，就能保证后座墙在设计强度以内，不致受超负荷顶力的影响而导致破坏。

三、后座墙的刚度要求

顶管时要求后后座墙具有充分的刚度，以避免往复回弹，消耗能量。要保证受最大顶力时不变形，或只有少量残余变形，后座墙应尽量采用弹性小的材料。如果后座墙弹性过大，顶进的后从力先压缩后座墙，直到后座墙被压紧而不能再压缩时顶力才向前发挥作用使管段前进，千斤顶卸荷，后从力解除后，后座墙虽然有残余变形但不大，甚至可以恢复到未受荷载的状态，可是下一次顶进时，仍要先压缩后座墙，因而每次顶进都要浪费一段千斤顶行程于压缩后座墙。用短行程千斤顶，行程一般为200mm，而后座墙压缩量为20～30mm，这样就可使千斤顶行程在顶管前进时的利用率只有70%～80%，每顶进2m长的管节，需12～14个行程。若再考虑到传力工具的压缩，需要的行程数还要增加。所以，要提高顶进

效率，除采用长行程的千斤顶外，还应设法增加后座墙的刚度。

四、后座墙的形式和类别

后座墙形式虽然多种多样，但就其使用条件来讲，基本上有以下三种：

1、覆土较薄或穿过高填方路基的顶管，无土抗力可利用时修建的人工后座墙；

2、覆土较厚时可以充分利用土抗力的天然后座墙；

3、在混凝土或钢筋混凝土竖井内建筑的现浇钢筋混凝土后座墙。

GB50286—97规范中对装配式后座墙作出了如下规定：

①.装配式后座墙宜采用方木、型钢或钢板等组装，组装后的后座墙庆有足够的强度和刚度；

②.后座墙土体壁面应平整，并与管道顶进方向垂直；

③.装配式后座墙的底端宜在工作坑底以下（不宜小于50cm）；

④.后座墙土体壁面应与后座墙贴紧，有间隔时应采用砂石料填塞密实；

⑤.组装后座墙的构件在同层内的规格应一致，各层之间的接触应紧贴，并层层固定。

顶管工作坑及装配式后座墙的墙面应与管道轴线垂直，其施工允许偏差应符合表9-3中的规定。

注：H——装配式后座墙的高度（mm）；

L——装配式后座墙的长度（mm）。

第五节起重设备

1、正式作业前应试吊，吊离地面10cm左右时，检查重物捆扎情况和制动性能，确认安全后方可起吊；

2、按施工设计安装提升架和起重设备，起重设备安装后，应进行空载和重载的安全检验。

3、严禁超负荷吊装。

第六节安装、下管就位

1、要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格坚决予以退回。

2、针对现场实际情况，下管就位采用卷扬机为主，人工配合的方式进行，下管时工作坑内严禁站人。

3、管节起吊时应保持水平状态，起吊要缓慢平稳，施工作业人员用麻绳牵引，避免管节来回晃动。管节下吊速度均匀，低速轻放。当管节距导轨小于50cm 时，操作人员方可近前工作。钢管将至井底时，平稳放置在轨道面上。

第七节顶管施工测量和方向控制

一、测量及控制指标

为了保证顶进轴线控制在设计轴线允许偏差范围内，在顶进过程中要密切注意激光点的偏向。轴线测量的控制系统设在工作井内液压主顶装置中间。施工中需经常对控制台进行复测，以保证测量精度，控制台基础应用混凝土浇筑在沉井底板上。

按独立坐标系放样后用测量控制台使它精确地移动至顶管轴线上，用它正确指挥顶管的施工方向。

二、施工顶管测量和方向控制

在后顶观察台架设J2型激光经纬仪一台，通过后视测机头的光靶及后标点的水平角和竖直角各一测回，编排程序计算顶管的头部及尾部的平面及高程。

测量与方向控制要点

顶管工程的测量工作是整个顶管工程质量的关键，测量工作的准确性将直接影响到管线实际轴线的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通，因此需精心实施，