顶管课件（含规范讲解）

DGTJ08-2049-2008 顶管工程施工规程培训 工程管理部 2014-03 顶管施工3D演示 第2页 1.早期的顶管施工技术 根据中东地区出土的文物证实，古罗马时代已开始了 最早应用顶管施工技术的萌芽。当时的古罗马利用杠杆原 理，将一根木制管道从土层侧面顶进从而开辟出一条供水 渠道，以汲取水资源，这就是在不开挖地面条件下进行的 地下顶管施工雏形。 顶管施工技术的发展历史 据可查文字记录，美国北太平洋铁路公司在1896 1900年间完成了早期的顶管施工作业。 早期为顶管技术的推广应用作出杰出贡献的是美国的 Augustus Grinffin 工程师，他于19061918年期间在从事 灌溉研究工作时，发明了在铁路下面采用铸铁管的顶管施工 技术。随后，许多铁路公司都将这项技术确定为铁路下顶进 铸铁管道的标准方法。 最早的顶管始于1953年的北京，当时在京包铁路的路基下 进行的钢筋混凝土管道的顶管穿越私活工。1956年，上海 首次在黄浦江堤下进行钢管顶管施工，也很成功。最初都是 采用手掘式顶管。 1964年前后，在建设部和上海市的支持下，上海一些单位 开展了大口径机械式顶管的各种试验。 1967年前后，上海市政工程研究所和上海市政工程公司共 同研制成功了小口径遥控土压式顶管掘进机。 顶管技术在中国的发展进程 1978年，上海基础工程公司开发研制了三段双铰型工 具管，即顶管机头，解决了百米顶管施工技术难题。 1984年前后，北京、上海和南京等地先后引进了国外 的机械式顶管设备。同时也引进了一些顶管技术理论及施 工管理经验，使我国的顶管技术开始跃上一个新台阶。诸 如土压平衡理论、泥水平衡理论、顶管接口型式及制管新 技术等资料的引入 近20年来，我国的顶管技术水平有了长足的发展， 并在大直径、长距离顶管技术方面处于领先地位。 顶管施工工法工艺选择及实施 顶管施工 根据施工方法的不同，顶管机可分为敞开式顶管掘进机 和封闭式顶管掘进机两大类。敞开式顶管掘进机有手掘式 、挤压式和网格式等；封闭式顶管掘进机有土压平衡、泥 水平衡、混合型等型式。 第8页 2 术语 2.0.7 超长距离顶管 一次顶进长度大于 1000m 的顶管。 2.0.8 导轨 顶管工程初始导向和管段拼接用的轨道。 2.0.9穿墙孔 顶管机进出工作井(接收井)的洞门。 2.0.10出洞 顶管机由工作井进入土体向前顶进的过程。 2.0.11 进洞 顶管机向前顶进进入接收井的过程。 第9页 2 术语 2.0.1 顶管 依靠千斤顶和反力墙，将管道在地下逐节顶进的施工工艺。 2.0.2 顶管机 安装在管道前端用于掘进、出泥和导向的顶管机械。 2.0.3 工作井 顶管设备安装及用于始发的地下作业空间。 2.0.4 接收井 接收顶管机的地下作业空间。 2.0.5 小直径顶管 内径 600mm1200mm 的顶管。 2.0.6长距离顶管 一次顶进长度 500m 、-1000m 的顶管。 第10页 2 术语 2.0.12反力墙 工作井内承受千斤顶顶力的墙体。 2.0.13 顶管后座 千斤顶与反力墙之间的传力装置。 2.0.14 中继间 为增加顶力而设置在管道间的续顶装置。 2.0.15 特殊管材 采用玻璃钢夹砂管及预应力钢筒混凝土结构形式的顶管 管材。 2.0.16 特种顶管 使用特殊管材或特殊的施工方法的顶管。 第11页 2 术语 2.0.18 触变泥浆 用于填充顶管和土体之间的空间并起到减阻作用的泥浆材料 2.0.19 盘根止水 采用柔软的线状物(如棉、麻、石棉、石墨等)纺织成条状再浸 入复合 树脂(或油漫物)而制成的软填料，用于填塞顶管机与井壁 的空隙，起 到密封止水作用。 第12页 穿墙止水构造（如图） 主要由挡环、盘根、轧兰组成。 轧兰将盘根压紧后起止水挡土作用。为避免地下水和掘土 大量涌入工作井，应在穿墙管内事先填埋经夯实的黄粘土 。 挤压切土法 泥水平衡工具管正面设刀盘，并在其后设密封舱，在 密封舱内注入稳定正面土体的泥浆，刀盘切下的泥土 ，沉在密封舱下部的泥水中而被水力运输管道运至地 面泥水处理装置。泥水平衡式工具管主要由大刀盘装 置、纠偏装置、泥水装置、进排泥装置等组成。在前 、后壳体之间有纠偏千斤顶，在掘进机上下部安装进 、排泥管。 泥水平衡式顶管机的结构形式有多种，如刀盘可伸缩 的顶管机、具有破碎功能的顶管机、气压式顶管机等 。 泥水平衡式顶管机结构及施工 泥水平衡顶管施工的完整系统由顶管机、进排泥系统、泥 水处理系统、主顶系统、测量系统、起吊系统、供电系统等组 成。 刀盘可伸缩式泥水平衡顶管机 为减少对交通的干扰和避免大开挖，大口径圆形 管节在埋深大于3m时，可采用顶管法埋设。 一、机头 概念 机头也可以叫导头或工作管，主要作用是挖 掘管节前的土壤，顶管时把管节导入设计位 置，起到定向纠偏和埋设管节的作用 功能校正挖土方向，挖土，防止管节前土壤坍塌 二、工作坑 工作坑平面呈矩形，一般 沿管道方向较长，深度较深， 坑壁支撑，一般采用钢板桩； 若竣工后坑位无需覆土，可采 用钢筋混凝土沉箱，箱壁应预 留位置正确、大小合适的管孔 ，竣工后沉井可改建成检查 井。 坑的前后壁在管道顶进时 受力巨大，均应加固。 工作坑构造和设施 12345678 9 图7-11 顶进工作井内布置图 1-管节；2-洞口止水系统；3-环形顶铁；4-弧形顶铁；5-顶进导轨； 6-主顶油缸；7-主顶油缸架；8-测量系统；9-后靠背；10-后座墙； 11-井壁 （7）若主顶千斤顶的行程不能一次将管节顶到位时，必须 在千斤顶缩回后在中间加垫块或几块顶铁。顶铁有环形顶 铁和弧形或马蹄形顶铁之分。环形顶铁的内外径与混凝土 管的内外径相同，主要作用是传力；弧形和马蹄形顶铁的 作用有两个，一是用于调节油缸行程与管节长度的不一致 ，二是传力。 （a）环形顶铁 （b）U形顶铁 （c）马蹄形顶铁 顶铁的断面形状 顶管机操作台 后靠背、千斤顶支架、导轨千斤顶 螺旋出土机 顶管配套设备 顶管配套设备 送水、排泥泵 泥浆沉淀池 机械切土法 机械切土： 机头设有刀盘而 进行机械切土， 边切土边顶进， 切削下来的土， 用输送机运至 工作坑。 2、 管节顶进方向控制 在顶管过程中，必须经常观测顶进的管节位置 是否符合设计。 工作井（工作坑或基坑），按其作用分为顶进井（始 发井）和接收井两种。顶进井是安放所有顶进设备的 场所，也是顶管掘进机的始发场所，是承受主顶油缸 推力的反作用力的构筑物，供工具管出洞、下管节、 挖掘土砂的运出、材料设备的吊装、操纵人员的上下 等使用。在顶进井内，布置主顶千斤顶、顶铁、基坑 导轨、洞口止水圈以及照明装置和井内排水设备等。 在顶进井的地面上，布置行车或其他类型的起吊运输 设备。接收井是接收顶管机或工具管的场所，与工作 井相比，接收井布置比较简单。 工作工作井及其布置井及其布置 井内布置内容主要包括前止水墙、后座墙、基础底板 及排水井等。后座要有足够的抗压强度，能承受得了 主顶千斤顶的最大顶力。前止水墙上安装有洞口止水 圈，以防止地下水土及顶管用润滑泥浆的流失。在顶 管工作井内，还布置有工具管、环形顶铁、弧形顶铁 、基坑导轨、主顶千斤顶及千斤顶架、后靠背。其中 主顶千斤顶及千斤顶架的布置尤为重要，主顶千斤顶 的合力的作用点对于初始顶进的影响比较大。 顶进工作井的井内布置 为了适应长距离顶进管道的需要，研制了中继环（又 称中继间、中间站）。即在管道顶进的中途设置辅助 千斤顶，靠辅助千斤顶提供的动力继续顶进管段，延 长顶管的顶进长度，满足敷设长距离管道的需要。 采用中继环时，管道沿全长分成若干段，在段与段之 间设置中继环。中继环是一个由钢材制成的圆环，内 壁上设置有一定数量的短行程千斤顶，产生的推顶力 可用于推进中继环前方的管道。 增设中继环（间） 中继环示意图 管节顶进与接口 管节接口 在一节管子顶进以后，另一节管子下到工作坑里时， 在两节管子接口外侧安装外套环以加固。 流沙地区，除加放外套环加固外，还安放橡胶圈，增 加防渗效果。 F型接口时，首先 将已顶管节的雄口上 套上涂抹硅油以利于 润滑对接的“o”型止水 橡胶圈，再在另一管 节的雌口内安装什木 接口衬垫。管节全部 顶进后，在管内用聚 硫密封膏嵌补什木衬 垫接口处的空缺，并 管内抹平。 （1）中继环推进过程 被推进的只是该中继环和前面一个中继环之间的管段 。在顶进作业中，主千斤顶在每个循环中都最后推进 。借助中继环的逐级接力过程，可将顶管的顶推距离 延长，以适应长距离顶管施工的需要。 图7-15 中继环结构形式 1-中继管壳体；2-木垫环；3-均压 钢环；4-中继环油缸； 5-油缸固定装置；6-均压钢环；7- 止水圈；8-特殊管 （2）中继环的结构形式 DG/TJ08 -2049 一2008 上海市工程建设规范 顶管工程施工规程 Specification for construction of pipe jacking DG/TJ08 -2049 一2008 主编单位 上海市建工(集团总公司 批准部门 上海市城乡建设和交通委员会 施行日期: 2009 年 2 月 1 日 第37页 3 基本规定 3.0.2 顶管施工前应编制专项施工组织设计。专项施工组 织设 计应包括以下主要内容: 1 工程概况; 2 工程的地质、水文条件; 3 施工现场总平面布置图; 4 顶管机的选型; 5 管节的连接与防水; 6 管节的内外防腐 7 中继间的布置; 8 顶力估算及后座布置 9 测量、纠偏方法; 10 顶管施工参数的选定: 11 触变泥浆的配制与管理;12 顶管的通风、供电措施 13 进出洞措施; 14 施工进度计划、机械设备计划及劳动力安排计划; 15 安全、质量、环境保护措施; 16 应急预案。 第38页 3 基本规定 3.0.3 顶管施工前应对施工沿线进行踏勘，了解建(构)筑 物、地 下管线和地下障碍物的状况。 3.0.4 顶管施工中应对邻近建(构)筑物、地下管线进行监 测，并 采取相应的技术措施。 3. 0.9 顶管施工应采用触变泥浆减阻措施，并连续作业。 第39页 6 管材和管道接口 6.2.1 钢筋混凝土成品管制作质量应符合顶管施工法钢筋混 凝土排水管)(JC/T640) 的规定。管节及接口的尺寸精度和抗渗 性能应符合设计要求。 6.2.3 钢筋混凝土管应采用 F 型承插接口形式。 6.2.4 顶进前应对成品钢筋混凝土管、钢套环、橡胶密封圈及衬 垫材料作检测和验收。 6.2.5 钢套环应按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处 应平整。 6.2.6 顶管施工完成后，应先将管接缝清洗、烘干，再采用弹性 密封填料对管接缝进行勾缝。 6.2.7 管节承插前，应用粘结剂将橡胶圈正确固定在槽内，并涂 抹对橡胶无腐蚀作用的润滑剂，承插时外力必须均匀，承插后 橡 胶圈应不移位，不反转。 6.2.8 衬垫板粘贴时凹凸口对中，内外环向间隙应符合要求。 第40页 7 顶管施工 7.2 顶管设备安装 7.2.1 顶管后座安装应符合下列要求: 顶管的后座可采用拼装式后座和整体式后座; 顶管后座的反力墙应整平; 后座应满足千斤顶最大顶力的要求 后座应与顶进轴线垂直，与反力墙之间宜设传力装置 7.2.2 导轨安装应符合下列要求: 导轨安装前，应先复核管道中心位置，导轨的高度应与穿 墙管标高相对应 两导轨安装应顺直、平行、等高，并固定牢靠; 第41页 7.3 测量 7.3.1 地下顶管测量应包括地面控制点复测和地面控制网 的布 设、联系测量、地下平面和高程测量和贯通、竣工 测量。首级控制 点的复测和地面控制网的测量主要技术 要求应符合精密导线测 量的主要技术要求。 7.3.2 首级精密地面平面控制点不应少于 3 个，高程控制 点不 应少于 2 个。地面平面控制网应附合在首级精密导 线点上，通视 良好，并应使定向具有最有利的图形。地 面控制点的选点和测量 应符合精密导线和二等水准测量 的相关要求。 7.3.3 联系测量应包括地面导线测量、地面水准测量、定 向测量 和高程传递测量。 第42页 7.3 测量 1 定向测量宜采用下列方法: 1)全站仪直接传递定向; 2)联系三角形定向; 3)铅垂仪投点定向。 2 高程传递宜采用下列方法: 1)水准测量，应达到四等水准测量的精度; 2)水准仪配合吊钢尺，每次应独立观测三测回，每测回均 应变动仪器高度，三测回测得井上和井下水准点的高差 应小于 3mm; 3) 三角高程测量，应达到四等水准测量的精度。 第43页 7.3 测量 7.3.4 定向测量的起始定向边不应少于 2 条，地下高程的 起始 点不应少于 2 个，并应随顶管掘进不断对定向边和 起始高程点进 行较核。 7.3.5 井上和井下定向的平面测量点应采用固定观测墩的 形式。 7.3.6 定向和导人高程测量应在顶管每掘进 100m 复核一 次，在 距进洞前 50m 时应增加复核不少于 3 次。 7.3.7掘进的首级控制点和复测贯通面洞门的控制点应为相 同点。 7.3.8 管道贯通后应按设计要求进行竣工测量，并提交竣 工测量成果表、竣工图和竣工测量报告。 第44页 7.5 中继间 7.5.1 中继间的设置应根据估算总顶力，管材允许顶力， 工作井允许顶力和主顶千斤顶的顶力来确定。 7.5.2中继间的构造应符合下列要求: 1 中继间拆除后的结构强度不低于管道的结构强度 2中继间的外径应和管道外径相同; 3 中继间千斤顶应予以固定，防止旋转。 4 中继间的止水橡胶圈应耐磨并能更换。 7.5.3中继间宜采用组合式密封形式。 7.5.4 中继间安装完毕后应进行试顶。 7.5.5 第一道中继间宜布置在顶管机后方 20 50m 的位置 。 第45页 7.5 中继间 7.5.7 顶进结束后应立即从顶管机向工作井方向逐环拆除 ，闭合中继间应按设计要求进行处理。 7.5.8中继间拆除后应还原成管道，还原后的管道强度和防 腐 性能应符合管道设计要求。 7.5.9 钢管中继间拆除后，在薄弱断面处宜加焊内环，两 端焊缝 应平滑。 第46页 7.6 触变泥浆 7.6.1 顶进距离为 500m 以内的，宜采用一根总管和一种 浆液注浆。顶进距离大于 500m 的，宜采用二根总管和二 种不同配方的浆液。触变泥浆的材料应选择经销化处理的 膨润土泥浆材料。 7.6.2 长距离顶管，应在总管沿线设置中间接力泵站。 第47页 7.7.2 管道顶进时应符合下列要求: 1 初始顶进速度宜控制在 10mm -20mm/min; 2 正常顶进时，顶进速度宜控制在 20mm-30mm/min， 出 土量宜控制在理论出土量的 98%- 100%; 7.7.3 管道顶进中应采取以下防磕措施: 1 调整后座主推千斤顶合力中心，用后座千斤顶进行纠偏 2 宜将管道前 3-5 节用拉杆相联; 3 出洞口士体应进行加固; 4 加强洞口密封可靠性，防止或及时封堵顶管出洞口的水 土流失。 第48页 7.7 管道顶进和纠偏 7.7.4 管道顶进时应采取以下抗扭转措施 1 顶管机宜设置限扭装置; 2 在顶管机及每个中继间设管道扭转指示针，管道扭转时 宜采 用单侧压重，或改变切削刀的转动方向进行纠正。 7.7.5 防止管道后退的措施 拼装管段时，主推千斤顶在缩回前应对已顶进的管段与井壁 进 行临时固定。 7.7.6 顶管偏离轴线时，应按下述原则进行纠偏: 1 每顶进一节距离(约 2m -3m) 测量一次顶管机的姿态偏 差， 并及时进行纠偏; 2 应超前预测纠偏效果及时调整纠偏角度。 7.7.7 管道顶进时应根据地面监测数据及时调整顶进参数 第49页 7.7.8 控制和减少沉降的施工措施 1 严格控制顶管各项施工参数; 2 顶管机尾部的压浆孔应及时有效地进行跟踪注浆，确保 能形成完整的泥浆环套，压浆时应先压后顶。管道内的压 浆孔应 及时进行补浆，严格控制注浆量及注浆压力; 3 进行实时监测和信息化施工，监测数据应及时报告，根 据 监测数据及时调整施工参数 4 严格控制管节渗漏，当出现严重渗漏时，应及时补漏; 5 顶管结束宜用水泥浆对泥浆套进行固化。 第50页 7.9.1 管道内应设置通风装置及有毒有害气体检测报警 装置。 7.9.2 送风口宜设在距顶管机 12 -15m 处。 7.9.3 对管径较小、顶进距离较长的管道，宜采用压缩空 气送风。 7.9.4 供气量不应小于每人 25- 30m3/h，出口空气质量应 符合 环保要求。 第51页 7.9 通风 7.10 供电 7.10.1 顶管施工用电输出端宜分 3 路，分别供工作井井 上供电 系统、井下顶管系统及井内主千斤顶用电。 7.10.3 井内与管内照明应采用 36V的低压防爆行灯。 7.10.4 管内供电系统应配备触电、漏电保护装置。 第52页 11 安全和环境保护 11.0.2 施工前应对周边建筑物、管线进行调查摸底，制 定合理 的监测方案，对需重点保护的建筑物、管线进行 加密监测。监测 应委托有资质的测量单位，进行信息化 施工。 11.0.3 应制定建筑物、地下管线安全的保护技术措施，并 标出 施工区域内外的建筑物、地