人工掘进式顶管施工方法

1、人工掘进式顶管施工方法1 前言1.1 顶管施工位于- 的东南侧，北临新园路与-，东临二号路，西邻- 用地。为配合现场施工时雨水 排放，需施工排出厂外的雨水管道，管道出场地后穿过新园路进入路北侧的市政 排水渠。考虑到新园路为厂区主要道路， 且来往车辆频繁，为了减少管道施工对 道路通行和对现场环境的影响。经过专家组评审，决定采用人工掘进式顶管施工 的方法进行施工。排水管道采用钢筋混凝土顶式排水管，管径-DN2000mm 管线长度为 60 米。2 工法特点2.1顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的

2、摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完 成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸把管道直 接从工作井内穿过土层一直推进到接收井内，埋设在工作井和接收井之间。2.2 非开挖顶管施工采用油压驱动，可以在很深的地下敷设管道，施工时噪 音远远小于开槽式敷设管道，噪音以及震动都很小，几乎没有地盘沉降的现象， 对周遭的影响降低到最小程度，无需隔断交通；可以安全的穿越铁路、街道等建 筑障碍物，而且在较深的埋深情况下施工成本要小于开槽式敷设管道。2.3 特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综 合功能。这种技术的优点是：不开挖地面；不拆迁，不破

3、坏地面建筑物；不破坏 环境；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。3 适用范围3.1该技术广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各 种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任 何建筑物。人工掘进式顶管施工适用铺设距离在 100 m 以内的地下管道，地质土 层水分较低，无大块岩石并易于挖掘的土层中。4 工艺原理4.1 顶管施工工艺原理就是在所施工的管线间制作一个工作井和一个接收井，借助油缸的推力，把要施工的管道分次、分节从工作井顶进到接收井的一种 不需要开挖路面的铺设地下管道的施工方法。顶管施工可根据 GB50268-2008给 排水管道

4、工程施工及验收规范6.3 条进行。5 工艺流程及操作要点5.1 顶管施工工艺流程如下：5.1.1 施工准备一进场一工作井施工一提升设备安装一靠背安装一导轨安 装一开洞门施工一顶进设备安装一顶进一接口压浆封闭-试水一交工。5.2 工作井施工5.2.1 工作井是顶管施工的工作场所。其位置可根据以下条件确定：1. 单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；2. 考虑地形和土质情况，有无可利用的原样土做后背；3. 工作井与可能穿越的管线，建筑物要有一定安全距离；4. 距水、电源较近的地方；5. 工作井不影响地面交通等。5.2.2 工作井的尺寸1. 工作井应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操

5、作间距，井底长、宽尺寸可按如下公式计算：单位：mW=D+(2.43.2 )(5.2.2-1 )式中：W工作井底宽度；D被顶进管外径。2. 底长可按如下公式计算：L= L1 + L2+ L3+ L4+ L5(5.2.2-2 )式中：L工作井底长；L1管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，一般留 0.2m；L2每节管子长度；L3出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.01.5m ；L4液压油顶长度；L5靠背所占工作井厚度。本工程工作井为直径 6m 的现浇混凝土工作井。5.2.3 工作井施工1.工作井施工工艺流程：施工准备一场地平整一测量放样一开挖第一模一绑扎钢筋一立外模一灌注 第一节及砼养护一开

6、挖第二、三模一基底清理一封底一浇筑底板砼一灌注顶盖板。本工程的工作井场地地质条件一般， 开挖临近交通要道，工作井开挖过程中 必须采取可靠的挡土措施。工作井采用机械开挖，人工护壁施工。本工程中的工 作井和接收井为现浇混凝土结构，工作井施工可见下图:图 523-1顶管工作井施工图 523-2 顶管施工工作井图 523-3顶管施工接收井5.3 提升设备安装531 本工程采用 DN2000 钢筋混凝土顶式排水管，每节管长度为 2 米，单 节管重约 8 吨，现场选用 16 吨单轨吊作为钢筋混凝土顶式排水管下管和土方外 运的提升设备。提升设备安装可见下图：图提升设备安装5.4 靠背与导轨安装5.4.1 本

7、工程中靠背采用现浇 C35 混凝土墩作为液压油顶顶进时的工作靠背。 靠背高度为 1.5 倍液压油顶外筒体直径，厚度为 1.5 米。导轨安装是一项关键工 序，其位置准确与否与导轨高程的精度直接影响管子的顶进质量。本工程中导轨采用 20#曹钢，安装后的导轨顺直、平行、等高，其纵向坡度与管道设计坡度一 致，导轨应牢固，不得在使用过程中产生位移或过大变形。根据管道设计标高和 中心线，调整导轨面控制误差在 5mm 以内，调整导轨中心线与管道中心线偏移误 差在 5mm以内。靠背和导轨安装完成后，在工作井底浇筑混凝土至导轨顶上表面， 作为顶管施工工作面，靠背和导轨安装可见下图，图靠背与导轨安装5.5 开洞门

8、施工5.5.1 靠背和导轨安装好后，在工作井壁上画出管道施工位置，并用风镐对 工作井内壁进行人工凿除。施工过程见下图：图开洞门施工5.6 顶进设备安装5.6.1 根据本工程施工的钢筋混凝土顶式排水管，选择两个 250 吨的液压油 顶作为顶进设备，液压油顶安装应确保其着力中心位于管道总高的四分之一处， 且不小于靠背高度的 1/3，并与管道中心线在同一垂直面上，两个液压油顶中心 线与管道中心线对称，即其合力方向应与管道、中线一致，且各油顶的油管应并 联在一起。顶铁安装后，其轴线应与管道平行、对称，顶铁与导轨接触的一面不 得有泥土、油污。顶进设备安装见下图：图顶进设备安装5.7 顶进开洞门施工完成，

9、且顶进设备调试完成后，可开始混凝土的顶进工作5.7.1 下管5.7.2 土方开挖1.人工挖土时，管前挖土一般应在管内操作，以确保安全，土质容易塌方时 必须随挖随顶，液压油顶及出土工作时的操作，均应听从挖土人员的指挥，不得 擅自蛮干。土方开挖可见下图。管前挖图是保证管道质量和管上建筑安全的关键， 挖土应遵循下列规则：1）一般顶管地段，如果土质量好，可超越管端 3050cm2）在不允许土质下沉的地段，管子周围一律不得超挖;3）在一般顶管地段,1.5cm，但下面 135范围内不得利用提升设备将第一节管子下到导轨上，管道中心线依据设计图上的位置而定，前端和后端的高程应符合设计要求。下管施工可见下图：图

10、钢筋混凝土顶式排水管下管超挖5.7.3 管道顶进1. 第一节管下到导轨上后，应测量管子的中线及前后端的管底高程， 确认合 格后方可顶进。第一节管子作为工具管，其顶进方向的准确度是保证整段顶管质 量的关键。因此要求每顶进 0.3m 则对管道的中心和高程均测量检查一次，在正 常顶进中，每顶进0.51m 则进行测量检测一次。2. 中心线测量一般根据工作井内设置的中心桩挂设线绳， 用特制中心尺进行 检查，高程测量则用水准仪和特制的高程尺进行检查，工作井内应提前设制一个 固定的水准点，以便测量高程时相互闭合。3. 管道顶进昼夜两班不停进行，充分发挥机械的效率，同时防止由于中途停 止，摩擦力增加，造成顶进

11、困难，但在顶进进程中遇到下列情况之时，则应停止 顶进，并迅速采取措施处理完善后再顶进。1） 顶管前方发生塌方或遇到障碍；2） 后背倾斜或严重变形；3） 顶铁发现有扭曲现象；4） 管位偏差较大，而且校正无效；5） 顶力较大超出计算顶力，超过管口准许顶力。4. 管道顶进每班均应填写施工记录，施工记录应包括顶进长度、顶力数值、 管位偏差校正情况、土质水位变化及出现的问题和注意事项。 交接班时，应用施 工记录以文字进行交接。5. 管道顶进采用人工挖掘顶进的方式，运土用手推车，水平运输人工推运， 垂直运输用提升设备提升至地面再运走。顶进前，应在管节后用弧形护口铁，再 用顺铁作顶铁，以保护管子末端，防止由

12、于应力集中造成局部损坏。顶进开始时， 应缓慢顶进，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。首节管顶进后，要检差 管前管后高程及中心线，经检查无误后方可正式顶进。首节管的质量是整个工程 的关键，所以在施工中对于首节管要严把质量关。顶进过程检查动力系统运转是 否正常，检查纠偏系统运转是否正常，并调整好顶进的中心及高程。6. 顶进纠偏操作要坚持“小纠”、“勤测”、“勤纠”的工艺原则。纠偏必须遵 循两个原则，一是每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势。二是有高低与左 右均发生偏差时，先纠高低，后纠左右。在具体施工中一定要看趋势，综合分析,唯有这样才能达到减少管节的蛇形状态，保证施工质量。7.管道开始顶进

13、和土方挖掘施工，工作程序可见下图:图 5.7.3-1 管道开始顶进图 573-2 顶进及人工挖掘土方外运8.顶管过程中，一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子，继续挖掘土 方和顶进，如此循环施工直至将钢筋混凝土顶式排水管从工作井顶进到接收井。 在管道顶进到接收井时，需要对接收井内壁进行凿除。人工挖掘土方工作和管道 顶进过程，以及顶进到接收井可见下图：图 5.7.3-3 人工挖掘土方图 573-6管道顶进到接收井6 材料与设备6.1 顶管施工主要材料见下表:表顶管施工主要材料序 号材料名称规格型号主要技术指标备注1热轧带肋钢筋HRB40016GB/T1499.2-2007工作井、接收 井2热轧

14、带肋钢筋HRB40025GB/T1499.2-2007工作井、接收 井3钢筋混混凝土顶式排水管2000 x2m外压裂缝 荷载KN/m 200施工管道荷载破坏 荷载 2726.2 顶管施工主要机具及工器具见下表:表顶管施工主要机具序 号机具名称规格型号主要性能及参数数量备注1履带式 挖掘机PC220-8标准斗容 1.0m31 台土方挖掘额定工率 125KW2电动葫芦CD1-16t起升高度 9m1 台提升设备运行速度 3.5m/min运行速度 20m/min3液压油顶FY-CLSG-2506行程 1.0m1 套管道顶进 设备推力 2500KN4活塞式 空压机VA-100气桶容量 170L1 台风镐

15、用气功率 5.5KW5气镐G7工作气压0.4-0.5MPa2 台人工土方 挖掘冲击能量33J6GPS 测量仪A90测量精度 0.8mm1 台工程测量7水平仪GOL 32D水平精度 1mm/30m1 台工程测量7 质量控制7.1顶管工程施工质量应遵照 GB50268-200&给水排水管道工程施工及验收 规范的规定执行，还应符合下表的要求：表顶管施工质量控制项目允许偏差钢筋混凝土顶式排水管最大偏角0.5 管线轴线偏差L 100M50mm标咼偏差L 100M+30 -40相邻管节错口 15mm 无碎裂接口抗渗试验应达0.11MPa内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出7.2 关键工序顶进工作的质量控

16、制技术措施721 顶进工作的关键点1. 测量工作是整个顶管工程施工质量的关键，它的实施好坏将直接影响到 管线线形的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通，因此需精心实施，确保无误。2. 测量包括高程测量和左右偏差测量两部分。3. 高程测量较简单，在地面上把永久性水准点引测至井边，通过垂直吊钢尺引测至井下，设临时水准点，再在管道内架设水准仪测至管道上的标靶，即可知道管道高程的偏差。此水准还可从管道测出来，闭合差按二级水准控制。4. 轴线测量，在井内设固定的测站，根据设计坡度，经纬仪调好垂直角度， 从镜子看光靶上刻度。5. 顶进中要做到勤测量、勤纠偏、微纠偏，在进洞和出洞阶段适当增大测 量密度，出现偏差应

17、马上纠偏，减少与轴线的偏差次数。前两节连接成整体。6. 管道每推进 250-300mm 寸测一次中心轴线，若发现偏移趋势就进行纠偏，若偏移量达到 20mm 寸，立刻停止顶进，查明原因有措施保证后再顶进，确保顶管轴线的质量，勤测勤纠。顶进纠偏普遍采用调整纠偏液压油顶的编组操作，若管道偏左侧液压油顶采用左伸又缩方法，反之亦然。如同时有高程和方向偏差， 应先纠正偏差大的一面。7. 根据地面和地表构筑物沉降监测反馈信息及时调整土压力控制值、出土量与顶进速度8. 若发现沉降值超标，立即停止顶进，查明原因，采取相应措施后才能重 新顶进，确保地面建筑物安然无恙。9. 刚开始向井下卸管、装管时，用钢支架固定已

18、顶入的管节，防止液压油顶 缩回过程中管节后退。8 安全措施8.1 现场安全管理措施8.1.1 本工程涉及到顶管管节吊运、施工沿线的高压线保护、地下管线的保 护、基坑开挖、顶管进出洞。在确定重点部位的前提下，落实监控人员，确定监 控的措施方案和方式，实施重点监控，必要时连续监控。8.1.2 顶管管节的吊运必须落实吊运的设备、确定吊运吨位的匹配，对吊运 的索具进行配置。制订相应的分项安全技术措施和操作规程，在吊运过程中进行 监控。严格执行人员在井内交错作业并对起重设备的操作人员和指挥人员进行安 全技术交底。8.1.3 顶管进洞、出洞是顶管掘进的重点。工程项目部将对顶管进出洞制订 安全技术方案，细化

19、安全措施，对进出洞作业班组进行详细的交底，在进出洞过程中，确保安全员全过程监控。8.2 顶管安全操作规程8.2.1 顶管设备的选择应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。8.2.2 导轨应选用钢质材料制作，安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生 位移，并应经常检查校核。8.2.3 液压油顶的安装应固定牢靠，并与管道中心的垂线对称，其合力的作 用点应在管道中心的垂直线上。液压油顶为两台时，其规格宜相同。8.2.4 液压油顶的油路应并联，每台液压油顶应有进油、退油的控制系统。8.2.5 油泵安装应与液压油顶相匹配，并应有备用油泵，

20、油泵安装完毕，应 进行试运转，合格后方可使用。8.2.6 顶进前全部设备应经过检查并经过试运转合格。8.2.7 顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并应随时观察顶铁有无异常迹象828 顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度 顶进。829 顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经处理后 方可继续顶进。8.2.10 液压油顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。8.2.11 顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫。8.2.12 管道顶进应连续作业。管道顶进过程中，遇下列情况时，应暂停顶 进，并应及时处理。1. 工具管前方遇到障碍；2. 后背墙变形严重；3. 顶

21、铁发生扭曲现象；4. 管位偏差过大且校正无效；5. 顶力超过管端的允许顶力；6. 油泵、油路发生异常现象；8.3 井下顶管内的通风8.3.1 顶管施工过程中，必须保证管内的空气流通，防止施工过程中遇到进 入管内的有毒有害气体。施工现场必须配备通风机，具体送风措施：在工作井中 安装鼓风机，将通风管接入管道里面，每隔6 米设置一个排风口。保证送风 24小时进行，同时准备急救氧气包等急救药品及物资。8.4 井口临边及上下井防护措施8.4.1 井口临边防护栏杆按照(JGJ59-2011)严格执行，施工人员上下井钢 梯应符合规范要求。8.5 临时用电8.5.1 施工现场的临时用电严格按施工现场临时用电安

22、全技术规范的有 关规定执行。临时用电线路的安装、维修、拆除，均由经过培训并取得上岗证的 电工完成，非电工不准进行电工作业。电缆线路应采用“三相五线”接线方式， 电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度及线距符合 安全规定，并应架在专用电杆上。室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏 电保护装置。各类电器开关和设备的金属外壳，均设接地或接零保护。配电箱要 能防火、防雨，箱内不得存放杂物并应设门加锁。检修电气设备时必须停电作业, 电源箱或开关握柄上挂“有人操作、严禁合闸”的警示牌或设专人看管。8.6 顶管穿过道路安全防护措施861 当顶管施工顶进到道路路面下时，路面上交通实施临

23、时管制措施，封 闭西东向半幅道路，另半幅道路作为车辆通行路线。保证路面下顶管施工时不会 受到车辆通行时对路面的荷载。同时路面下顶管顶进过程中，应严密监测道路沉 降观测点，保证顶进施工的安全。当顶管顶进到另半幅道路时，再将此半幅道路 封闭，另半幅道路作为通行路线。顶管施工穿过道路的安全防护措施见下图：图顶管施工穿过道路安全防护措施9 环保措施9.1 该顶管施工工程需要穿越市政道路，且覆土深浅不一。顶管施工时，需 确保路面的绝对安全。为了保证在施工中做到对环境的充分保护，我们将从以下几方面采取措施，来控制沉降，确保道路的安全。9.1.1 道路与房屋的沉降监测1. 监测范围根据道路及房屋安全保护监测

24、的有关规定， 并结合以往类似工程的一些经验, 本次监测范围为 2000mn 顶管中心轴线至地面 5 米范围内。2. 监测内容主要针对地面的沉降量进行监测。1）在顶管中心轴线上方地面布置沉降观测点2）在顶管轴线上可能影响到的建筑物上布设沉降观测点。3. 测点布置1）地面上沉降观测点布设：沿顶管轴线方向布设，顶管起始段50m 范围内每隔 10m 布点。4. 监测措施1）严格按照有关技术规范和规定进行施工全过程跟踪监测。2）监测点的设置与建设、监理、顶管操作单位等多方协商，并明确标明监 测点的位置。3）监测频率为每天 1 次，视施工情况加密监测频率，在关键部位要及时跟 踪监测并提供监测报告，遇特殊情

25、况，提供速报并及时处理。4）监测仪器事先经过有关技术部门的标定和校正，以保证监测数据的可靠 性。5）当监测值接近报警值时，及时预警，并提请有关方面注意；当达到报警 值时，及时上报，并分析原因。6）施工监测工作延续到施工结束后，观测值稳定一周后方停止监测。7）路面沉降达到 1cm 时为报警值。管线报警值为 0.5cm。 9.2 文明施工9.2.1 现场施工地点应悬挂按照 GB2892008安全色和 GB2982008安全标志规定的标牌。施工现场设置大幅安全宣传标语。 施工现场出入口设 置施工牌，还需设置各种标志牌、防火须知牌、安全生产无重大日计数牌、工地 主要管理人员名单。9.2.2 施工现场设

26、施的设置涉及到大型设备、必须设置隔离栏杆，以上设施 与防护栏必须有 2m 以上的安全通道。工作区域外沿 1.01.5 米四周封闭布置 2.5 米高的钢制护栏。9.2.3 施工现场的材料堆放要有明确的位置，明确的标识，土方要有围护措 施。各类钢材、钢模、脚手架管堆放整齐，明码标牌，并对每个堆放点树立铭牌。9.2.4 工地生活区应设置宣传文明施工、企业文化和安全为主的宣传栏，生活区必须配备宣传栏10 效益分析10.1 顶管施工项目经费投入情况，见下表：表顶管施工经费投入情况主要工艺：人工掘进式顶管施工工法技术措施费科目摘要说明金额（元）工作井、接收 井施工费土方开挖 3.14X3.5 2X6X2=462n3热轧带肋钢筋原材料 15.7 吨C35 混凝土 120m3土方回填 170n3工作井施工机械工作井施工管理和作业人员土方外运工作井施工土方外运，外运距离 3km 内市政绿化改造 费接收井上市政绿化移除与恢复顶管施工费DN2000 混凝土管顶进施工 60m安全文明 施工措施费顶管施工，安全、文明施工措施费10.2 传统明挖法施工经费投入情况，见下表：表 明挖法施工项目经费投入情况|主要工艺：人工掘进式