顶管施工工艺

浙江华业电力工程股份有限公司公司原则EnterpriseStandardforzhejiangHuayePowerEngineeringCo.,ltdHYDBP318-压力管道顶管施工工艺导则—04—01公布—04—01实施浙江华业电力工程股份有限公司公布前言本原则重要起草人：张潮本原则审核人：朱文杰、王新宇、刘浩本原则同意人：沈银根本原则自04月01日公布，自公布日起在全公司范畴内试行。本原则由公司工程部负责解释。压力管道顶管施工工艺导则范畴本程序合用于多个工业管道、多个公用管道和多个长输管道的穿跨越工程中的顶管作业。顶管合用范畴顶管施工的合用范畴很大，碰到下列状况时可采用：管道穿越铁路、公路、河流或建筑物时；街道狭窄，两侧建筑物多时；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；现场条件复杂，上下交叉作业，互相干扰，易发生危险时；管道覆土较深，开槽土方量大，并需要支撑时；河道下列施工，采用隧道方式施工不经济或技术上有困难。顶管办法分类按工作面土质稳定性可分为开放式顶管和密闭式顶管，密闭式顶管又分为气压式、泥水加压式、土压平衡式。按管前挖土方式可分为普通顶管、机械化顶管（涉及螺旋钻进式和全方面切削式）、半机械化顶管、水射顶管、挤压顶管。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。按人能否入管内操作可分为大口径顶管和小口径顶管，小口径顶管又涉及挤压式、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。顶管工作坑及附属设施顶管施工的工作坑是顶管施工时在现场设立的临时性设施。工作坑是一种竖井，顶进过程中，顶管的管节不停被吊到工作坑内安装顶进，管内土方陆续从坑下提高到地面上运走。竣工后在其地点修建检查井或阀门井。工作坑附属设施涉及接口操作井、集水井、工作棚、工作台、测量基准点、后背、导轨和基础等。顶管施工工艺设计千斤机顶的顶力计算的理论公式为：Rf=K[f（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。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）。后背的设计计算：Rc=Kr.B.H.(h+H/2)γ.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）；γ----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。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。顶铁普通由型钢焊成，强度和刚度应通过核算。刃脚装于首节管端部，由外壳、内环和肋板构成。外壳以内环为界分成两部分，前面为遮板，背面为尾板。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20°~30°角，尾板长度15~20cm。用肋板增加其刚度，多数肋板按中心角10°~15°位置作放射形设立。普通顶管法的实施（见图1）普通顶管法的合用范畴和工艺流程普通顶管法普通用于顶入的管节内径不不大于800mm的钢筋混凝土管和钢管。顶进长度普通不超出60m。施工的坐标误差普通可达成1cm以内。但当管径不不大于1800mm时，工作面土壁可能会出现稳定性问题，特别是土质松散或碰到地下水时。安装管节布设顶铁安装管节布设顶铁工作面挖土管内运土停顶退程加顶铁顶进土方提高停顶退程加顶铁弃土顶进前的准备工作安装管节管节安装下管前应先进行外观检查，涉及管端面的平直度，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。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，使接口处在刚性连接，避免在顶进中受力产生错口，确保顶进过程中管节高程和方向的精确度。钢浇圈固定管口的方式如图2。钢涨圈是用6~8mm的钢板卷焊而成圆环，宽度300mm。涨圈环外径不大于管节内径30~40mm。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，将钢涨圈牢固地固定在接口处。对于钢筋混凝土管，为了接口填封，应在管节口间预先留出空隙，称预留空隙。平口钢筋混凝土管使用直径30~35mm的麻辫，放在管缝的外缘周边，借以留出空隙，如图2所示。顶管竣工后将钢圈拆除，再往管缝内填打石棉水泥。麻辫除有隔缝的作用外，在顶管过程中，尚能发挥均布顶力和保护管节的作用。挖土顶进管节的方向和高程的控制，重要取决于挖土操作。工作面上挖土不仅影响顶进效率，更重要的是影响质量控制。对工作面挖土操作的重要规定是：必须在规定的范畴内开挖，不得超挖；特别是管底土基弧度120°~135°范畴内，一定要保持管壁与土基表面吻合；不得扰动管底下部的地基土；挖出的土要及时外运；开挖后要及时顶进，及时测量，可使顶力限制在较小的范畴内。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高运至地面。运土量的计算：V=1/4.πD12.η（m3）式中V----单位管节长出土量（m3）；D1----管节外径（m）；η----可松性系数。管内水平运输：管径不不大于800mm可用如图3所示的四轮车运土；管径不不大于1500mm，可采用双轮手推车运土。水下顶管水下顶管由于管顶上受到土压及水压，为确保施工安全，在工作面上不采用普通的人工挖掘办法，而是运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。为了避免倒港口事故，采用的工具管应与普通用的开口式工具不同，需要一种特制的机头，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，确保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、操作室及校正室构成。在土方破碎室与操作室之间设有密封门，将两室分开，以避免泥水流入。在土方破碎室装有照明设备，工作面需要挖土时，告知地面上的水泵供水，操作室内的操作人员掌握水枪，并不停转动水枪，使它以不同的角度切土。为了避免土块堵塞格栅，设有冲刷喷头，不停去除栅前积土，以确保泥水畅通。校正室是调节机头方向的操作间，内部设有校正千斤顶，以及时校正管子迈进中的高程和中心的偏差。小口径水射顶管的管径普通合用于50~500mm的钢管，穿越的距离普通不超出40m。穿越的土层最佳是粘性土，并且不适宜穿越重要的建（构）筑物。图4为小口径水力机械法顶进的示意图，其重要设备有：供水泵、排泥泵、顶进设备、喷嘴、导向架。铁路下严格控制地面变形的顶管不管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同意后才干开始施工，为安全因素普通采用的方法有：规定低速行驶，减少冲击和颠簸；建立多班制，持续工作，缩短施工周期；架设临时铁路桥或装设轨束，减少对下部土体的压力；在地基土中注入多个增强剂，使土层趋于稳定；顶进时注入膨润土悬浮液，减少上部土体的沉降量；在工作面上采用人工挖土，减少超挖；设立固定监测装置，加强监督，经常观察土层的沉降量；经常检查路轨与否有偏移和不均匀沉降；准备铁路抢修施工力量，一旦出现异常及时抢修；设立必要的安全装置和信号装置；顶管超挖形成的缝隙立刻加以回填捣固；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；顶管结束后，直至沉降完全停止之前不停地对铁路进行铺垫和校正。具体采用上述哪些方法，取决于铁路的路基状况、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。顶管工程的测量监督及误差校正顶管施工时，为了使管道按照规定的方向迈进，在顶进过程中必须不停观察管节迈进的轨迹，当发现偏离设计位置时，就要及时地进行校正。因此规定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：顶进前的准备阶段测量涉及工作坑的方位、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，位置对的，后来的管子才干顶好。顶进过程中的测量重要是对工具管和首节管进行测量，此种测量观察频繁，正常顶进时每顶进30~40cm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40~60cm还需对整个顶进管进行复测，重要是检查中间管节有无下沉现象。工程竣工测量普通是每节管都应测量，根据测量成果绘出竣工图。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立牢固，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。基线设立好后，就以此基线为准测量顶管的中心。中线的测量办法可根顶距的长短、精度规定的高底而不同。惯用的办法有：三点移线法、经纬仪测量、连通管测量法、激光测量。顶管工程产生误差的因素诸多，重要有：质构造的变化，基础土层软硬悬殊；顶进千斤顶用力不均；导轨移位，工作坑基础沉陷；局部障碍物偏向施力；挖土操作时开挖的尺寸不适宜；顶进管节的端面不平行。顶管误差校正是逐步进行的过程，一旦形成误差不易立刻将已顶好的管进行校正，而是逐步由误差调节到对的，惯用的校正办法有：挖土校正法：采用在不同部位增减挖土量的方