雨污水管道工程施工方案及施工方法

雨污水管道工程施工方案及施工方法

1.1总体施工方案

1.1.1管节订货生产

各种材质的管节订货生产，选择上海市有资质、质量信誉好

的厂家生产。对于大批量用管，如果一个厂家生产能力有限，难

以满足施工进度要求，则应增加订货渠道。

积极配合工程监理组织日常检查、抽查、试验等方法检查鉴

定产品质量是否满足本工程质量要求。

1.1.2顶管施工

本标工程顶管施工主要集中在淞发路或与之紧邻的其它路

段。

顶管施工工作井和接收井围护结构为中700SMW工法桩，钢

筋碎内衬采用工程用胶合木模板（方井主要采用钢模）；井底压缩

注浆厚度3.00m。考虑到水泥土桩身抗渗性能不太理想，井周布置

管井井点抽排水。

本标工程顶管管径主要为①1000管，各段顶管长度在23〜

279m之间，由于管内净空小，出土困难，按一般做法，均采用泥

水平衡顶管机头。由泥浆泵泵出的泥水经过高频振动泥浆筛和旋

流除渣器分离后，泥水返回机头泥水仓，软土在附近空置场地上

临时贮存，夜间用泥浆槽车运出。

本标段唯一直径较大的顶管为中1650管，顶管长度71m,采

用土压平衡顶管机头。由于运距较短，采用螺旋机出土入手推车

斗，人工推出管外，再用吊车吊出工作井。

顶管主要安排：主要原则是：配合道路施工，顶管施工由段

连成片，施工一片，利索一遍，不搞全面开花，增加交通疏解难

度。

首先进场施工的将是两台①1000碎管顶管机头，各自完成的

段落顺序如下所列：

其一：从淞发路到W1-5工作井向W2-2接收井顶管，长度

220m；完成后从淞发路W1-5工作井向W4-2接收井顶管，长度

279m,累计顶管499m。

其二:从淞发路W2-4工作井向W2-2接收井顶管，长度103m,

完成后从淞发路W2-4工作井向W2-5接收井顶管，长度27m；再

从淞发路W2-6工作井向W2-5接收井顶管，长度23m；接下去是

从W2-6工作井向W2-7接收井顶管，长度34m；从淞发路W3-2

工作井向W2-7接收井顶管，长度193m；从淞发路W3-2工作井

向W3-4接收井顶管，长度201m。累计顶管581m。

第二批进场施工的是①1350、①1650碎管顶管机各一台，分

别完成淞南路Y2-5工作井向Y4-7接收井顶管，长度25m；淞良

路Y2-8工作井向Y2-10接收井顶管，长度71m。

1.1.3骑马井施工

骑马井施工前地下管位下按设计要求的范围，进行压密注浆

加固，骑马井筒，采用附近场地就近预制，类似于下沉井的方法;

施工中做好测量定位工作，采用管井井点降水。骑马井施工在顶

管工作完成后连贯进行。

1.1.4截留井施工

截留井采用钢板桩围护，轻型井点排水，机械挖土方式成坑,

现浇钢筋硅主体结构，并配合管道敷设，完成井壁预留洞口处管

道连接安装。

1.1.5管道开槽埋管施工

管道开槽分段按顺序进行，每槽段开挖长度30〜50m,基坑

挖深较浅的采用横列板支护，较深的采用钢板桩支护。单排轻型

井点降水，施工一段，成活一段，开槽段沟槽两侧不留余土，所

需的良质土由后段开挖时产生。

管道开槽施工可同时开展3〜4个工作面，但要相互分开，以

免严重影响交通。与顶管施工井相连的管段，应根据施工计划安

排，暂缓施工。

1.2顶管施工

1.2.1顶管主要工作量

淞发路W1—5工作井向W4—2接收井顶管，长度279m,中

1000钢承口钢筋碎管，管底标高：起点-3.06,终点-3.54；

淞发路W1—5工作井向W2—2接收井顶管，长度220m,中

1000钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：-3.06,终点283；

淞发路W2—4工作井向W2—2接收井顶管，长度103m,中

1000钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：-2.74,终点-2.83；

淞发路W2-4工作井向W2-5接收井顶管，长度27m,①

1000钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：-2.74,终点-2.72；

淞发路W2-6工作井向W2-5接收井顶管，长度23m,①

1000钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：-2.70,终点-2.72；

淞发路W2-6工作井向W2-7接收井顶管，长度34m,中

1000钢承口钢筋硅管，管底标高：起点：270,终点-2.67；

淞发路W3—2工作井向W2—7接收井顶管，长度193m,中

1000钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：251,终点-2.67；

淞发路W3—2工作井向W3—4接收井顶管，长度201m,①

1000钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：-2.5L终点-2.35；

淞南路Y2-5工作井向Y4-7接收井顶管，长度25m,①1350

钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：-3.80,终点-3.83；

淞良路Y2—8工作井向Y2—10接收井顶管，长度71m,中

1650钢承口钢筋碎管，管底标高：起点：-1.50,终点-L42；

1.2.2顶管土层情况

由《勘察报告》中工程地质剖面图中得知：淞发路顶管管底

标高在235〜-3.54之间按设计坡度变化，顶管工作主要在②3土

层中进行，较深处切入③土层中约十几厘米；淞南路顶管管底标

高为-3.80〜-3.83,顶管管体下部在③土层中约0.45m深，其余大

部分在②3土层中；淞良路顶管管底标高为-1.50〜-1.42,顶管基

本在③土层中进行。②3层土质为灰色砂质粉土，③层为灰色淤泥

质粉质粘土。

1.2.3顶管线路沿线情况

淞良路顶管Y2-8井至Y2-10井线路，位于淞良路与淞发

路交叉口处，横跨淞发路。工作井处左侧为某建筑工地，右侧为

淞南二村居民楼，接收井处左侧为淞南地段医院，右侧为空地，

地下有污水、雨水、电话、上水四道管线。

淞南路顶管Y2—5工作井至Y4—7井线路，位于淞南路与淞

发路交叉口处，工作井在淞南路上，接收井在淞发路上与两路呈

斜交。工作井处左前侧为空地，右后侧为居民楼，接收井处右前

方为居民楼。地下有污水、雨水、电话、上水四道管线。

淞发路顶管从长江南路至淞肇路段目前仍为居民区，待拆迁。

从淞肇路至淞良路段路北侧为居民楼区，路南侧大部分为空地。

地下有四道管线。

1.2.4顶管机头选择

根据前述土质和施工环境条件，同时考虑到顶管距离、顶管施

工排土、施工时地面沉降控制难易程度等，顶管机头选型为：①

1000管和①1350管，采用泥水平衡顶管机，①1650管采用土压平

衡顶管机。

各型机头性能指数如下：

表4-2-1各型机头性能指数

型号泥水平衡式土压平衡

参数DBNP-DBNP-DDTP-

外型尺寸（mmX1220X1675X2020X

额定推力（KN）300040006000

纠偏油缸（KNX45X480X480X4

最大修正角度1.5°2°2°

刀盘电机（KW）11.5157.5X3

总功率（KW）808555

重量（KG）600087009100

1.2.5中继间布置

由于主顶油缸允许最大顶力是由顶管工作井结构的强度和顶

管后靠土体的稳定性以及管节结构限定的，因此仅靠主顶顶力在

顶管距离较长时是无法达到顶进终点的，必须设置一定数量的中

继顶，采取逐段接力顶进。当顶进推力达到允许最大顶力的70%

左右时，就要设置一只中继间，而当主油缸达到总推力的90%时,

就必须启用中继顶。

由于本工程中“F”型钢承口式钢筋碎管道实际覆土超过通用

图取值范围，则需采用加强措施另行设计。

⑴顶管总推力计算

掘进机头迎面阻力Fo

经计算机头切削面泥水压上限值和下限值分别为：

表4-2-2机头切削面泥水压上限值和下限值

泥水压上泥水压卜

机头中心地下水位下静止侧压

管径限值限值

埋深（mm）埋深（mm）力系数

（KPa）（KPa）

①1000

7.25.2〜6.70.31123107

管

01350

7,45.4〜6.90.31125110

管

①1650

7.55.5〜7.00.54137113

管

机头土舱实际控制值应介于理论计算值的上下限之间。如设

定值为:

①1000管机头：HOKPa上限值130KPa

①1350管机头：115KPa上限值135KPa

①1650管机头：125KPa上限值145Kpa

此时机头迎面阻力按式Fo=l/4nD2Pmax计算，则有:

Fo（①1000管机头，外经L24m）=157KN

Fo（①1350管机头，外经L65m）=289KN

Fo（①1650管机头，外经2.07m）=488KN

管道的综合阻力Fl

Fl=uJiDL

考虑宝山区施工时实测管壁外周摩阻力值，在管壁外侧同步

注入触变泥浆情况下，平均值均为4KN/m2,故口取此值。计算

结果见表4-2-3所列：

表4-2-3管道摩阻力值

顶管段落管径顶管长度管壁摩阻力

wi—5fW4①10002794345

Wl-5—W2010002203426

W2-4-*W2①10001031604

W2—4fW2①100027421

W2-6—W2①100023358

W2—6fW20100034530

W3—2-W2①10001933006

W3—2—W3①10002013130

Y2-5fY4①135025518

Y2-8-*Y2①1650711846

总推力F

F=FO+F1

累加的结果见表4-2-4：

表4-2-4管道总推力值

W1—5—W4—24520KN

W1一—W2—23ss3KN

W2—4—W2—21761KN

W2—4fW2—557NKN

W?—6->W?—5515KN

W2—6—W2—7687KN

W3—2->W2—73163KN

W3—2—W3—4及X7KN

Y2——Y4—7A07KN

Y2ffY2—102334KN

⑵各工作井设计情况:

表4-2-5矩形工作井

W1-5W3-2

基坑围护结构①700双头SMW①700双头SMW

平面内净尺寸9.0mX1.5m9.0mX1.5m

搅拌桩深度11.91m11.92m

H型钢插入深度11.41m11.42m

H型钢型号500X300X12X500X300X12X

基坑挖深8.41m9.92m

钢支撑3道3道

内衬碎强度等级C25C25

内衬底板厚度0.5m0.5m

内衬环壁高度3.0m3.0m

内衬壁厚0.50mX0.25m0.50mX0.25m

板底注浆厚度3.0m3.0m

工作坑最大允许顶2500KN2500KN

顶力后座最小面积1.0mX1.0m1.0mX1.0m

后靠土体加固自行决定自行决定

表4-2-6圆形工作井

W2-4W2-6Y2-5Y2-8

基坑围护结构中700双头①700双头中700双头①700双头

半囿内净尺寸①8.00mO8.00m①8.00mO8.00m

搅拌桩深度11.75m11.90m17.15m17.30m

H型钢插入深度11.25m11.40m16.65m16.80m

H型钢型号500X300500X300500X300500X300

基坑挖深8.25m8.40m9.65m9.80m

钢筋碎围橡3道3道3道3道

内衬碎强度等级C25C25C25C25

内衬底板厚度0.40m0.40m0.40m0.40m

内衬环壁IWJ度2.68m2.68m2.68m3.00m

内衬环壁壁厚0.25m0.25m0.25m0.25m

板底注浆厚度3.0m3.0m3.0m3.0m

工作坑最大允许2500KN2500KN2500KN2500KN

顶力后座最小面l.OmX1.0mXl.OmXl.OmX

后靠土体加固自行决定自行决定自行决定自行决定

⑶工作井的后靠土体稳定验算

本工程中工作井顶管总推力大于最大允许顶力2500KN的只

有二个井：Wl-5、W3-2；接近的只有一个Y2-8,计算后靠土体

稳定性时只需考虑这三个井。先考虑矩形工作井：

由SMW工法桩支护的顶管工作井，顶管顶力P通过承压壁

传至桩后的后靠土体，因工法桩自身刚度较小，承压壁后的土压

力一般假设为均匀分布，而桩两端的土压力为零，则总的土体抗

力呈梯形分布，见下图：

图4-2-1土体抗力图

图中P。为承压壁后靠土体因P荷载作用产生的反力（KN/m2）,

设承压壁宽度为b,则有

pH

p。：—i—i---------i—

力2+54+5,3h2b——Tib1

将已知数据代入上式，有如下结果（按最大顶力2500KN计）:

Po（W1-5）=67KN/n?

Po（W3-2）=67KN/m2

Y2-8工作井为圆形，单向顶进，作较为复杂的分析计算后，

可得如下近似结果（按最大顶力2350KN计）：

Po（y2-8）=5OKN/m2

后靠土体的稳定条件为

加4>SP。

式中Y——土的重度（KN/m3）,

S稳定系数，一般取s=LO〜12后靠土体土质

条件越差，S取值越大；

入一一综合土压力系数，计算时根据以下分析：

由于工作井钢筋碎内衬结构总体性较强，后靠土体在抵抗顶

力荷载同时，还要平衡另一相对侧土体的主动土压力。依较保守

的算法：

4="Ka+2C（V^7+灰）/九

式中：Kp——被动土压力系数，Kp=tan^45°+^

Ka-----主动土压力系数，Ka=tan[45。-?

C——土体的粘聚力，KPa；

<P——土的内摩擦角

从《勘察报告》中了解到：W1-5井处地层当hl=L91m时，

为②3土层；在深度7.6m时进入③土层；

W3-2井处地层当hl=1.42时，为②3土层，承压壁范围内均

在此土层内；

Y2-8井处地层当hi=6.72m时，为②3土层，在深度7.4m时,

进入③土层。

下表为人值计算结果：

表4-2-7入值计算结果

添鹿士伏童"庶c佰(P、倩主管

W1-51Q118.5?n9Q

7的10R111

W^_9149a?9Q?740

Y2-8A791Aaoanno

7401AS1s1sod

W1-5工作井承压壁后靠土体较差的③层土稳定条件为:

协］=1.128x18.5x7.6=159(KRz)>S4=1.2x67=112(KPa)

W3-2工作井显然是稳定的。

Y2-8工作井承压壁后靠土体较差的③层土稳定条件为：

的％=1.504x18.5x7.4=206(KPa)>S4=1.2x67=112(KPa)

因此得出结论，按照设计规定的最大允许顶力施工时，工作

井的后靠土体是稳定的，不需采取其它措施进行加固。

(4)管节本身的结构对最大允许顶力的影响

实际顶进施工中，顶推合力有一定的偏心度，在管内产生抗

压应力区。当役最大拉、压应力达到压损或开裂的极限值时，则

顶推合力的极限偏心度与此时管节能够承受的顶推力值便确定下

来。

根据施工经验，设计给出的2500KN顶推力，对于本工程使

用的钢筋硅管，是完全能够承受的。

⑸中继间设置计算

根据前面所述的各种计算，可以确定需要设置中继间的顶管

段为：

Wl-5-*W4-2总长279m①1000管

Wl-5-W2-2总长220m,①1000管

W3-2-*W2-7总长193m①1000管

W3-2-*W3-4总长201m①1000管

中继间的设置原则是：在主顶达到允许最大顶力的70%时，

就要设一只中继间。由于第一节(1#)中继间推进过程中机头部可

能出现异常情况，从留有一定的安全系数考虑，当主顶顶力达允

许最大顶力的60%时，设置1号中继间。

即主顶此时推力为：60%X2500KN=1500KN,此时顶进总距

离为：

对于①1000管：1500KN=4KN/m2XJIX1.24mXLi+

157KN

1#中继环设置位置：Li=86m

在主顶顶力增加到90%时，1#中继间必须启用，因此，1#中

继间装备顶力为：

25OOK7V+(90%-60%)x2500KN=3250KN

2#中继环在主顶推力达到最大允许顶力70%时设置，即：

70%x2500ATV=175OKN

此时1#、2#中继环之间的距离

1750&V=4欣N//x^-xl.24/77xL2+157A7V

L2=102m

由以上计算可知，Wl-5fW4-2段施工需设2只中继间，其余

Wl-5-W2-2>W3-2-W2-7、W3-2—W3-4段均只设一只中继间。

1.2.6顶进中线型控制及量测设备

⑴测量仪器配备与检验

配备尼康DTM-352C型全站仪（测角精度2〃，测距精度2mm

+2ppm）,尼康铅垂仪（精度1/4万），国产J2经纬仪，自动安平

水准仪（AL-32X）。顶管施工测量所使用的仪器、附件须及时送

质检单位检验，并在使用过程中经常进行检查。

⑵控制测量

平面控制

由于工作井和接收井两井通视，地面测量能够采用2〃级全站

仪直接布置地面控制桩。在顶管施工期间必须对控制桩进行复测,

每顶进100m对控制桩复测一次。

井上坐标点向井下传递采用联系三角形方式，点位由尼康铅

垂仪垂直投设。

井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设或固定点，同时在测

量仪器的对面井沿口与井壁上分别设置测量仪器的复测校核点，

以便在管道顶进轴线测量过程中对仪器自身位置的位移情况进行

检查。

每顶进100m对控制桩复测一次，每隔6h对仪器位置进行观

测复测一次。

在井内设固定的测站，根据设计纵坡，全站仪（短距离采用

经纬仪）调好俯仰角度，在机头处设置控制管道轴线和标高的光

靶；当因距离过长，不能采用一镜测量时，则增设中转测站。

顶管机头内垂直面设置顶进轴线灯箱型尖靶。

在顶进过程中要经常对顶进轴线进行测量，每顶进200〜

300mm,测量一次，记录3次/每节管子，顶进轴线与设计轴线一

旦发生偏差，及时采取纠偏措施。

高程控制

利用附近已知的水准点，布置二等水准线路，将高程引测到

工作井附近，并设置施工高程控制点。

地面高程传递到井下时，可用钢尺垂直悬挂、下系重锤至标

准拉力，然后地面、井下两台水准仪同时观测。井下布设高程控

制点2个。

顶管机头高程控制用水准仪和连通管两种方式，连通管测量

为从掘进机到管尾挂一根①10mm透明塑料管，管内充满水，根据

连通管液位面等高原理，推算出机头水平偏差。每顶进200〜

300mm测量一次偏差值，及时掌握机头姿态和发展趋势。

顶管姿态测量

在顶管机头部两侧设一对纵向水平横尺，利用布设的三维坐

标控制点，测量各尺读数，计算出顶管转角，中心方位偏差值，

顶管坡度、中心高程等数据，从而相应调整顶管机的各个施工参

数。

1.2.7顶管施工工艺流程图

图4-2-2顶管施工工艺流程图

1.2.8顶管施工质量要求

顶进不偏移，管节不错口，管底坡度无倒落水。顶管接口套

环应对正管缝与管端外周，密贴，管端垫板粘牢，不脱落。管节

不裂，不渗水，管内不得有泥土，建筑垃圾等杂物。

钢筋碎管最大偏角0.5°（30分）；

管线轴线偏差不得大于±100mm；

标高偏差不得大于+80、—100mm；

相邻管节错口W15mm无碎裂；

内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出；

接口抗渗试验应达0.11MPa

顶管在纠偏过程中，应勤测量，多微调，每项纠偏角度应保

持10,〜20',不得大于1°o

管道顶进过程中，在邻近无需要保护的地下管线和建筑物处,

地面隆起的最大极限值为+40mm,地面沉陷的最大极限值为一

60mmo

1.2.9洞口地基加固

在顶管机头准备出洞时，工作井钢筋碎内衬上预留孔被打开,

机头面对的前方地层为水泥搅拌桩体，即工作井周围0700双头搅

拌SMW工法桩围护结构，正常情况下应该不会出现掘进面渗漏

水、土体崩塌失稳现象，但由于出洞前洞口处H型钢被抽拔上提

至底端略高于洞口顶部，其以下部分成为完全的水泥土桩且中部

有空腔，因此洞口临空面桩体难以承受地层的土压力，应进行加

固以策安全。进洞情况类似，也应一同加固。

具体加固方案为：在洞口围护桩外圈增加一排水泥土搅拌桩,

与围护结构同时施工，该排桩宽度比洞口宽度大3m,深度比洞口

下沿深4m,施工方法与洞口水泥土搅拌桩类同。

图4-2-3洞口加固范围示意图

1.2.10工作井地面设施安装

⑴起吊设施：起吊设施分两种，顶管距离较长的，并有适当

的作业场地的，起吊设备采用门式行吊，主钩15〜203轨距10m,

起升高度6m,轨道长度40m,顶管距离较短的，设有适当的作业

场地的，配备50t履带式起重机、5t吊机。

⑵供电设施：输电电缆和配电箱根据各顶管掘进机功率设

置，另外考虑辅助设备及照明用电，配两套供电线路，另统一配

备200KW发电机组3台备用。

⑶供水设施：供水管接到制备泥浆系统处。

（4）注浆设备：在工作井附近搭设贮存注浆材料膨润土的防雨

棚（后期置换时贮存水泥），贮存量为10to拌浆桶、盛浆桶、注

浆泵布置在工作井的一侧。

⑸顶管材料：管材、橡胶密封圈、木衬垫。

（6）排泥（土）系统安装:

排土设5t吊机，临时堆放场,

排泥设泥土分泥装置，基坑旁

通管，临时堆土场，泥浆箱等。

图4-2-4基坑旁通

1.2.11井内设备安装

⑴铺设顶进导航：按照井底和出洞口的相对高差，先用砌块

砌筑80〜100cm宽，垫起后铺设固定导轨的枕梁，再用C15磴固

定。左右、前后用22#槽钢与井壁支撑稳固。

在井壁的出洞孔内加设碎垫块，防止机头出洞后磕头。

⑵承压板安装：承压板采用钢板制作，后靠井壁是平面的，

则承压板采用板式，后靠井壁是圆弧面的，则采用带曲面的钢箱

形承压板。承压板与工作井壁之间用C15碎填实，承压板中心与

主顶油缸的合力中心重合，并垂直于

导轨平面。

⑶安装置顶油泵：主顶油缸式

样见图4-2-5,安装时主顶油泵比管

道中心线下移8mm；油缸的轴线与管

道轴线平行。油缸支架下部要实，左右、后端要撑紧。

图4-2-5洞口加固范围示意图

（4）搭设操作平台：操作平台上放置主顶油缸用的液压动力

站、储油箱、配电箱、操作设施等。同时操作平台也是施工人员

使用扶梯上、下井的中转平台；平台设置在井内接近一半的高度

上，平台四周安装护栏。

⑸掘机井就位：沿井口边铺设路基箱板、用50t履带吊把掘

进机头从井边吊到井下位置就位。

（6）安装洞口止水圈：先将止水圈装置初步就位，临时固定在

出洞孔井壁上，然后推进机头至止水圈，根据掘进机外圆与止水

圈内圆的周边等距离来固定止水圈，确保止水圈中心与管道纵轴

线一致。

⑺井内排水设施：设置构程合适的水泵用于井内排水。

（8）安装测量仪器：必须在井内的所有设施安装完毕后才能安

装测量仪器，以保证测量的精确性，仪器架下部用碎固定在井底

板上。

1.2.12管节制作

各类管节制作将委托有资质、产品质量好、信誉高的水泥制

品厂家生产。

⑴工艺要求：大钢环的前端坡口需经刨床加工，小钢环用特

制的立式卷板机水平卷制而成，钢筋网采用自动点焊机成型，拆

卸式钢内模装置，同步提升联合振捣系统。

⑵生产质量的确认：将密切与质量监理工程师合作，采取定

期检查，抽查，按规范要求进行取芯试验，整体受荷试验等方法

检验，确认管节质量符合质量要求。

1.2.13洞口止水装置

洞口止水分出洞止水和进洞止水，二者的使用时间和使用条

件是不一样的：出洞止水装置在顶管的全过程中都在使用，止水

橡胶环片总是被所有的管子摩擦，容易被拉扯坏；进洞止水装置

在机头出洞时一次性的使用，至井管接头做好后就完成了使命，

但在使用中机头并不能总是对准预留洞口的中心进洞，出现一定

的偏位，设计不佳的止水装置容易被顶坏，造成止水效能失效。

我们根据自己的实践经验，对通常的方法进行了一番改革，

增强了止水效果，克服了渗漏水的通病，能确保顶管机头进出洞

施工顺利进行。

具体做法详见以下图示。

进洞口注浆管（环向共4只）

图4-2-6出洞口止水装置安装示意图

在出洞口止水装置上，我们对常规的做法进行了两项改革：

止水橡胶法兰和挡压钢法兰。止水橡胶法兰在材质上采用高弹性

橡胶，舍弃通常的平板造型，改在内环边增厚半圆环条，目的是

增加止水橡胶板对管体的抱箍力，降低被撕裂的可能性，耐磨损。

橡胶法兰要寻求橡胶生产厂家专门生产，厂家根据具体的尺寸要

求压模成型，经使用单位检查确定符合要求后厂家才开始硫化。

在挡压钢法兰上，摒弃以往的钢法板做法，改成挡压钢法兰，既

压紧了橡胶法兰片，又能挡住洞口注浆形成的向洞口外的胀压力。

进洞口止水装置安装示意图

在进洞口止水装置上，我们借鉴了日本的水囊技术，但我们

增加了预埋钢槽，取消了活动板（对于小管径，活动板难以加工

使用），止水水囊未充水时，被固定在钢槽内，使用时，高压充水

囊压紧管壁和槽底达到止水目的。

实际施工中，可将充水改为充水泥浆，既止水，又完成了井

接头工作。

1.2.14中继间的设计制作

中继间的设计制作一般委托生产机头的厂家加工，施工单位

只需提供钢筋硅管外径、中继间装备顶力要求等数值即可。目前

中继间设计成一个完整的伸缩部件，见下图示

图4-2-7中继间的设计制作

中继间的设计必须满足刚度大，安装方便，使用灵活，并在

使用中满足伸缩自如、水密性等要求。其主体结构由以下部分组

成：

①短冲程千斤顶组，其规格、性能要求一致；

。液压、电器、操纵系统；

3伸缩钢壳体和千斤顶装设、作用装置；

④止水密封组件。

1.2.15管道接口施工

管间接口

管间接口形式见图4-2-8

图4-2-8管间接口形式

接口是顶管工程的关键部分，保证做好接口部分是顶管工程

成败的关键，因此对组成接口的每一部分都必须严格遵照有关规

程的要求逐一分别严格制作。

顶进前对硅成品管，钢套环、橡胶密封圈和软木衬垫从尺寸、

规格、性能、数量等均作详细检查，必须复核标准设计图的要求,

顶进前还必须在现场作试安装，对不合格的碎成品管应予以剔除。

佐管接头的槽口尺寸必须正确，光洁平整无气泡。

橡胶圈采用氯丁合成楔形橡胶圈，主要物理力学性能符合相

关要求。

橡胶圈的外观和任何断面都必须致密、均匀、无裂缝、孔隙

或凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁，无油污，不能在阳光下直晒。

楔形橡胶圈自然周长应为碎顶管槽口周长的85%,即套上槽

口后橡胶圈的伸长率为15%左右。

橡胶圈应牢固地粘结在磴管的槽口上，粘结强度应以成人用

手掌用力沿轴向推橡胶圈，橡胶圈底部粘结面不脱胶、不翘边为

合格。

为保证周边的粘结质量，应制作专用的顶管粘结支架，使管

节离地至少40cmo

顶管管节在连接前，要在橡胶圈上和套环内壁涂一层硅油作

为润滑剂。

钢套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处

平整，肢部和钢板平面垂直，堆放时整齐搁平。

衬垫材料为多层胶合板，其应力一应变关系应符合试验曲线

要求(详见“PT04-04(5/5)”),误差±5%。粘贴时,凹凸口对中，

环向间隙符合要求。

插入安装前滑动部位均匀涂薄层硅油等润滑材料，对橡胶无

侵蚀性，减少摩阻。

承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位，不翻转。不露出管外,

否则应拔出重插。

顶管结束后，清除接口内间隙的杂物，保证内间隙干燥并按

设计要求在内间隙嵌以弹性密封膏，要求与二管口抹平。

管与中继间接口

中继间后紧接一节特殊管，简称后特管，该管前后端均不设

钢套环。中继间前后管与其接口均为楔型橡胶圈止水，与管间接

口类同。

管与顶管机头接口

出于防止纠偏失效的因素，机尾和第一节碎管之间，除了管

端碎面与机尾顶紧外，钢套管也与管尾钢壳焊连。此第一节管和

其它管节的区别还有，注浆管孔前置。

1.2.16顶管机头出洞与防旋措施

顶管机头出洞的步骤是：机头被主顶顶入洞口止水钢橡护套

内，穿过内衬碎墙，旋转切刀切削洞前搅拌水泥土加固土体，主

顶回缩，加装碎管，主顶顶进送机头出洞进入自然土层。

顶管机头穿过加固土体后，正面即受到约0.12MPa以上的水

土压力，使顶进机头后退力约140KN,因此当千斤顶缩回安装管

子之前必须作临时支撑。机头正面承受的140KN的退缩力需要顶

入4节管子后产生的摩阻力才能被平衡掉，因此在出洞施工中必

须按防退要求周密考虑安排施工。

4节管子顶入后不再安装临时支撑，但洞口附近管子由于管接

缝受到地下水的压力仍有被推出的可能。因此必须在靠洞口的管

缝间安装临时连接钢板，防止收回千斤顶后管子后退而使管缝脱

开。

为了防止顶管机出洞时产生磕头现象，应在洞口下部制作一

块素碎托板。

当顶管机头开始切削搅拌水泥土体时，推进速度应较慢。因

为机头在一定的坡度上且土体面不平整等原因，开始切削的土体

只是断面的一部分，而且顶管机只靠机壳与导轨之间的摩擦力来

承受切削的反力矩，如推进速度过快，有可能刀盘不转而机身转,

因此，设置防旋转措施很有必要。

防旋措施之一就是在机身和洞口上各焊一环，之间用5t手拉

葫芦连接起来，用以承受顶管机切削的反力矩。

顶管机出洞的推进过程是一个泥水平衡建立的过程（对泥水

压平衡机头而言）。泥水机头施工前，必须有一定粘度的、足够量

的泥水供应，在泥浆槽里第一次准备的泥浆量应有5m3。

机头在出洞段施工中，开始时由于处于水泥土加固区域，在

不影响泥水系统正常输送平衡条件下，切口水压较低。当机头穿

越加固区后，随着顶进距离增长，必须提高切口水压达到正常控

制状态。

1.2.17正常顶进

⑴顶进参数控制

①泥水仓压力控制值为UOKPa。泥土仓压力控制值初步定

为125KPa,待机头进入正常的土层后，静置24h,观察顶管掘进

机土层压力表上的值，若此时值与该值不符，则以测定值为准，

并对原来计算的总推力值进行相应的调整。

②管道顶进方向控制，机头后的碎管子机头采用刚性连接以

提高顶进时的直线度。

③推进速度，一般控制在10mm/min左右。

④泥水管理：泥水式机头泥水比重控制在1.15〜1.25之间，

并做好泥水与泥渣的分离与泥渣的排放工作。

⑤出土控制：土压式机头顶进时的出土率控制在95%〜

98%,根据实际情况及时调整，对于①1650管来说，顶进油缸伸

出87mm,出土约0.28m3。

@轴线控制：管道每顶进200mm〜300mm时测一次中心轴

线，若发现偏移趋势就进行纠偏，当偏移量达到20mm时，立即

停止顶进，查明原因，在制订出切实措施后再继续顶进。为确保

顶管轴线的正确，勘测勤纠。

⑵注浆减摩：

管壁注浆

管道外周空隙的形成主要有三个因素：一是顶管工具管比管

道外径略大；二是工具管纠偏；三是工具管及管道外周附着粘土

而形成，需及时将触变泥浆填充于其中才能使其达到支承土体和

减阻的目的。这就要求对顶管机头尾部的压浆要紧随管道顶进同

步进行。在顶管顶进过程中为使管壁外周形成的泥浆环始终起到

支承土体和减阻作用，在中继环和管道的适当点位还必须进行跟

踪补浆，以补充在顶进过程中的触变泥浆损失量。一般压浆量为

管道外周环形空隙的1.5〜2.0倍。

要达到以上的效果，压浆不仅要及时和适量，还必须在适当

的压力下由适当的点位和正确的方法向管外压注。压浆压力应根

据管道深度H和土的天然重度丫而定，一般为2〜3丫H。

⑶注浆设备系统

注浆分为机头同步注浆和管道补浆两部分，采用同一根总管

和同一种浆液配方。本工程施工用的膨润土触变泥浆是在地面压

浆站配置后，通过液压注浆泵压入输浆总管及管节上设置的环形

分管。注入至顶管机及管节的各个注浆孔形成管节外围泥浆套。

输出总管：①50镀锌钢管；支管：①25镀锌钢管。在机头处

安装隔膜式压力表，在所有注浆孔内设置球阀，在中继环处用高

压橡胶管过渡，软管和接头的耐压力为5MPa。注浆泵站由

SYB50/50-II型单缸液压注浆泵和液压动力站组成；注浆量为

80L/min,注浆压力为0.4MPa。油泵型号：10SCY14-1B,流量q

=10ml/r,压力p=3L5MPa；电机型号：YU2M-4,功率4KW,

转速1450r/mino

(4)注浆孔布置

注浆碎管的安排：在掘进机头后连续放4节有注浆孔的硅管

子，然后隔2节管子放1节有注浆孔的管子，这样放设4节带注

浆孔的管子后，每隔6节管子安放一节有注浆孔的管子，在中继

环前后各连续放3节管子。

每节带注浆孔的管子设1个补浆断面共4个注浆孔，均匀布

置。带孔管1个补浆断面上的4孔为对称布置，但安装时不能将

注浆孔按水平轴、竖垂轴这样的状态布置，左扭转22.5°〜40°，

前后相邻带孔管上的注浆孔扭转至孔位相差45°左右。

⑸浆液的配比及性能指标。

由于采用了压浆和补浆只用一种性能适当的触变泥浆，为满

足要求，确定泥浆的配制采用商品膨润土粉，泥浆分散剂为碳酸

钠（Na2co3）,增粘剂为钠羟甲基纤维素（CMC）,泥浆的配比及

性能指标见下表。

表4-2-8触变泥浆的配方和性能指标

膨润土纯碱CMC漏斗粘终切力失水密度

12〜0.1〜0.02〜32〜130X10-9%1.06〜

制备泥浆的设备和方法

①制浆设备

高速回转式搅拌机，最为常用的是叶片搅拌机，通过高速回转

（200〜1000r/min）叶片，使泥浆产生激烈的涡流，从而把泥浆搅

拌均匀。

搅拌试验的结果:膨润土溶解至93%时所需时间为4min。100%

溶解时间是9min。考虑到膨润土的溶胀，对于在使用之前可以放

置较长时间的泥浆，其搅拌时间应为7〜lOmin左右。

②泥浆制备方法

一般新鲜泥浆的搅拌时间可控制在5〜lOmin之间，当加入难

溶于水的外加剂或冬季施工时，应取较长的时间。

CMC是很难溶的物质，要使CMC溶解，可以在泥浆搅拌过

程中，慢慢地一点一点地往泥浆中掺加CMC粉末，这对增加泥浆

粘度是最有效的方法。若事先用清水溶解CMC成1%〜3%的溶液,

然后再掺入泥浆里也会很容易地混合起来。

③制备泥浆的顺序

一般制备泥浆的顺序为：①水；②膨润土；③CMC；④分

散剂；⑤其他外加剂。

由于CMC溶液可能会妨碍膨润土的溶胀（膨润），所以要在

膨润土之后放入。

④泥浆的贮存

根据膨润土的膨润特性，泥浆在贮浆池内最少要贮存12h以

±o一般贮存泥浆采用钢制贮浆罐。

（6）泥浆施工

由于顶管机头外周空隙是压浆的主要部位，施工中采取同步

注浆方式，即在机头被顶进过程中所有补浆管路关闭，只开通注

浆管路，注浆量要根据机头型式具体情况具体确定，主要以压力

控制，约为0.2〜0.3MPa（太高的压力会产生触变泥浆向机头前端

泥土仓（泥水仓）内串聚，使机头段周围泥土在泥浆液压的作用

下形成一定的空隙容纳触变泥浆。

在后续管道的四周泥浆套，由于可能产生的局部漏失，泥浆

微粒渗入土体空隙内，管壁的拖动作用等原因，使局部泥浆套厚

度变薄，甚至消失，难以始终起到支承土体和减阻的作用，就需

要进行跟踪补浆。补浆按顺序进行，定量压注每班不少于2次。

洞口注浆压力和注浆量根据洞口止水装置情况实际确定。

总之，施工中应坚持“先压后顶、随顶随压，及时补浆”的原

则。

⑺注浆工艺流程

地面制浆一总管阀门打开一开启支管阀门一启动压浆泵f送

浆（顶进开始）一管节阀门关闭（顶进停止）一总管阀门关闭一

井内快速拆开接头f下管节f接总管一下一个循环。

⑻泥浆置换

在顶管结束后，立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，水泥浆水

灰比为0.4,置换量约为：

①1000管：0.12m3/m

①1650管：0.20m3/m

（9）沉降控制：

根据地面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，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，确保地下管线与地面建筑物安然无

恙。

00）机头姿态控制

参见：顶进中线型控制及量测设备节和“机头纠偏操作”。

01）排泥系统与弃土

泥水式盾构排泥管与机头输泥泵出泥口口径相同，管节接头

采用卡箍式活络接头，在中继间处用高压橡胶波纹管过渡，以适

应中继间的伸缩。泥水输送距离较远的顶管区段（＞150m）在工

作井底增设一台管道泵串联在管道线路中接力输送泥水提升至地

面沉淀箱内。

直径较大（中1650管）的顶管，由于采用泥土平衡式机头，

顶管距离全长为71m,故本工程中间采用手推车将士从管道内运

至工作井内，再由起重机将手推车吊运出井。

输泥泵输出的泥水被泵送到地面上的5只储泥箱（每只容积

8m3）内，经沉淀后（除泥浆被调配改良后返回到泥水仓继续使用）

的稠泥浆通过密封车外运、小车运出的土方，在工作井附近设土

方临时堆场，晚上用土方车外运。

1.2.18机头纠偏操作

顶进纠偏普遍采用调整纠偏千斤顶的编组操作，若管道偏左

侧千斤顶采用左伸缩方法，反之亦然。如同时有高程和方向偏差,

先应纠正偏差大的一面。顶进中发生顶管机头旋转时应采取措施

防止偏转扩大，常用措施为改变切削刀盘的转动方向和在管内的

相反方面增加压重块直至正常。

⑴纠偏操作方案应是顶管司机交接班讨论重点。方案的依据

为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比

较、机尾处地面沉降量等等。0.5°以上的大动作纠偏需尽量避免

并慎重讨论，不得已时也应争取在非重要地段进行并通知地面测

量和保安小组加强注意。

⑵纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检

查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。

⑶纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋

势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步注浆

量。

⑷进入重点保护区域前应采取各种提前措施，争取机头折角

尽量减小，严防机头大折角平推。

1.2.19顶管通讯与监控

长距离顶进必须保证信息交换渠道的畅通，同时对施工操作

人员要进行监护，防止发生安全事故，因此设立了通讯、监控系

统。

通讯，采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过电话自

由通讯，在管道内空气潮湿采用了一批防潮防爆的矿用电话机，

以保证通话质量。

监控，采用了两台监测器，分别对顶管机操作面和主顶操纵

台进行监控。这样地面人员能及时了解施工情况，发生问题可以

立即着手解决。为了解决传输信号长距离输送衰减的问题，将信

号通过放大器放大后再送上地面，保证了图像的清晰

1.2.20处理管内沼气和承压水方法

本工程施工中，绝大部分地段采用泥水压平衡顶管机头，系

统出土为封闭连续型，一般不会发生沼气逸出现象。为确保安全,

特规定：在每次下井时，都由施工人员携带便携式可燃气体监测

仪进行测试，确认安全后，才能进行施工，否则必须进行强制通

风，待气体浓度恢复正常后，再进行顶进施工。

对于施工中可能遇见的含承压水土层，地勘资料上未见反映。

如确定遇上，顶管施工中可适度提高泥土（水）仓内压力，维持

切削面稳定。

1.2.21井下通风照明

通风采用CF-5抽出式风机，通风管道采用直径300mm的风

管。抽出式风机安装在顶管机头后的第一节碎管内。管内混浊气

体沿风管排出井外。

风管由托架悬挑在管道内的侧壁上。

管道内的照明采用36V安全电压，照明电源由工作井内操作

平台上的配电箱供电。管道内每3节管子距离装一只照明灯灯，

功率为60Wo管道内还设有应急照明系统，因故突然停电时，使

用应急照明，可保证施工人员安全撤离。

1.2.22顶进中障碍物的排除

当顶推过程中遇到不明障碍物，顶管司机应注意刀盘转矩的

突然增大，并监听机头声响，能够通过声音判断其大概位置，并

进行停机探查。停机时刀盘处于零位，并吊紧设备段前后两根顶

拉杆，防止沉头。注意管内沿线补浆，并及时上报。较大直径的

机头，可以打开检查孔盖板查看。

障碍物的类型和尺寸大小决定了排除的方法。排除之前首先

要确定障碍物的性质，如果不明障碍物是事前未查明的地下建筑

物，则需要选择地表开挖之类的方法清除或其它合适的方法进行

处理；如果是属于体积较小的障碍物，可在地面上通过精确测量,

确定地下障碍物和机头的位置，然后采取静压入钢管的方式，将

障碍物强行压入机头底口标高以下的土层中，拔出钢管，填满孔

洞，顶管施工便可继续进行。

1.2.23顶管过程中出现流砂、坍方等情况的处理

出现此类情况的原因主要是施工操作不当造成的，如泥水仓

泥水压力（或泥土仓土压）与实际切削面土体维持稳定的要求相

差较大，或者突遇承压水层，机头控制压力未及时调整，导致不

良后果产生。

解决问题的途径是提高机头控制值至合适的数值。对于采用

泥水平衡式或土压平衡式顶管机头，发生流砂、坍塌等类现象的

概率很小，主要原因是：切削断面小，大刀盘，无承压水层，地

下水压低，机头仓压显示及时、准确，并且一般带有自动调节控

制系统，控制值设定不会出现大的偏差。

1.2.24顶管机头进洞段施工

⑴接收井准备

接收井施工完成后，必须对洞内的方位测量确认，根据实际

标高安装机头接收基座，并配备拔提接收井洞口H型钢的机械设

备。

⑵机头姿态的复测

顶管贯通前的测量是复合机头所处的方位，确认机头状态、

评估机头进洞时的姿态和拟订机头进洞的施工轴线及施工方案等

的重要依据，必须使顶管机在此阶段的施工中始终按预定的方案

实施，以良好的姿态进洞，正确无误地座落到接收井的基座上。

⑶接收井洞口临时支护

为了顶管机头快速进洞，又不致于出现施工风险，拟将洞口

H型钢在机头靠近接收井前便进行拔提，让出洞口位置，封内衬

洞口的不专砌体不拆，在洞口处碎内侧连同石专砌体采用16厚钢板临

时封挡，并用钢管水平支撑杆撑住，以抵抗机头进洞前洞口截面

土体的水平推力。

(4)机头进洞

当机头接近洞内时，保持好顶进时的泥土压力在O.IMPa左

右，在距洞口砖墙前0.5m左右时，停止前进，拆除内侧临时封挡。

当封挡拆除后应迅速、连续顶进管节，尽可能缩短机头进洞时间,

让机头破开封洞砖砌墙，在充水水囊的止水状态下完成安全进洞。

1.2.25顶管的收尾工作

⑴中继间的合拢及拆除

在中继间合拢之前，要对全线的管道长度进行校核，确认最

后一节管子的合理长度。

1#中继间合拢，要在后面的主顶油缸（或2#中继间）的协助

下合拢，只有在此中继间管内所有的附件清除完毕，焊缝打磨后

方可让协助合拢的千斤顶缩回。

⑵管道内设备的拆除和转移

泥水泵（或泥土泵）在输送完最后的土体后，把管道内的积

泥冲洗干净，并排除积水，再把管道一节一节拆除，运到工作坑

吊到地面上。

⑶注浆管的拆除及注浆孔处理

注浆管在注浆任务完成后依次拆除，注浆孔用堵头封堵。

（4）供电、照明等其它设备的拆除、转移。

在断电的情况下先行拆除电缆，在拆除支架等其它临用设备,

接着拆除照明线路，将它们转移到工作井内。

最后拆除的是供水管，利用供水管把管内冲洗干净。

⑸接缝处理

按图纸要求用封缝橡胶处理管间接缝。处理前，应检查接缝

是否渗漏，如有渗漏点，应先处理，再勾缝。

（6）洞口永久止水处理

管子顶进结束,对进洞和出洞口均按设计要求进行永久止水处

理。

⑻竣工测量

以上工作全部完成后，作最后一次竣工测量。

1.2.26地层变形控制

顶管引起地层变形的主要因素最主要的是工具管开挖面泥土

（水）仓内的压力控制情况能极大地影响地层变化的发展：压力

太低，能引起切削面的坍塌、流砂和地下水流失，引起地面沉降;

压力太高，直接造成前方土体在高压力差作用下被压缩，引起地

面隆起。其次还有工具管后面管道外周空隙因注浆填充不足引起

的地下土体变形，管道接缝防水不密引发渗漏造成泥水流失引起

的地质沉降等。所以在顶管施工中要根据不同土质和覆土深度，

地面建（构）筑物情况，配合监测信息的分析，及时调整泥土（水）

压平衡值的设定，（控制合理的推进速度），同时要求保证相对的

平稳，控制纠偏量，减少对土体的扰动，从而将轴线和地层变形

控制在最佳状态。

沉降估算

⑴土体损失

①开挖面损失

Vk=-7iD2xl%=0.012m3（主要为①1000管机头）

4

式中D——机头直径，主要为1m直径管机头，为L24m。

②纠偏引起的土层损失

VL=；mZa=0.055m3

式中a——机头顶进轴线与管道轴线的偏角，取0.02弧度

L——工具管长度，取2.8m

③工具管与后续管子外径差引起的土层损失

VC]=TvDak

a——机头外周半径与管子外周半径之差，取0.01m

k——注浆未充满度，取0.5

④碎管节不平整引起的地层损失

3

VC2=7d)akr.­n=0.088m

Dp——碎管子外径

aP——相邻管节的管道外周半径的差值，取0.005m

kP——注浆不足率，取0.5

n——为穿过某地层的管节半径差值＞10mm的次数，取n=

(220/2.5)X10%=9

⑤土体总损失

匕=匕+匕+匕1+匕2=。174，/

⑵顶管上方最大沉降量

V

Smax=z=0.030m=30mm

2,51

式中I——①1000顶管沉降槽宽度系数，即

I=R・(Z/2R)°用=2.33

Z——管子埋深，取6.5m

R——机头半径，取0.62m

⑶沉降槽宽度

沉降槽宽度取51,即12m

(4)地下管线处沉降量估算

设要计算的管道埋深为h,距离顶管管道的水平中心距离为X,

则有

管道埋深处沉降宽度系数

Z=RX[(Z-〃)/2R]08

管道处的最大沉降量

由于现场管道埋设具体情况，需要施工准备时开挖探孔探明，

届时方能估算具体数值。

1.2.27地下管线和建(构)筑物沉降控制保护措施

通过上面的计算，已经知道沉降槽的宽度为12m,由于顶管

工作发生在道路下面，全部沉降发生在道路红线范围内，实际上

需要进行沉降控制保护的是地下平行线路的四道管线：电话12孔,

上水300,雨水450〜800,污水300〜600。另在W1-5〜W2-2之

间，与一根中2400原水管斜交。

对公用管线的保护需要采取以下措施：

⑴依据监测资料，优化顶管施工参数

在掘进机初始推进的20m范围内，要精心组织地表监测，在

横截面沉降槽宽度为12m上布点，间距2.4m；在轴线方向每隔5m

布设一个沉降槽断面的测量点。通过地表监测得到的隆沉量与相

对应时间的掘进机主参数（包括推进速度，仓内压力控制值，出

土率等）进行比较，从而优化顶管机施工参数，指导后续的顶管

推进。

⑵探明地下管线分布情况

先采用物探测量手段对施工段路头的公用管线进行探测，以

摸清管线的位置、深度、直径、材质。施工前开挖样洞、沟槽至

管线完全暴露为止，准确地掌握管线情况。

⑶进行保护性观测

在沿线既有的雨水窖井，上下水检查井内设置沉降观测桩，

在顶进过程中，观测并记录桩的沉降变化，观测桩的观测内容为: