顶管施工工艺技术方案

顶管施工工艺技术方案一、总则（一）编制目的为规范顶管施工全过程，明确施工工艺流程、技术参数、设备安装要求及质量安全管控要点，确保管道顶进精度、施工安全及工程质量符合设计及现行规范要求，降低施工对周边环境及既有设施的影响，特制定本方案。本方案适用于本工程穿越回填土层、软质岩层及硬质岩层的顶管施工，涵盖设备安装、管道顶进、洞门处理、注浆加固等核心工序。（二）编制依据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2019）《顶管施工技术规程》（CECS246-2008）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）本项目施工图纸、地质勘察报告及现场勘察资料国家及行业现行其他相关规范、标准及技术规程（三）工程概况本工程顶管施工埋深范围为0.4~4.03m，穿越地层包括回填土层、软质岩层及硬质岩层。因施工区域位于G75高速及在建工地周边，硬质岩层段禁止采用爆破施工，需采用水钻法掘进。顶管管道接口采用F型钢套环承插接口，外嵌遇水膨胀橡胶圈止水，内侧采用双组份聚硫密封膏密封。施工区域地下水位较低，洞内涌水量小，洞门暂不设计专门止水结构，但需做好施工过程中应急排水准备。二、施工工艺流程管节吊放下井→垫铁吊放下井→联结各类管节→工具管起动出土→主顶站顶进→压浆系统运行→停止出土、回缩千斤顶→吊出垫铁、后移分压环→主顶千斤顶回缩→管节套接→重复顶进作业（直至达到设计长度）→关闭电源、拆除所有管线→顶管出洞→管外注浆填充→竣工验收三、顶管机及配套设备安装（一）工作井基础与导轨设置1.工作井基础处理工作井基础需根据土质、管节重量及地下水位情况进行加固处理，防止施工过程中基础下沉导致管节顶进偏差。基础采用C30混凝土浇筑，厚度不小于30cm，浇筑前需平整场地、夯实基底，确保地基承载力不低于120kPa。若地下水位较高，需提前采取降水措施，将水位降至基础底面以下0.5m。2.导轨安装导轨是引导管节按设计中心线和坡度顶进的关键设备，同时为顶铁提供可靠支撑，其安装质量直接影响顶进精度。导轨材质与规格：采用4米长双排28#槽钢或P38以上钢轨制作，钢轨焊于型钢上，型钢通过螺栓紧固于钢横梁，钢横梁与工作井底板预埋铁板焊接固定，形成整体受力体系，防止顶进过程中导轨移位。导轨间距计算：导轨两轨之间的宽度B按公式计算：B=√(D²-d²)，其中D为管道外径，d为管道内径。本工程根据管道规格，导轨间距设定为165.7cm。安装技术要求：两导轨顺直、平行、等高，纵坡与管道设计坡度一致，偏差不大于0.1%。导轨轴线偏差≤3mm，顶面高差控制在0~+3mm，两轨间距允许偏差±2mm。导轨顶面标高与混凝土管管底标高一致，确保管节放置平稳，受力均匀。（二）后背墙与后靠板安装1.后背墙加固后背墙作为千斤顶的支撑结构，需具备足够的强度、刚度和稳定性，压缩变形均匀。后背墙采用工作井混凝土井壁，墙面需平整垂直，与管道顶进方向垂直偏差不大于5mm/m。若混凝土井壁强度不足，需增设钢筋网片或钢板加固，确保后背墙能承受千斤顶反力而无明显变形。2.后靠板设置为分散千斤顶反力，避免混凝土后背墙局部受压损坏，在主顶油缸与后背墙之间设置后靠板。后靠板结构：由前后两块20cm厚钢板作为面板，竖向及周边采用18#槽钢作为肋板，增设吊耳便于安装拆卸。安装要求：后靠板与主顶油缸保持垂直，与混凝土后背墙之间垫8cm厚木板，木板需铺设平整、紧密，确保受力均匀传递。（三）顶进设备安装1.主顶油缸设备参数：采用2台额定油压40MPa、单个推力300t、行程1800mm的液压千斤顶，外型尺寸φ402×2800mm。布置方式：采用并列式布置，确保顶力合力作用点与管道管壁反作用力作用点在同一轴线上，防止顶进时受力不均导致管道偏移。安装要求：千斤顶固定于槽钢焊接的千斤顶托架上，托架与导轨系统牢固连接，确保千斤顶工作时稳定无晃动。2.主顶油泵站设备组成：由油泵、油箱、控制阀、管路附件及电器设备组成，油泵选用CY型轴向柱塞泵，与电动机组合安装，最小排量1.25ml/转，公称转速1500转/min，公称压力31.5MPa；高压油泵站配套ZB—500柱塞泵，额定压力52MPa，通过分配器、控制阀连接千斤顶，各千斤顶进油管并联，保证活塞出力和行程一致。安装要求：油泵站放置在工作井周边平整场地，远离积水区域，管路连接严密无渗漏，电器设备做好接地保护，防止漏电事故。3.顶铁顶铁用于弥补主顶油缸行程不足，传递并分散顶力，需具备足够强度和刚度，便于搬运安装。类型与参数：选用环形顶铁，厚度0.18m，根据管道规格配备内径1.4m（外径1.68m）和内径1.2m（外径1.64m）两种型号，与顶管内外径匹配。安装要求：环形顶铁安放在最后一节顶进管管口，确保千斤顶推力均匀分布在管口受力面，保护管口不被损坏。顶铁安装时需平整对齐，接缝严密，无歪斜、扭曲现象，添加顶铁时及时清理表面杂物，防止受力不均导致顶铁变形。4.工具管工具管安装在顶进管道最前方，为施工人员提供挖土、纠偏作业空间，由前壳体、后壳体、纠偏螺栓等组成。安装前检查：吊入工作井前，详细检查各构件连接紧固情况、纠偏千斤顶性能及密封装置完好性，确保无破损、渗漏。吊放与就位：由专人指挥，平稳缓慢吊入工作井，避免冲击碰撞导轨；安放在导轨上后，测定前后端中心方向偏差和相对高差，做好记录，确保工具管与导轨接触面平稳吻合。纠偏系统：配备4个纠偏千斤顶，用于顶进过程中调整管道轴线和高程偏差，纠偏千斤顶行程不小于50mm，推力满足纠偏需求。5.辅助设备垂直运输设备：工作井上方设置行车或吊车，用于管节、顶铁、土方等垂直运输，额定起重量不小于5t，配备国标方形料斗（斗容量0.3m³，最大载重量300Kg）。运土设备：管内采用双筒卷扬机牵引四轮小车运输土方，小车承载力不小于500Kg，运行轨道铺设平整，与导轨平行。防护设施：工作井上设置彩瓦顶棚，遮挡雨水阳光，保障不同气候条件下正常施工；工作井周边设置1.2m高防护栏杆，悬挂安全警示标志。（四）设备组装验收导轨、油缸、油缸托架、顶铁、工具管等设备组装完成后，需进行全面检查验收：各设备连接紧固，无松动、歪斜现象，导轨顺直平行，顶铁接缝严密。启动油泵站，测试千斤顶伸缩行程一致，液压系统无渗漏，压力表指示准确。工具管纠偏千斤顶动作灵活，密封性能良好，测量工具管中心轴线与设计轴线偏差不超过3mm。垂直运输设备试吊运行正常，制动装置可靠，安全防护设施到位。四、管道顶进施工（一）施工准备管节进场验收：混凝土管节进场时需提供产品合格证、强度检测报告，外观检查无裂缝、破损、露筋等缺陷，尺寸偏差符合规范要求；钢套环、遇水膨胀橡胶圈、双组份聚硫密封膏等接口材料需符合设计标准，橡胶圈无老化、破损现象。测量放线：在工作井内设置永久控制点，采用全站仪测定管道中心线和高程控制点，在导轨上做好标记，顶进过程中定期复核。作业面准备：清理工作井内杂物，检查集水坑排水设备完好，确保施工过程中排水畅通；管内通风、照明设备安装到位，通风采用电动风机向管内送风，照明采用12~24V低压供电，避免触电风险。（二）管节吊放与连接管节吊放：采用吊车将管节平稳吊至工作井导轨上，缓慢下放，避免碰撞导轨和工具管，管节就位后调整中心轴线和高程，与前一节管节对齐，偏差不超过2mm。管道接口处理：接口形式：采用F型钢套环承插接口，外嵌环状遇水膨胀橡胶圈止水，内侧填塞PG321双组份聚硫密封膏。操作流程：清理管节端部接口表面，去除灰尘、杂物及浮浆，确保接口干净干燥。将遇水膨胀橡胶圈均匀套在管节承口外侧，橡胶圈安装平整，无扭曲、脱落现象，钢套环预制在管节端部，安装时与橡胶圈贴合紧密。管节承插到位后，内侧缝隙填塞双组份聚硫密封膏，填塞均匀饱满，抹平压光，不得凸入管内，确保密封效果。（三）开挖与出土根据穿越地层类型，采用不同开挖方式，严格控制超挖量，确保周边土体稳定及顶进精度。1.回填土层及软质岩层开挖施工方法：采用敞开式工具管法施工，风镐辅助开挖，因土体及软质岩层稳定性差，易坍塌，需遵循“边掘进边顶进”原则，开挖峒体临空面不超过300mm，施工人员在工具管内作业，严禁超挖。开挖顺序：回填土层采用“锅底型”推进，先挖中间后挖上方，再挖左右及下方土体；软质岩层先挖上半部分，再挖下半部分，避免上方土体坍塌。孤石处理：遇到大块孤石时，采用人工局部凿打破碎，小块悬石及时清除，防止坠落伤人。出土流程：人工将开挖土石方装入管内四轮小车，通过双筒卷扬机牵引至工作井底，再用垂直运输设备吊至地面，装入自卸汽车运至指定弃土场，严禁采用捆绑方式直接起吊岩石。2.硬质岩层开挖因施工区域邻近高速及在建工地，禁止爆破施工，采用敞开式环钻法（水钻施工法）掘进，分段开挖分段顶进，分段长度不大于2m。施工流程：测量定位：根据设计轴线和高程，在岩层表面标定峒体中心位置及开挖轮廓线。水钻钻孔：以管外底为切点，采用Φ130水钻沿轮廓线钻孔，单孔深度700mm，形成Φ1750的圆柱峒体；再用Φ40小水钻在Φ1260石圆柱上纵横间隔400mm钻设小孔，用石楔子将石圆柱分割为小石块。出碴顶进：人工清理分割后的石块，装入小车运至工作井外，峒体按设计轴线、高程开挖完成后，进行管道顶进，顶进阻力较小时可一次性顶进至分段长度。注意事项：水钻施工时需及时排出泥浆，避免泥浆淤积影响作业；开挖过程中监测峒体稳定性，发现坍塌迹象立即停止作业，采取加固措施。3.超挖控制密实土质：管端上方可预留≤1.5cm空隙，减少顶进阻力；管端下部135°中心角范围内不得超挖，保持管壁与土壁平齐或预留1cm厚土层，顶进时自然切削，防止管端下沉。松软土层及敏感区域：管周一律不得超挖，必要时采取管顶上部土壤加固或安设管檐，施工人员在管檐内挖土，防止坍塌伤人。开挖深度：一般与千斤顶出镐长度一致，土质较好时可超前0.5m，严禁超挖过大导致土壁失稳和管位偏差。（四）顶进作业顶进操作流程：安装顶铁并挤牢，确保顶铁与管节、千斤顶接触紧密，无松动间隙。管前端开挖达到规定深度后，启动油泵站，千斤顶进油，活塞伸出一个行程，将管节向前推进相应距离。停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。添加顶铁（或吊放新管节并连接），重复上述步骤继续顶进。顶进至设计长度后，卸下顶铁，拆除相关设备。顶进参数控制：顶力控制：根据地层阻力计算顶进力，避免顶力过大导致管节破损，顶力突然增大时应停止顶进，检查是否存在土体坍塌、管节卡住等情况，排除故障后再继续施工。顶进速度：匀速顶进，速度控制在5~10cm/min，避免过快顶进导致偏差失控，顶进过程中实时监测轴线和高程偏差。纠偏操作：偏差监测：每顶进50cm测量一次管道轴线和高程，采用全站仪和水准仪进行检测，记录偏差数据。纠偏方法：当轴线偏差超过5mm或高程偏差超过3mm时，启动纠偏千斤顶，调整工具管方向，逐步纠正偏差，纠偏时遵循“小角度、慢纠偏”原则，避免猛纠导致管节接口损坏。（五）作业面保障措施1.排水措施顶管施工一般从下游向上游推进，地下水由作业面流向工作井集水坑，集水坑设置在工作井底部一角，配备潜水泵将积水排出地面，水泵扬程不小于10m，备用一台水泵应对突发涌水。若遇到地下水较丰富地段，需增设井点降水，将水位降至管底0.5m以下。2.通风措施顶管作业面空间封闭，需坚持机械通风，在管口安装电动风机向管内送风，风量不小于3m³/（人·min）。作业前先强制通风30min以上，再进行有毒有害气体检测（如甲烷、一氧化碳、硫化氢等），检测合格后方可作业；作业过程中持续通风，定期检测气体浓度，发现异常立即停止作业，撤离人员，加强通风至检测合格。3.照明与用电施工用电主干线采用380V三相五线制，工作井、地面设备及照明线路分开布置，电线架空或埋地敷设，严禁随地拖拉。管内照明采用12~24V低压供电，灯具选用防水防爆型，线路采用绝缘良好的电缆，接头密封处理，避免漏电；施工现场设置总配电箱和分配电箱，配备漏电保护器，实行“一机一闸一保护”。（六）不良地层处理1.流砂地层处理预防措施：开挖过程中发现流砂时，将工具管改为网格式结构，增强土体支撑；采用井点降水降低地下水位，或在管道中心线两侧设置旋喷桩、防水帷幕，高压注浆加固地基，控制地面沉降。处理流程：停止顶进，封闭作业面，启动降水设备降低水位，待流砂稳定后，采用“短开挖、快顶进”方式推进，必要时在管外注浆形成加固圈。2.孤石处理顶进过程中遇到孤石时，停止顶进，采用风镐人工凿除，确保孤石完全清除后再继续顶进，严禁未清除干净就强行顶进，避免管节偏移或接口损坏。3.管道渗漏处理渗水点处理：对管道接口或管壁渗水点，先凿V形槽，嵌入导水管引流，用双快水泥封闭管周，待水泥强度达到70%后，用手动泵压入水泥水玻璃浆液，在管外壁形成防水带。漏水处理：若出现严重漏水，立即停止顶进，封堵漏水点，加强排水，必要时拆除管节重新连接，确保接口密封严密。五、顶管出洞顶管出洞是指管道从工作井穿越封门进入待开挖土体的关键工序，直接影响后续顶进质量，需重点控制以下要点：（一）出洞前准备检查工作井出洞口尺寸，确保与管道间隙均匀，无障碍物；清理洞口周边土体，确保土体稳定。再次复核导轨、主顶油缸、工具管的轴线和高程，确保与设计要求一致，设备运行正常。配备应急设备（如水泵、沙袋、加固材料等），应对出洞时可能出现的土体坍塌、涌水等情况。（二）出洞控制轴线控制：严格控制基坑导轨、主顶油缸架、承压壁及出洞口的安装精度，确保管道出洞时轴线偏差不超过3mm。姿态控制：机头出洞推进时，将机头与前3节管节用拉杆连接牢固，调整主顶油缸编组，均衡施加顶力，防止机头出洞入土后“磕头”下沉。出洞后监测：机头出洞后，加密轴线和高程监测频率，每顶进20cm测量一次，及时调整偏差，确保管道沿设计线路推进。六、注浆加固（一）注浆目的顶管施工完成后，管道外壁与土体之间会形成空隙，容易导致地面沉降，需通过注浆填充空隙，密实管周土体，增强管道稳定性，控制地面沉降量在规范允许范围内（不大于30mm）。（二）注浆材料与配合比采用水泥—水玻璃双液快凝浆液，具体配合比为：水泥：选用P.O32.5普通硅酸盐水泥；水灰比（重量比）：0.6；水玻璃：添加量为水泥重量的2%；浆液性能：初凝时间1~2小时，终凝时间不超过4小时，抗压强度不低于1.5MPa。（三）注浆施工注浆孔设置：在管道接口部位预留注浆孔，每节管节设置24个注浆孔，沿管道圆周均匀分布，注浆孔孔径φ2030mm，安装注浆管并密封。注浆设备：采用高压注浆泵，工作压力1.5~2.0MPa，注浆管选用耐压橡胶管，连接严密无渗漏。注浆流程：顶管及接口工序完成后，立即进行注浆，避免土体沉降发展。采用分段注浆方式，从下游向上游推进，每节管节注浆量根据空隙体积计算（预留1.2倍富裕系数），确保空隙完全填充。注浆时控制注浆压力和流量，压力稳定在设计值，流量控制在20~30L/min，避免压力过大导致管道位移或土体扰动。注浆完成后，关闭注浆阀，养护24小时以上，确保浆液凝固强度。七、质量保证措施（一）测量控制建立完善的测量控制体系，工作井内设置永久控制点，定期复核控制点稳定性，确保测量精度。顶进过程中坚持“勤测量、勤纠偏、小角度纠偏”原则，及时记录测量数据，绘制顶进轨迹曲线，发现偏差趋势及时调整。测量仪器（全站仪、水准仪）定期校验，确保测量数据准确可靠。（二）材料质量控制管节、钢套环、橡胶圈、密封膏、水泥、水玻璃等材料进场时必须提供产品合格证、检验报告，进场后按规定抽样复检，不合格材料严禁使用。管节存放时垫高不少于10cm，避免直接接触地面，堆放高度不超过3层，防止管节破损、变形；橡胶圈存放于阴凉干燥处，避免日晒雨淋老化。（三）接口质量控制管节接口表面清理干净，无灰尘、杂物、油污，确保密封膏与管体紧密结合。橡胶圈安装平整，无扭曲、翻转现象，钢套环与管节贴合紧密，承插时用力均匀，避免橡胶圈挤压变形。密封膏填