顶管施工方法、工序、接口、纠偏实用资料

顶管施工方法、工序、接口、纠偏实用资料
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顶管
一、管道施工工序
顶管法是用大功率的顶推设备将新管顶进至终点来完成铺设任务的施工方法，其工序如下：
（1）铺设前在管段一段建造工作坑（竖井）。

（2）工作坑内布置后背墙、千斤顶，讲管道放在千斤顶前面的导轨上，管道最前端安装工具管。

（3）调整好管道高程和中心位置，开启千斤顶使工具管的刃角切入土层，然后工人进入工作面挖掘刃角切入土层的泥土，并将弃土通过外运设备运至地面。

二、顶管设备
（1）千斤顶：分活塞式和柱塞式两种，多采用液压千斤顶
（2）高压油泵：
（3）顶铁：把千斤顶几个点的推理均匀分布到钢筋混凝土管端面，按位置和作用不同分为顺铁、横铁和立铁
（4）刃角：安装于首节管前端，先贯入土中以减少贯入阻力，有外壳、内环和肋板组成
（5）机头：掘进机，切开土层并向前推进的机构，主要有水力切削式机头、土压平衡式机头和泥水平衡式机头
①水力切削式机头
✧水力切削式有三矫式和套筒式
✧三铰式由控制室、操作间和冲泥舱三段组成，用于管径
1200~~3000mm饱和软土层
✧套筒式由两段组成，两段之间放套筒，套筒与第一段之间
上下安装纠偏千斤顶，水平方向设置铰链
②土压平衡式机头
✧切下泥土中注入流动性和不透水性的作泥材料，是切下来
的土变成流动性的、不透水的特殊土体使之充满密封舱，并保
持压力平衡挖面土压
✧适用于含水量较高的黏性、砂性土以及地面隆陷要求控制
较严格地区
③泥水平衡式机头
✧与土压平衡式机头类似
✧挖掘面稳定、地面沉降小、可以连续出土，但因泥水量大，
弃土的运输和堆放比较困难
三、顶管施工方法
1、按铺设管道口径分类
（1）小口径顶管法（管道内径小于800mm管道）
①挤压类施工法：
✧管段形状有锥形挤压（管尖）和开口挤压（管帽）
✧锥形挤压正面阻力大，易偏差，无需排泥
✧开口挤压正面阻力小，顶进是土体挤入管内形成土塞，及
时排除土塞以减少正面阻力
✧挤压类施工法适用于软土层，如淤泥之土、沙土、软塑状
态的黏性土，不适合用于土质不均匀或混有大小石块的土层
②螺旋钻输类顶管法：
✧管道前段管外安装螺旋钻头，钻头通过管道内钻杆与螺旋
输送机连接，可以边切削、边顶进、边输送
✧适用于砂性土、砂砾土以及呈硬塑状态的黏性土
③泥水钻进顶管法：
✧采用切削法钻进，弃土排放采用泥水
✧采用碎石型泥水掘进机，一次可顶进100m以上，偏差小
✧泥水由输送管和排泥管排放
✧适用于硬土层、软岩层及流沙层和极易坍塌的土层
④扩管法：
✧先顶进小直径管
✧然后小直径管末端接扩管器，再把所需管道顶进去
✧或者扩管器安装在所需管道前端
（2）大口径顶管法
✧构筑顶进工作坑
✧管道前段挖掘土层，向后方运弃土
✧与小口径顶管法施工方法相同
2、按开掘工作面的施工方法分类
（1）敞开式
✧适用于土质条件稳定，无地下水干扰，工人可以进入工作
面直接挖掘而不会出现大塌方和涌水等现象
（2）封闭式
✧适用于土质不稳定，地下水位高，工人不能进入挖掘
✧将挖掘面与工人操作室之间用密封舱隔开
✧在密封舱内充入空气、泥浆、泥水混合物等，借助此压力
支撑开挖面，以稳定土层、防止塌方、涌水、控制地面沉
降
四、管道施工接口
1、钢管接口
一般采用焊接接口。

当采用钢丝网水泥砂浆和肋板保护层时，应做防腐处理。

2、钢筋混凝土管接口
（1）钢涨圈连接
✧钢涨圈是用6~~8mm的钢板卷焊成圆环，宽度
300~~400mm，外径小于管道内径30~~40mm
✧钢涨圈放在管道接口处，接缝居中，打入木楔，使钢涨圈
下外壁与管道内壁直接接触，安装紧
✧管道顶进到位后，拆除钢涨圈，管口用油麻、石棉水泥打
密实
（2）企口连接
✧用于直径1350~~2400mm管道连接
✧采用企口连接的钢筋混凝土管道不适用与长距离顶管，
✧存在企口连接允许最大偏角
（3）T形接口
✧两管段之间插入钢套管，插入部分有橡胶密封圈
（4）F形接口
✧钢套管与管段一端浇铸成一个整体，并形成插口
✧管段另一端混凝土做成插头，带有密封圈凹槽
✧安装时安装橡胶密封圈，然后插口安装木垫片，插入即可
五、顶管测量和纠偏
1、顶管施工测量：
（1）测量工具管的中心和高程，测量及时、准确。

✧当第一节管位于导轨上开始校核，符合要求后继续进行。

✧工具管进入土层时加密测量次数。

✧常规做法：开始每300mm测量不少于1次，正常作业后每
1000mm测量不少于1次，测量均已管子前端为准。

✧进入接收工作井钱30m，应该增加测量，每300mm不少于
1次
✧纠偏量较大，频繁纠偏时，应增加测量次数
✧顶进完之后，应在每个关节接口处测量其水平轴线和高程，
有错口时，应测出相对高差
✧测量记录清晰、完整
（2）控制点设置：不易扰动、视线清楚、方便校核、利于保护处。

（3）高程测量用水准仪，轴线测量用经纬仪，转动测量用垂球。

先进的可用激光经纬仪。

（4）长距离顶管时，采用计算机辅助的导线法（自动测量导向系统）；在管道内增设中间测站进行常规人工测量时，宜采用少设测站的长导线法，每次测量应对中间测站进行复核
2、顶管纠偏方法：
产生偏差原因：工具管迎面阻力不均匀、管壁周围摩擦力不均匀、千斤顶微小偏心等。

（1）挖土校正法：
✧不同部位增减挖土量
✧校正误差在10~~20mm
✧用于黏土或地下水位以上的沙土
✧管内挖土纠偏法和管外挖土纠偏法
（2）强制校正法：
✧圆木支托或斜撑对管端使力，强行校正
✧校正误差大于20mm
✧支托法和斜撑法
（3）衬垫校正法：
✧管壁一侧加木楔，使管道沿正确方向顶进
✧校正管子低头现象
✧用于淤泥流沙地段，地基承载力较弱
3、纠偏规定：
✧顶管过程中，应绘制顶管机水平和高程轨迹图、顶力变化
曲线图、管节编号图
✧及时纠偏，微纠偏
✧纠偏时土体应保持稳定；采用挖土纠偏法时，超挖量应符
合底层变形控制和施工要求
六、顶管施工一般规定
（1）顶管技术措施选用的基本规定
✧一次顶进100m以上，应设置中继间
✧采用管外壁熔蜡和触变泥浆减阻技术
✧使用激光经纬仪或激光指向仪与安置在顶管机内的激光目
标靶共同组成误差测量系统，进行全过程监控
（2）顶管施工顶力选择应综合考虑管材力学性能、工作坑后背墙允许的最大荷载、顶进设备能力和顶进措施等原因，适当留有一定安全系数，必须进行顶进阻力计算。

（3）顶进前应对规定事项进行确认，特别是密闭式顶管机的全部设备应联动运转合格。

（4）顶管进出井封门拆除、破洞顶进等应符合相关规定。

（5）顶管施工具体规定：
✧根据土质、设备性能、技术等确定顶进、开挖、出土的作
业顺序
✧严格监控，确保工作面土体稳定和土压平衡，控制顶进速
度、挖土量和出土量、减少土体扰动和底层变形
✧采用敞口式顶管机，稳定土层允许超挖：管下部135°范
围不的超挖，顶部超挖不能超过15mm
✧勤测量，勤纠偏，微纠偏
✧顶进是严格控制顶进机的速度和方向
✧软土层顶进混凝土管是，为防止管节漂移，应将3~~5节管
体和顶管机连成一体
（6）管道过建筑物顶管时，管道至建筑物基础的净间距，管道平行基础底时，净间距一般为管道外径2倍，不少于3m;管道与基础底不在同一个平面时，还应考虑土体平衡
（7）顶管施工应连续作业，不可停顿；事故时可暂时停工，及时处理，并采取防止掘进面塌方措施
（8）顶管穿越公路、铁路或其他设施时，应符合相关技术规定
七、中继间
1、中继间的使用
✧设计顶力严禁超过冠词啊允许顶力
✧第一个中继间要克服管道外壁摩擦力和顶管机迎面阻力，
后边中继间应克服两个中继间之间管道外壁摩擦力
✧设置中继间应留有足够的顶力安全系数（第一个根据经验
确定）
✧中继间密封装置宜采用径向可调形式，密封配合面的加工
精度和密封材料质量满足要求
✧超长距离、超深顶管工程，中继间应具有可更换密封止水
圈的功能
2、中继间的安装、运行、拆除
✧中继间壳体具有足够刚度，其中千斤顶的数量根据顶进长
度计算，沿周长均匀分布安装
✧安装中继间是检查各部件，正常后方可安装，安装完毕后
试用检验
✧中继间启动和拆除应从前向后依次进行
✧拆除中继间时，应具有对接接头的措施，中继间的外壳若
不拆除，应在安装前进行防腐处理
八、触变泥浆注浆工艺
1、注浆工艺内容
✧泥浆配比、注浆量和压力确定
✧制备和输送泥浆的设备及其安装
✧注浆工艺、注浆系统及注浆孔的布置
2、确保顶进是管外壁和土体之间能形成稳定、连续的泥浆套
3、根据现场，选择泥浆材料、组成和技术指标（顶管机尾部同步注浆宜选择黏度较高、失水量小、稳定性能好的材料；补浆的材料宜黏滞小，流动性好）
4、触变泥浆应搅拌均匀，且性能：
✧输送和注浆过程中呈胶状液体，具有流动性
✧注浆后静置，呈胶凝状，具有一定的固结强度
✧管道顶进时，触变泥浆被扰动后，应呈胶状液体
✧触变泥浆材料对环境无害
5、顶管机尾部的后续几节应连续设置注浆孔
6、同步注浆与补浆相结合，先注后顶，随顶随注，及时补浆
7、监测触变泥浆的黏度、重度、PH值、注浆压力、注浆量
8、触变泥浆注浆系统应符合下列规定：
✧制浆装置容积应满足形成泥浆套的需要
✧注浆泵宜选用液压泵、活塞泵、螺杆泵
✧注浆孔布置按管道直径大小确定，每个断面可设置3~~5
个；相邻断面可平行布置，也可交错布置；每个注浆孔安装球
阀；在顶管机尾部或其他适当位置的注浆孔管道上安装压力表
✧注浆前，检查注浆装置水密环；注浆是压力逐步升至控制
压力；注浆遇到故障处理后可继续顶进
九、管道垂直顶升施工
（1）垂直顶升管道强度、刚度满足要求；顶升土基进行强度验算，并进项相应的土体加固
（2）顶进管段位置准确
（3）顶升设备安装：
✧顶升架有足够刚度和强度，高度和平面尺寸满足垂直管节
安装和人员作业
✧传力底梁座底面与水平管道有足够的均匀接触面积，是顶
管反升力均匀传递到相邻数节水平管节上，底梁座支架对称布
置
✧顶升架安装定位时，顶升架千斤顶合力中心与水平开孔管
顶升口中心宜同轴心和垂直，液压顶升系统应进行调试（4）顶升前检查：
✧垂直立管的管节制作完成后，应试拼装，并对合格管节编
号
✧垂直立管顶升前应进行防水、防腐处理
✧水平开孔管节的顶升口设置止水框装置且正确安装，并与
相邻管节连成一个整体；止水框装置与立管之间应安装止水嵌
条，止水嵌条压缩程度可采用设置罗双及方钢调节
✧垂直立管的顶头管节设置转换装置（转向法兰）
✧垂直顶升设备安装经检验、调试
（5）垂直顶升规定：
✧按垂直立管的管节组队编号顺序依次进行
✧立管关节就位正确，保证管节与止水框装置内圈的周围间
隙均匀一致，止水嵌条止水可靠
✧立管关节平稳、垂直向上顶升；顶升个千斤顶行程同步、
匀速，并避免顶块偏心受力
✧垂直立管的管节间接口连接正确、牢靠，止水可靠
✧应有防止垂直立管后退和管节下滑的措施
(6)垂直顶升完成后，收尾工作：
✧做好与水平开口管节顶升口的接口处理，确保底座管节与
水平管连接强度
✧立管进行防腐和阴极保护
✧立管内清洁干净无杂物
（7）垂直顶升管在水下揭去帽盖时，必须在水平管道内灌满水并按设计要求采取立管稳定保护接揭帽盖安全措施
（8）外露的钢制管件防腐处理
顶管施工方案
一、工程概况：
S324线K28+642处施工工程概况如下：
1、工程名称：乌伦古河临时供水工程T1施工供水管线S324线
K28+642处穿越施工
2、穿越地点：S324线K28+642处
3、拟穿越方式：本次穿越拟采用非开挖水平定向钻工艺穿越敷设。

4、预计工程量：穿越长度为36米。

穿越套管选用DN400mm、壁厚7mm的钢管。

5、穿越地质：根据勘探结果显示该段地形略有起伏、相对开阔，为丘陵地貌，表层为第四系全新统洪积碎石土层，厚度一般，土黄色—青灰色。

结构松散，含植物根系，局部土层中含盐量较高，见有盐碱析出。

下覆青灰色泥盆系凝灰质砂岩，挖深2.5m左右，均无地下水。

勘察期间，场地无地下水。

根据相关区域资料，地下水水位随季节变化，一般年变化幅度为0.30-0.70 m，如若出现地下水，施工单位在施工时应注意降水，保证工程的安全实施。

管线工程穿越的S324线K28+642处的管道埋深均按照自然地面
1.7m控制，项目区域内标准冻土深度参照当地最大冻土深度1.9m，因1.7米以下为岩石，无法使用水平定向钻施工，由管线单位后期回填后盖帽处理。

S324线K28+642处施工工程概况如下：
1、工程名称：乌伦古河临时供水工程T2施工供水管线G216线
K298+460处穿越施工
2、穿越地点：G216线K298+460处
3、拟穿越方式：本次穿越拟采用非开挖水平定向钻工艺穿越敷设。

4、预计工程量：穿越长度为42米。

穿越套管选用DN400mm、壁厚7mm的钢管。

5、穿越地质：根据勘探结果显示该段地形为河谷地带，北岸陡峭，第四系土层覆盖较薄，南岸较缓，第四系土层覆盖较厚，相当于部分分布为第三层泥岩。

河谷地带地表为第四系冲洪积砂土覆盖，下伏沙砂石，厚度由几米至十几米不等。

勘察期间，场地无地下水。

根据相关区域资料，地下水水位随季节变化，一般年变化幅度为0.30-0.70 m，如若出现地下水，施工单位在施工时应注意降水，保证工程的安全实施。

管线工程穿越的G216线K298+460处的管道埋深均按照自然地面下1.7m控制，项目区域内标准冻土深度参照当地最大冻土深度1.9m，因1.7米以下为岩石，无法使用水平定向钻施工，由管线单位后期回填后盖帽处理。

二、施工总体部署
2.1质量及安全目标：
确保单位工程一次合格率100%，施工安全零伤亡、零事故，认真贯彻“安全第一，预防为主，以人为本”的方针，全面落实安全生产管理制度，实现安全生产无重大事故。

2.2 工期及施工进度安排：
1、工期：自开工之日起5日内
2、施工进度安排：详见施工进度计划表
2.3 总体部署
本次拟穿越公路施工，管道拟呈90º正交穿越公路，操作面及导向坑设置于公路一侧，导向坑需采用人工开挖，在公路另一侧开挖回拖接收坑。

导向钻进时水平定向钻入钻角设定为18º，在导向坑18米以外提前入钻，进入导向坑前调平，套管穿越段水平外进，采用三级扩孔：DN200扩孔，DN300扩孔，DN4000扩孔，用DN400清孔一道，一次性回拖成功。

2.4 组织机构及职责分工
成立水平定向钻穿越施工机组，负责本次穿越施工组织工作。

机组长：黄永刚
安全员：吴首成
特种操作手：机手1名、导向手1名、泥浆手1名；
普工人员：4人
2.5 拟投入本工程的主要机具及钻机主要技术参数
1、施工机具及检测仪表配置表
注：表中所列机具及检测仪表均经年检，性能良好满足生产要求。

2、DDW-180水平定向钻机技术参数
三、水平定向钻穿越施工原理及施工技术：
3.1施工原理：
A、定向钻进敷管施工法是在不开挖地表面的条件下，利用导向钻进技术先钻出导向孔，再经过反复回拉扩孔直至达到孔径要求，最终通过回拖敷设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工方法。

B、选用设备的主要原则是：根据施工需求设计或选择一定拉力范围的钻机，然后将钻机输出的扭矩和钻杆的参数及配套泥浆泵量作为关键参数进行对比，同时考虑发动机持续功率的大小。

C、全液压工程钻孔机的调速方法有以下三种：
1）节流调速控制回路，由流量阀改变进入或流出执行元件的流量来实现调速。

2）容积调速控制回路，即通过改变变量泵的供油量或改变液压马达排量来实现执行机构的调速。

3）分合流调速控制回路，有两泵三速回路和分流阀回路两种形式。

D、钻机的保护设计，非开挖钻机设计时，需要考虑钻机本身的安全和司转人员的安全。

如支撑油缸的自锁设计，保护钻杆丝扣的动力头浮动机构设计以及防碰地下高压电缆的感应线圈设计。

3.2 施工技术方案
本方案似采用水平定向钻拖管法对全线管道进行施工，拖管施工对场地的要求主要是在管道熔接时，需要有场地摆放管道，两井的前后（出钻和入钻方向）无障碍物，方能满足施工段的正常拖拉。

3.2.1 施工工艺
水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管。

3.2.2 关键技术
（1）地层勘探及地下管线探测
地层勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。

其内容包括：土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等。

可采用查资料、开挖和钻探方法获取。

地下管线探测主要了解有关地下已有管线和其它埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。

一般采用物探法，按其定位原理分为：电磁法、
直流电法、磁法、地震波法和红外辐射法等。

（2）钻进轨迹的规划与设计
导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。

钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管线的性能等，给出最佳钻孔路线。

目前我单位有制造商提供钻机轨迹规划设计软件，通过采集所需的全部信息，利用计算机进行最优化钻孔轨迹。

大大提高了轨迹的科学性和施工效率。

（3）配制钻液
钻液在施工中起着非常重要的作用。

钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。

钻液具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。

残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。

在不同的地质条件下，需要不同成份的钻液。

钻液由水、膨润土和聚合物组成。

施工中用水做钻液的主要成份，膨润土和聚合物用做钻液添加剂。

钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。

本工程施工中施工人员配制适合地层性能的钻液，在类似工程中我们已能够熟练正确使用钻液。

特别是当施工中遇到不同地层时，能及时调整钻液的性能以适应工程要求。

（4）钻导向孔
钻导向孔的关键技术是钻机、钻具的选择和钻进过程的监测和控制。

可根据不同的地质条件以及工程的具体情况，选择合适的钻机、钻具和
钻进方法来完成导向孔的钻进。

导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。

通过人机协调控制，严格按已设计的轨迹完成导向孔施工。

钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的；钻头板以及安装板上的钻牙，在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用，在钻杆推进时起变向作用；发射器容纳管（探棒室）用来放置发射器（探棒），在容纳管上开有通磁槽，并用非金属材料密封以防止高压钻液进入，发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。

钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。

导向钻头的组成部分如图3.3-1所示。

图3.3-1 导向钻头
钻机与钻具的选择：钻孔主要靠钻机产生的推力、旋转扭矩以及所提供的钻液的流量、压力来完成施工。

特别是长距离穿越，一方面，由于管线及钻杆自重较重，钻杆与地层之间产生的摩擦阻力较大，因此，钻机的回拉力及扭矩必须足够大；另一方面，为了确保本工程的顺利进行，应尽量避免工程施工中途停钻，钻机连续运转时间相对较长，就必须要求钻机具有良好的性能，因此，在我单位的技术人员的研讨下特意为本工程拟定了一台适合本工程地理条件的钻机。

（5）回拉扩孔铺管
在回拉扩孔铺管施工中的关键技术是根据不同的土层、地下水位以及最终成孔直径正确地选择回扩钻具和每次的进刀量，正确的选配钻液和确定钻液的流量。

当导向孔钻进完成后，卸下导向钻头、发射器容纳管，接上反向扩孔钻头和旋转接头（分动器），然后在旋转接头后接上回拉钻杆，进行回拉扩孔钻进。

对直径较大的孔，可进行多次扩孔钻进，使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。

扩孔钻具如图3.3-2所示。

图3.3-2 钻具组成图
扩孔器类型有桶式、飞旋式、刮刀式等：穿越淤泥黏土等松软地层时，选择桶式扩孔器较适宜，扩孔器通过旋转，将淤泥挤压到孔壁四周，起到很好的固孔作用；当地层较硬时，选择飞旋或刮刀式扩孔器成孔较好。

一般要求选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的1.2～1.5倍，这样能够保持泥浆流动畅通，保证管线能安全、顺利的拖入孔中。

水平定向钻进铺管中，泥浆作用尤其重要，因此钻孔中不可缺少泥浆。

一般地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间的摩擦力增大，导致拉力增大。

要保持在整个钻进过程中有返浆，这对回拉扩孔施工的顺利进行尤其重要，在本工程中如遇到地层条件是硬岩、泥灰岩和砾石交替变化，施工技术人员可及时调整钻液以产
生不同的泥浆。

当扩孔钻进完成后，在回拉钻杆后接上回扩头和旋转接头，在旋转接头后接上拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。

回拉铺管的钻具组成如图3.3-3所示。

图3.3-3 回拉铺管钻具图
本次穿越采用三级扩孔：DN200扩孔，DN300扩孔，DN400扩孔，用DN400清孔一道，一次性回拖成功。

依该处穿越土特点本次扩孔采用挤压式扩孔头。

3.2.3 工程施工
I、测量定位
根据施工图纸要求和现场踏勘情况，放出入土点、出土点和管线中心轴线的位置，在入土点端测量并确定钻机安装位置。

同时，确定穿越管道东、西两侧管头的具体位置。

为了施工过程中不能出现任何差错。

因此首先对施工区域进行地下障碍物探测，对穿越沿线进行详细地质勘查，采取有效地措施确保穿越。