顶管施工工艺

顶管施工工艺
一、施工技术参数
根据现场实际情况以及设备最大顶进距离，天宫殿N区2#路立交主线西段以及东段顶管施工区域均分别设置工作井六座，接收井两座。

结合现场实际情况以及顶进设备尺寸，天宫殿N区2#路立交西段顶管施工工作井平面尺寸设置为L*B=5.6*2.8m方形井，接收井为L*B=3.5*2.8m和L*B=3.7*3.5m方形井。

；东段顶管设置工作井为L*B=5.6*2.8m和L*B=7*3.5m，接收井为L*B=3.7*3.5m方形井；F工程顶管设置工作井为L*B=5.6*2.8m方行井，接收井为L*B=3.5*2.8m 方形井。

1、工作井
开挖深度1.98-14.5m,砼强度等级为C30钢筋砼，抗渗等级为S4，钢筋等级为HPB300和HRB400。

2、接收井：
开挖深度7.6-14.3m，砼强度等级为C30钢筋砼，抗渗等级为S4，钢筋等级为HPB300和HRB400。

3、顶管
管径规格为Φ800、Φ1000、Φ1400，共计3种规格，管道总长度368m。

Ⅲ级钢筋混凝土专用顶管。

埋深：Y-1—Y-6为10.24-14.68m；Y93—Y96为10.49-13.8m；Yf7—Yf7-1为1.98-7.6m。

4、基础地基承载力
大于等于180KP。

5、顶管各段参数
5.1、F工程
顶管施工段为：Yf7-Yf7-1，长度54m，管径d=800mm。

其中Yf7为接收井，断面尺寸为 3.5*2.8m；Yf7-1为工作井，断面尺寸为5.6*2.98m。

5.2、2#路
顶管施工段为：Y93-Y94，长度26m，管径d=800mm；Y95-Y96（2#路东段Y-1），长度30m，管径d=800mm。

其中Y93和Y96（（2#路东段Y-1）为接收井，断面尺寸为3.7*3.5m；Y94和Y95为工作井，断面尺寸为5.6*2.8m。

5.3、2#路东段
顶管施工段为：Y-1-Y-2，长度34m，管径d=800mm；Y-2-Y-3，长度35m，管径d=1000mm；Y-3-Y-4，长度56m，管径d=1400mm；Y-4-Y-5，长度40m，管径d=1400mm；Y-5-Y-6，长度60m，管径d=800mm；Y-6-Y-11，长度33m，管径d=800mm。

其中Y-1和Y-5为接收井，断面尺寸为3.7*3.5m,；Y-2和Y-4为工作井，断面尺寸为7*3.5m；Y-6为工作井，断面尺寸为5.6*2.8m。

5.4、顶管平面布置图（见附图一）
5.5、顶管纵断面布置图（见附图二）
二、施工工艺流程
2.1、顶管井施工工艺流程
顶管井包括顶管工作井和顶管接收井，其施工工艺如下：
基坑测量放样→基坑开挖→护壁钢筋绑扎→护壁内模和支架安装→浇筑护壁混凝土→护壁混凝土拆模及养护→钢筋混凝土底板→封砌预留孔洞→后背墙施工→混凝土养护。

2.2、顶管施工工艺流程
井中心测量放样→设备安装→管道吊装到位→人工掘进、出土→开机顶进→测量控制及纠偏→管道拼装→管道顶进→第二节管道掘进、出土、顶进……→定力接近许用应力→安放中继间→同上继续顶进→……顶进到位→出洞、拆除工具管→全线复测→顶进结束→闭水试验。

三、施工方法
工作井、接收井施工采用人工挖孔作业施工，顶管施工采用人工辅助机械钻进施工。

3.1、施工现场准备
以业主移交的控制点、水准点为依据，结合工程实际情况，建立现场测量控制系统。

对施工区域采用围挡进行封闭，围挡采用2m高彩钢瓦进行围挡，钢管扣件做支撑系统。

建立现场的施工临时供电、供水线路。

组织施工机具及作业材料进场，满足开工前的需要。

施工井场地平面布置图：
施工井场地平面布置简图
3.2、工作井、接收井施工
工作井、接收井井（见附图三）：
工作井、接收井采用逆作法，用人工将土体开挖1m后立即进行钢筋绑扎、模板安装、砼浇筑，尽量减少土体的暴露时间。

工艺流程：挖土→出土→绑扎钢筋→支模→浇注混凝土→拆模→养护→进入下一循环。

施工顺序见下图。

工作井和接收井开挖时轮换交替从地面向下挖土，井口上部1.2m 范围为锁口，其下每1m一节为井壁，开挖1m后应立即施工锁口，每挖1m应及时按照设计图纸进行施工护壁，护壁接头不要留在岩石分层、土石分界处，以确保施工安全。

当井壁土层稳定性差时，应缩短井壁分节高度，采用0.5m一节，必要时应加密钢筋、加厚护壁，以确保安全。

护壁采用C30钢筋混凝土，单节护壁长1.0m，深度≤5m，护壁厚度30cm；深度≤10m，护壁厚度40cm；深度≤15m，护壁厚度50cm。

钢筋采用HPB300和HRB400，钢筋连接采用绑扎或焊接。

浇筑混凝土时要加强振捣，确保混凝土与孔壁间联结密实。

竖井开挖进入中风化基岩部分，岩石比较完整时，为节约成本，可不再采取护壁支护措施。

挖出的土、石用50t吊车吊至井口2m以外并即时转运至业主指定的弃渣场（康师傅弃渣场）。

3.3、工作井、接收井基础
为了保证在坑内正常作业，防止工作坑地基沉降，影响管道顶进位置的准确性，应在坑底浇筑50cm厚C30钢筋砼基础，以便安放顶进顶推架。

3.4、工作井排水
为确保顶管安全与顶进质量，要求工作井内不应有积水。

工作井四周设置施工排水沟，由排水沟把工作井内积水引入宽1m×长1m×深1m集水坑内，再用小型潜水泵抽出排到道路排水沟内。

排水泵大小因工作井内渗水量而定。

排除井内积水使用潜水泵，排水过程中井内不得有人。

排水作业结束，必须在切断潜水泵电源后，作业人员方可进入井内作业。

3.5、后背墙施工
顶管设备运输到现场后，进行顶管设备的安装、调试工作，然后浇筑C30钢筋砼靠背(0.5米厚)，高度为2.2米，沿工作井长边满浇，配置φ16@150双层双向钢筋，预留进洞处穿墙孔。

3.6管节吊运及堆放
管节的吊运、装车、下管均采用50t吊车进行。

管节起吊时严格遵守起吊规范，管节必须轻吊轻放。

管节堆放时应堆放整齐排列有序以便于节省施工中的场地占用。

4、顶管施工方法4.1、施工流程：
4.2、顶管开挖方式选择
考虑到该工程所处地段的地质条件及施工的安全性和可靠性，通过与其它顶管方法的比较，决定采用手掘式加水钻开挖顶管施工。

1、手掘式顶管最大优点是施工进度快，但只能用于地质条件较好地段。

施工时要注意控制超挖。

2、水钻开挖顶管
（1）水钻开挖
水钻工装设备：主要由取芯钻头、电机、水平支架、垂直支架组成（见4-1图）。

电机
水钻结构简图（图4-1）
水钻取芯钻头长度为0.6m左右，孔径最大为φ150mm，专用工装支架由开挖洞的大小而定制。

即根据不同尺寸的顶管定制不同的专用水钻工装支架。

水钻工艺使用范围：泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩等岩石硬度较高的围岩。

水钻施工工艺：首先由测量人员根据开挖管线的方向和高程放开挖轮廓线—→由水钻技工安装调整水钻水平和垂直支架，使水钻取芯钻头外缘与开挖轮廓线一致方可开钻—→钻周边孔，每个钻孔要孔孔相连并且要有15～20mm交叉—→钻孔钻完，取出岩芯，使开挖部分岩石与围岩石分离，形成一隔离带—→再用φ35钻孔机在被开挖部分岩石上钻出300×300mm呈梅花型的破碎孔，把楔形销放入破碎孔中用人工破碎（见图4-2）。

开挖轮廓线
中部破碎孔
φ35～40深≤600
开挖边水钻孔
深≤600,φ120～150
水钻施工简图（图4-2）
水钻施工主要优点是对围岩的破坏小，开挖洞成型好；缺点是施工进度缓慢。

加快施工进度的主要手段之一是增加工作面，即多个作业面同时施工，为此，本方案施工进度横道图中工作井、接收井开、完工计划工期节点的有效实现，是本顶管工程按期完成的关键。

4.3、工具管
各管径钢筋砼管应满足JCT640-1996《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》的要求，每节长为2m。

由专业厂家进行生产。

根据业主要求，选定两家信誉好，规模大的制管厂由业主、监理最终选比确定专
用顶管管材供货商。

4.4、顶进设备
顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、导轨等。

①千斤顶
千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程拟采用6台300t液压千斤顶，行程为2m。

千斤顶的工作坑内的布置与采用个数有关，如一台千斤顶，其布置为单列式，应使千斤顶中心与管中心的垂线对称。

使用多台并列式时，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。

根据施工经验，采用人工挖运土方，管上半部管壁与岩壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处。

②高压油泵
由电动机带动油泵工作，选用额定压力为62MPa的ZB－500柱塞泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。

③顶铁
顶铁是传递和分散顶力的设备。

要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动，本工程拟采用U形顶铁。

U形顶铁安放在管子端面，顺顶铁作用其上。

它的内、外径尺寸与管子端面尺寸相适应。

其作用是使用顺顶铁传递的顶力较均匀地分布的到顶管端断面上，以免管端司部顶力过大，压坏混凝土管端。

4.5、导轨设置
导轨的作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土之前位置正确。

导轨安装牢固与准确对管子的顶进质量影响较大，因此，应根据工作井预留孔洞中心标高，推算出导轨顶面距与预留孔洞中心的高差，安装导轨时必须严格控制其标高和中线位置，确保符合设计中心位置、高程和坡度的要求。

基座上的导轨按照顶管设计轴线并按实测洞门中心居中放置，并设置支撑加固，保证基座稳定不变形。

本工程采用38kg钢轨作导轨。

4.6、顶进施工
工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行开挖和顶进。

首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管轴线和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行管前端挖方。

挖方采用人工配合小型机械（钻机）进行，即先在围岩壁上放出管硐开挖边线，然后采用小型钻机沿管硐边线连续不间断钻孔，将所有钻孔连成圆圈，使管硐边线内外两侧的围岩分开，以减小围岩应力，再在管硐边线内侧围岩表面均匀布孔，采用液压破碎机将岩石剥离下来。

管前挖出的土、石及时运出管外，采用50t吊车吊至坑外，再由机械搬运至业主指定的弃渣场（康师傅渣场）。

管硐挖出后及时顶进，顶进利用千斤顶出镐。

在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下：
安装好顶铁挤牢，管前端已一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

卸下顶铁，下管，用钢套环连接混凝土管，在混凝土管接口处放一圈麻绳，以保证接口缝隙和受力均匀或掺合其他防渗漏措施，保证管与管之间的连接安全。

重新装好顶铁，重复上述操作。

①顶进作业应符合下列规定：
a、应根据岩土条件、周围环境控制要求、顶进方法、各项顶进参数和监控数据、顶管机工作性能等，确定顶进、开挖、出渣的作业顺序和调整顶进参数；
b、掘进过程中应严格量测监控，实施信息化施工，确保开挖掘进工作面的围岩稳定和围岩压力平衡；并控制顶进速度、挖土和出土量，减少岩体扰动和地层变形；
a—最大超挖量；
b—允许超挖范围
图5 超挖示意图
c、手工掘进时，在允许超挖的稳定岩层中正常顶进时，管下部
135°范围内不得超挖；管顶以上超挖量不得大于15mm(见图5)；
d、管道顶进过程中，应遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则，控制顶管机前进方向和姿态，并应根据测量结果分析偏差产生的原因和发展趋势，确定纠偏的措施；
e、开始顶进阶段，应严格控制顶进的速度和方向；
f、进入接收工作井前应提前进行顶管机位置和姿态测量，并根据进口位置提前进行调整；
g、在软土、岩层中顶进混凝土管时，为防止管节飘移，宜将前3～5节管体与顶管机联成一体；
h、钢筋混凝土管接口应保证橡胶垫板正确就位；钢管接口焊接完成后，应进行防腐层补口施工，焊接及防腐层检验合格后方可顶进；
②施工的测量与纠偏应符合下列规定：
a、施工过程中应对管道水平轴线和高程、顶管机姿态等进行测量，并及时对测量控制基准点进行复核；发生偏差时应及时纠正；
b、顶进施工测量前应对井内的测量控制基准点进行复核；发生工作井位移、沉降、变形时应及时对基准点进行复核；
c、管道水平轴线和高程测量应符合下列规定：
●出顶进工作井进入岩层，每顶进300mm，测量不应少于一次；正常顶进时，每顶进1000mm，测量不应少于一次；
●进入接收工作井前30m应增加测量，每顶进300mm，至少测量一次；
●全段顶完后，应在每个管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；
●纠偏量较大、或频繁纠偏时应增加测量次数；
●测量记录应完整、清晰。

d、纠偏时开挖面岩体应保持稳定；采用挖方纠偏方式，超挖量应符合地层变形控制和施工设计要求。

e、工具管纠偏应平稳，避免用大角度纠偏。

4.7、触变泥浆减阻施工
为了减少顶进中的阻力，防止塌方，采用在管外壁与土体之间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管外壁与围岩之间的摩擦阻力。

触变泥浆除起润滑作用外，静置一定的时间泥浆固结，产生一定强度。

泥浆配比及注浆操作同常规方法。

按市政操作规程要求进行。

为使泥浆能够达到较好的充满度，每2节管设一处注浆孔，每处在管顶部及水平直径两侧管壁开3个注浆孔，注浆孔的设置与管材生产厂家联系。

在生产管材时将注浆孔预留好,孔径规格为Φ50mm,从管体顶进10m至15m后开始注触变泥浆。

随顶随注，注浆压力应达到0.2Mpa,以保证注浆饱满，确实起到润滑减阻作用。

调浆设备：搅浆机及储罐
灌浆设备：注浆泵、输浆管
触变泥浆材料主要成分：膨润土、碱（碳酸钠）和水
①触变泥浆的拌和和程序：
a、将定量的水放入搅拌罐内，并取其中一部分水溶化碱；
b、在搅拌过程中，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐内，搅拌均匀；
c、将溶化的碱水倒入搅拌罐内，碱水必须在膨润土上搅拌均匀后加入再搅拌均匀，放置12h后即可使用。

②注浆时，应符合下列规定：
a、注浆孔的布置按管道直径大小确定，每个断面可设置3～5个；相邻断面上的注浆孔可平行布置或交错布置；每个注浆孔宜安装球阀，在顶管机尾部和其他适当位置的注浆孔管道上应设置压力表；注浆压力可按0.1Mpa开始加压，在注浆过程中再按实际情况调整。

b、注浆前，应检查注浆装置水密性；注浆时压力应逐步升至控制压力；注浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进；
c、顶管机尾部的后续几节管节应连续设置注浆孔；
d、应遵循“同步注浆与补浆相结合”和“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的原则，制定合理的注浆工艺；
e、施工中应对触变泥浆的黏度、重度、pH值，注浆压力，注浆量进行检测。

f、注浆时，应减少触变泥浆的厚度，顶管后期应用迟凝泥浆置换触变泥浆。

4.8、管节连接
本工程拟采用钢筋混凝土管承插连接，每节管道长度2m。

4.9、管道内辅助设施
4.9.1通风设施
由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土、岩体中可能会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。

通风设施用一台送风机（送风量3m3/min），将新鲜空气送入管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。

人工挖土前，通风时间应不少于半个小时；挖土过程中，管硐内通风应连续不间断的进行。

4.9.2、电力设施
在顶管过程中，主要的电源为动力用电和照明用电。

潮湿洞内使用24V照明电源，动力电缆应挂在洞壁上。

a、动力用电
由于管道内的电机采用380V动力电，因此，进入管道的动力电必须做到二级保护和接地保护措施，动力电采用五芯电缆，电源线设置在操作人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。

b、照明用电
由于管道内的空气湿度较大，因此，采用24V低压照明电，低压电须通过变压器降压，灯具采用防水防爆灯具。

四、检查验收
1、工作井施工精度应符合下表要求。

工作井施工的允许偏差
注：H为后背墙的高度(mm)；L为后背墙的长度(mm)。

2、顶管施工精度应符合下表要求。

顶管施工贯通后管道的允许偏差
注：Di为管道内径(mm)。