土压平衡顶管施工工艺工法汇总

土压平衡顶管施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-GS-0101-2011

市政环保公司孙刚武

1 前言

1.1 概况

土压平衡顶管施工，是一种机械式顶管施工工法。它及手掘式顶管和其他形式顶管施工工法相比，又具有适应土质范围广和不需要采用任何其他辅助施工手段的优点。因而，这种土压平衡顶管施工工法越来越受到业内人士和技术人员的欢迎。

该法顶进施工中，利用土舱内的压力和螺旋输送机的排土来平衡地下水压力和土压力。该法掘进机排出的土可以是含水量较少的干土或含水量较多的泥浆，一般都不需要再进行泥水分离的二次处理。随着土砂泵的应用，该工法将会更加得到普及推广使用。

1.2 工艺原理

土压平衡顶管是根据土压平衡的基本原理，利用顶管机的刀盘切削和支承机内土压舱的正面土体，抵抗开挖面的水、土压力以达到土体稳定的目的。以顶管机的顶速即切削量为常量，螺旋输送机转速即排土量为变量进行控制，待到土压舱内的水、土压力及切削面的水、土压力保持平衡，由此则可减少对正面土体的扰动及减小地面的沉降及隆起。

2 工艺特点

2.1 它适用的土质范围广。从软黏土到砂砾土都能适用，是一种全土质的顶管施工方法。

2.2 能保持挖掘面稳定，地面变形极小。

2.3 施工时的覆土可很浅，最浅为0.8倍管外径。这是其他任何形式顶管施工所无法做到的。

2.4 弃土的运输、处理都较方便、简单。

2.5 作业环境好。既没有气压式那样的压力环境下作业，也没有泥水式那样的泥水处理装置等。如采用土砂泵输土，作业环境还会更好。

2.6 操作安全和方便。

2.7 该法在砂砾层和黏粒含量少的砂层中施工时，必须采用添加剂改良土体。

3 适用范围

3.1 本工法适用于N值0-50的淤泥到砂砾等各种土质条件下施工。

3.2 本工法不仅可在穿越河流、公路、铁路、房屋等覆土较深的条件下施工，而且可在覆土深度不小于0.8倍管外径的浅覆土条件下施工。

3.3 本工法不仅适用于DN800～3000mm口径的钢筋混凝土管施工，而且也适用于钢管施工。

4 主要技术标准

《给排水管道施工及验收规范》（GB50268）、《顶管施工技术及验收规范（试行）》（中国非开挖技术协会行业标准）、《顶管工程施工规程》（DG/TJ08-2049）（J11324）。

5 施工方法

在敷设管道前，先建造一个工作井。在井内顶进轴线的后方，布置一组行程较长的千斤顶，一般每组为4 只到6 只，将敷设的管道放在千斤顶前面的导向轨架上，管道的最前端是一台土压平衡顶管机，工具管

及管段之间需刚性连接。千斤顶顶推时，以工具管开路，推进管段穿过坑壁上的穿墙孔，把管道压入土中。及此同时，通过土压平衡顶管机的螺旋输出装置将掘进面板前方的土体输出，采用输送带或人工运至工作井中，吊出外运。当千斤顶达到最大行程后，全部缩回，放入顶铁，千斤顶继续前进。如此不断加入顶铁，管段不断向土中延伸，当顶管机和第一节管段几乎全部顶入土中后，吊去全部顶铁，断开顶管机的动力电源及压浆管路，将第二节管段吊入，接好管接头，连接动力电源线和压浆管路继续顶进，如此循环施工，直至全部顶完。

管道外壁注活性膨润土润滑浆，以减少四周的摩阻力。

当管道顶进阻力超过主千斤顶的顶进能力时，则采用中继接力技术，将管段分成数段，段间加入中继间，以接力方式分段克服摩阻力。

管道的顶进方向及高程采用激光经纬仪进行测量监控。

6 工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

土压平衡顶管施工的工艺流程如图1所示。

图1 土压平衡顶管施工工艺流程

6.2 操作要点

6.2.1 施工准备

在工程施工准备阶段，应编制详尽的施工组织设计，并做好如下几项工作：

1 施工场地地质条件、施工内容、范围确定

场地地质条件是选择施工方法的前提，工程施工前，应根据业主提供的地勘报告确定施工工艺，必要时应进行补充勘察；工程施工前，应组织施工人员认真学习施工图纸、相关规范、标准，明确工程施工内容和技术要求，对图纸中及现场不符内容联系设计人员进行补充设计或变更设计。

2 开工前，应对顶管轴线两侧各5m范围内进行地质勘察，核对地质是否及设计相符，并核对附近是否有既有建筑物。如地质及设计不符或有不良地质（如流砂层），则要扩大勘察范围，并及设计单位联系，采取相应的措施。

3 顶管设备选择

土压平衡顶管机有多种类型，应根据不同的地质条件选择适用的机型，以达到良好的顶进效果。

4 施工工艺参数的计算

工艺参数计算主要为管段顶力的计算，管段顶力根据《给水排水管道工程施工及验收规范》6.3.4经验公式，即：

FP =πD0Lƒk + NF

注：FP——管道顶进阻力（KN）；

D0——管道外径（m）；

L——管道设计顶进长度（m）；

ƒk——管外壁及土体单位摩阻力（KN/m2）；

NF——顶管机迎面阻力（KN）。

5 施工工艺确定

根据现场地质条件、顶管设备及工艺参数确定施工工艺。施工工艺主要包括：顶管区间段长度的确定，是否使用中继间以及中继间的数量和布置；初始顶进的方案及措施；测量及纠偏的方法；长距离顶进减阻的方案及措施等。

6 设备安装调试的技术措施

施工设备的安装、调试的技术措施主要包括：施工设备的安装位置、安装精度和牢固要求、安装顺序、调试方法和要求等。

7 施工过程控制的技术措施

施工过程控制的技术措施包括：工作井内管子的吊运安装、泥水处

理、测量等作业的空间布置以及平行或交叉作业的安排等；顶管入洞及出洞措施；施工过程中操作室及掘进机头、中继间的联络方式等。

8 质量安全技术措施

质量及安全技术措施主要包括：控制顶进轴线、高程误差及其他质量因素的措施；顶进操作及设备维护的技术及安全措施；控制地面隆起、沉降的措施；穿越重要构筑物的技术及安全措施。

9 应对突发事件的预案

进行施工过程中技术、质量、安全的风险分析，制订处理风险事件的应急措施。

10 顶管施工记录

记录包括顶进过程中的顶进长度、顶力数值或油泵压力表数值、管位偏差及其校正情况、机械运转情况、中继间施工情况、土质水位变化及出现的问题等。

6.2.2 设备安装及试运行

设备安装前，根据设备的操作要求及施工方便的原则确定各设备的安装位置、各种管线和电缆的铺设位置及走向等。对设备的吊运、安装顺序进行计划和安排。

1 设备的安装

1）主顶设备底盘的安装应支撑牢固、防止产生受力变形或位移。底盘的调整定位宜在将顶管机吊运至底盘导轨上后进行。

2）主顶设备液压系统宜设置在主顶设备附近以便于操作，液压软管接头连接清洁无污染。