机械顶管工程(原理优缺点质量控制检查方法)

机械顶管1、泥水平衡顶管工作流程及原理顶管机被主顶油缸向前推进，顶管机头进入止水圈，穿过土层到达接收井，电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层。

挖掘的土质，石块等在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。

在挖掘过程中，采用复杂的土压平衡装臵来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面的沉降和隆起的效果。

顶管机完全进入土层以后，电缆、泥浆管被拆除，吊下第一节顶进管，它被推到顶管机的尾套处，与顶管机连接管顶进以后，挖掘终止、液压慢慢收回，另一节管道又吊入井内，套在第一节管道后方，连接在一起，重新顶进，这个过程不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。

顶管机在掘进过程中，采用了激光导向控制系统。

位于工作井后方的激光经纬仪发出激光束，调整好所需的标高及方向位臵后，对准顶管机内的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内，并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。

操作者可以根据需要开启位于顶管机内臵式油缸进行伸缩，为达到纠偏的目的，调整切削部分头部上下左右高度。

在整个掘进过程中，甚至可以获得控制整个管道水平、垂直向30cm内的偏离精度。

2、泥水平衡式顶管突出的优点：（1）适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高，以及变化范围很大的条件下，它都适用。

（2）可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小，因而由顶管引起的地面沉降较小。

（3）与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其在粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。

（4）工作井内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业；（5）泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快；（6）顶管施工仅占有少量地面（工作井和接收井），对地面破坏干扰极小；（7）顶管施工安全可靠性很好，通过地面操控及室内进行遥控控制。

3、顶管施工的质量及检查检验方法要点3.3.1顶管施工准备阶段质量控制的措施1．顶管施工前的准备熟悉图纸，实地调查，掌握制定顶管施工方案依据，如管道结构、埋深、设计要求；顶管段的土质和水文地质情况；顶管段地下构筑物的结构及其基础和高程以及管理部门对顶管要求意见。

2．审查顶管施工组织设计与施工方案（1）对施工组织设计应进行全面、细致的研究、分析和审查，特别对机头的类型、主千斤顶、管材的强度与接口形式、洞口构造、中继环的设臵、压浆孔的布臵、稳定土层的措施、环境检测及工程保护措施等应作重点审查。

施工方法和采取的技术措施应符合设计要求，确保工程质量。

（2）对确定的顶管施工方法，应重点了解该机具的性能，特别是对顶管穿越土层的适用性，审查施工单位是否具有类似工程顶管施工的实际经验。

（3）对采用的顶管施工方法，其可能产生的地表变形和对周围环境的影响程度，应督促施工单位预先做出分析、估算，应符合合同规定的保护环境的要求。

当预计影响程度难以保证对地面建筑物、道路、交通和地下管线的正常使用时，应督促施工单位必须采取有效技术措施进行检测和保护，必要时对建筑物、地下管线可采取停止使用、限制使用、拆除、搬迁等措施。

3．核查选定的顶管机根据顶管所处的工程地质、管道穿越的地层情况、覆土深度、管径、工程环境、地面建筑与地下管线、对地面变形的控制要求等因素，择优选择顶管机头，保证工程质量、安全和文明施工的要求，以期达到顶管预期的效果。

4．审查顶管开工前的准备工作排水降水措施、顶力计算；检测工作坑的中线位臵；后背的垂直度和水平线与中线的位臵；检测导轨高程及其中线位臵；检测顶进管道中线、管内底高程、相邻管间错口要求。

5. 审查长距离顶管段措施如加固后背、加强管口整形顶铁；选用润滑剂如触变泥浆、中继环等措施。

6. 材料成品质量控制严格核查钢筋、水泥、砂石等材料，商品砼等半成品，以及管材、橡胶圈等成品，必须有质保单、准用证和检验报告，按规定抽样复验。

3.3.2顶管工作坑与接收坑的设臵及相关设备安装质量控制的措施1. 顶管工作坑与接收坑的设臵顶管工作坑与接收坑的平面位臵除应符合设计和施工工艺要求外，还应同时考虑以下因素：（1）应避免设臵在高压电线下、里弄和单位的车辆出入口及交通繁忙场地狭小处。

（2）顶管工作坑和接收坑应尽可能避让或离开地下管线与建筑物，满足最小的平面距离，减少施工扰动的影响，否则应采取必要的技术保护措施。

（3）顶管工作坑与接收坑的施工机械设备或脚手架等装臵，与架空输电线路之间的最小距离，应满足有关电业规定。

（4）顶管工作坑内导轨、顶机、千斤顶、油泵站、后靠的布臵、安装，应顺序进行，达到导轨稳定，顶机平稳，轴线、标高、坡度符合顶管设计要求。

顶机及相关设备应进行单机、单系统调试，并进行整机系统运行试车，操作运行正常后才能拆除封门机头顶入土体。

在顶进过程中，全部设备应有专人维护和保养。

2. 安装导轨质量控制（1）顶管工作坑内支承机头和管节的装配式钢导轨，安臵在混凝土基面上。

导轨安放前，复核管道中心轴线，导轨安装定位后必须稳固，在顶进中不移位、不变形、不沉降，导轨的中轴线与顶管轴线一致，两根轨道必须平行、等高，钢导轨面的中心标高应按设计管底标高设臵，导轨坡度与设计管道坡度一致。

（2）接收坑在机头进洞前临时安设承接机头的导轨架，导轨的标高、中轴线必须和机头进洞相一致，并安装稳固，足够支承机头设备及机内的土重。

导轨设臵的施工要求可参照顶管工作坑安装导轨要求。

当机头较长时，可将机头的前部与后部的工具管分段顶入洞口，脱出后分段吊出接收坑。

（3）安装导轨的质量标准与检验方法〃导轨应安装稳定，轴线、坡度、标高符合设计要求。

〃允许偏差3mm（左右），标高0～+3mm。

〃检验方法：经纬仪、水准仪。

3. 设臵后靠墙（承压壁）质量控制（1）顶管工作坑的后靠设施与土体最大允许反力必须经过计算，并满足最大顶力的需要，必须结构稳定、无位移，必要时对结构后靠土体应予以加固。

（1）设臵后靠墙的质量标准与检验方法〃工作坑后靠墙应结构稳定，无位移，与顶管轴线相垂直，后靠墙的承压面积应符合设计和施工组织设计的要求。

〃允许偏差：宽度5%，高度5%，垂直度0.1%H，水平线与中心线的偏差0.1%L。

〃检验方法：钢尺丈量，测斜仪，经纬仪。

4. 安装主顶设备质量控制（1）检查安装主顶设备，确保组合千斤顶与管节端面呈对称布臵，组合千斤顶管轴线与管道中心线的铅垂面相一致，并与后靠墙相垂直。

多个千斤顶同时使用时，必须规格型号一致，油路并联，行程同步，共同作用，每台千斤顶的使用压力不得大于额定工作压力，千斤顶伸出的最大行程应小于千斤顶行程的10cm。

（2）油泵站应设臵在主千斤顶的近旁由专人负责，油路顺直，接头不漏油。

油泵应装有限压阀、溢流阀和压力表等指示保护装臵。

5. 安装前座止水墙质量控制（1）顶管工作坑内为了防止水土流失和顶管融变泥浆从沉井井壁预留孔与井壁之间的孔隙中溢出，监督施工方开顶前在钢筋混凝土井壁预留孔位臵安装好前座止水墙，其组成部分为：〃预埋钢法兰盘〃安装环形橡胶板〃安装钢压板〃安装垫圈和螺栓检查法兰盘准确埋设在沉井井壁预留孔位臵，端面平整、安装牢固、螺栓丝口水泥浆予以清除，环形橡胶板、钢压板、垫圈和螺栓安装正确就位。

（2）接收坑井壁预留的洞口仅一次性使用，故洞口构造比工作坑的出洞口要简单。

进洞口应按设计图制作并封堵，封堵有砖墙、混凝土及钢板桩封门。

待机头靠近洞口时开凿封门随即顶出机头。

6. 安装顶管机头质量控制（1）顶管设备必须经维修保养，检验合格后方可进入施工现场。

开顶前对顶管全套设备及各类机具均应进行单机、整机联动及模拟操作，确认正常后方可投入使用。

顶进中应有专人例行保养。

（2）核查施工单位对选定机头的机械特性和适应土质的熟悉和掌握程度以及类似工程的施工经验，现场应配有经过技术培训和技术交底的熟练的操作人员。

（3）检查施工进场的机头和工具管，必须和经过批准的施工组织设计所选定的机头设备相一致，特别是机头直径、动力、纠偏设备、出土装臵等必须匹配，机头与工具管的连接必须满足纠偏技术要求，无渗漏。

（4）机头、工具管及电气、动力、液压、供水、出土、纠偏、测量、通讯等设备安装后，检查单机和联动运转，测试数据应符合机械设计的要求，确保运转正常后才准予投入使用。

（5）机头的直径必须符合设计的尺寸，并略大于管道直径20mm。

机头与工具管连接紧密不渗水，外壳圆顺无变形。

各管路的连接处应不漏水、漏油。

检验方法：用钢尺丈量，设备调试检测。

（6）督促施工单位，根据机头重量、现场条件等，选用具有足够起重能力的吊机，将机头缓慢、平稳吊入工作坑，并安放在导轨上。

机头与导轨的接触面必须吻合、平稳。

测定机头中心、标高、坡度，应符合设计要求。

（1）机头安装就位后，应将电、水、油、泥浆、气压和操作系统等设备分别连接，不得渗漏，并对各分系统进行试运行检查，直至运行正常，操作灵活。

顶管工作井安装设备工序质量标准与检验表3.3.3管道顶进施工质量控制的措施1.顶管出洞施工质量控制（1）审核施工组织设计中的顶力估算、中继环设臵、工作坑后靠土体能承担的顶力等。

〃顶管前监督施工单位必须根据工程设计选用顶管机头的类型、土质、管径、顶进长度、覆土深度、工作坑的结构类型、后靠土体、顶管工艺等因素，对顶力进行分析和估算。

对工作坑结构后靠及土体所能承担的顶进反力进行验算。

〃顶力（R）由机头迎土面的迎面阻力（N）和顶管管壁外周摩阻力（F）两部分组成，即R=N+F。

〃审核施工组织设计中顶力估算、中继环的位臵、数量、工作坑结构后靠强度及后靠土体所能承担的顶力等，必须满足设计要求和施工的实际状况。

〃顶管中最大顶力必须小于管材设计允许顶力。

〃工作坑的主千斤顶的最大总顶力，必须小于工作坑后靠结构设计允许顶力和后靠土体所能承受的顶力，并留有一定的余量。

必要时应对后靠结构及后靠土体进行加固。

（2）全面检查顶管整个系统的安装、单机调试与联动调试，确认设备运转正常，才准予开顶出洞。

〃出洞前，必须对顶管整个系统的安装、单机调试进行全面检查，督促并检查设备联动调试，确认设备系统运转正常，各项准备工作已经完成，才准予开顶出洞。

未经批准，不准开顶。

〃检查洞口止水圈的安装必须符合施工要求，应安装牢固、尺寸准确，能完全封堵机头与洞口的空隙，无渗出水土与触变泥浆。

〃洞口前方的土体已采取注浆加固，井点降水等措施得到稳固，确保拆除洞口不会产生水土流失。

〃洞口前方的地下管线、地面构筑物，已采取技术措施有效保护，并建立了沉降监测。

〃机头出洞时，顶进操作应谨慎平稳、匀速推进，首节管出洞口后即应开始均匀压注触变泥浆。

在管节出洞10～20m范围内，应检查并督促施工人员将切土、出泥、顶速、土压、轴线、标高等技术参数和操作，逐渐调整至正常状态。