泥水平衡式大中型口径顶管施工工法

泥水平衡式大中型口径顶管施工工法泥水平衡式大中型口径顶管施工工法工法编号：RJGF(闽)—11—2009完成单位：福建省第五建筑工程公司主要完成人：郭锡明、林琛、陈汉良、刘清才1 前言随着城市建设的发展，市政管网施工的问题日益突出，传统的开槽施工，因破坏道路、影响交通、污染环境等，越来越不适合于城区施工，小口径拖拉管的施工也逐渐不能满足社会高速发展、城市扩张的需求，而顶管施工则切实解决了存在的问题，在市政管网施工中得到了越来越多的应用。

我司在泉州市江南池店组团污水管网主干管工程、泉州市北峰组团污水管网主干管工程、泉州市江南3号泵站污水管网系统工程等大中口径给排水管网工程中采用了泥水平衡式顶管施工技术，经过多年的施工实践，总结出了复杂地质条件下大中型口径泥水平衡式顶管施工工法，取得了明显的社会效益和经济效益。

2 工法特点2.0.1 本工法是一种非开挖施工技术，地下穿越能力强，施工工作面不大，可方便在繁华市区施工，对顶进管道周围地层扰动少，能维持不同土质挖掘面上的稳定平衡；土层损失小，产生的地表面变形小。

2.0.2 本工法顶进施工时的连续作业性能好，施工进度快。

2.0.3 采用本工法施工时的总顶力较小，尤其在黏性土层中的长距离顶进，优于其他类型的顶管工法。

2.0.4 在工作井内的作业环境较好，能够安全地实现顶进作业。

2.0.5 施工噪音小，不破坏道路、不影响交通，环境污染小，施工精度高，技术先进。

3 适用范围3.0.1 本工法适应于各类大中型地下管道施工（管径大于1200毫米），通常包括混凝土管道、钢管、玻璃纤维加强管、球墨铸铁管道等等。

3.0.2 本工法适应于各种不同的土质条件，尤其对地下水位很高，地下水压力变化较大的地层更具有优越性。

4 工艺原理泥水平衡式顶管机是利用泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力，通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出顶管机，在不开挖地表的情况下，利用液压顶进工作站从工作坑将铺设的管道顶入，从而在顶管机之后直接铺设管道。

工艺原理参见图4。

图 4 工艺原理图5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程当顶管线路选定，各标段的工作井和接收井位置确定后，各标段开始施工的工艺流程可参照图 5.1进行。

沉井施工 设备安装泥浆沉安装进泥泵、安装后座墙 安装导轨安装进排泥管、接通电路、油路安装顶进油接通电源安装激光仪、 机头吊装就位安装泥浆搅拌筒操纵台就安装洞口止水测 量 放 样试车顶进施工顶进到位图5.1 工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 施工准备1 施工资料准备1)工程施工前应由设计单位进行设计交底及图纸会审，发现问题及时向设计单位提出变更修改。

2)工程施工前应掌握管道沿线的地形、地貌、建筑物、各种管线及设施情况，熟悉工程地质勘察报告、水文地质资料、气象资料。

3)结合工程实际，编制施工组织设计，制定保证安全质量的措施。

2 施工测量：根据测量控制点的坐标和高程，布置现场的测量控制点，并设永久性测量控制桩。

3 工作井与接收井施工：工作井必须满足在顶力和周边水土压力作用下的强度和变形要求，结构形式应根据顶力大小和地下水情况因地制宜地选择。

4 顶力估算1)施工前，应对总顶力进行估算，以验算设备及材料承受力和确定工艺。

2)顶力计算参考《给水排水工程顶管技术规程》CECS 246:2008F=πDLfk+NFF——总顶力标准值（KN）；D——管道的外径（m）；L——管道设计顶进长度（m）；Fk——管道外壁与土的平均摩阻力（KN/m²）（参考表5.2.1）NF——顶管机的迎面阻力（KN）NF=（π/4） Dg²rsHsDg——顶管机外径（m）;Rs——土的重度（KN/m³）;Hs——覆盖层厚度（m）;3）当估算总顶力大于管节允许顶力设计值或工作井允许顶力设计值时，应设中继环。

表5.2.1 管道外壁与土的平均摩阻力（fK）取值（KN/m²）土的种类软粘土粉性土粉细土中粗砂混凝土管 3.0～5.0 5.0～8.0 8.0～11.0 11.0～16.0 触变泥浆钢管 3.0～4.0 4.0～7.0 7.0～10.0 10.0～13.0 注：玻璃纤维增强塑料夹砂管可参照钢管乘以0.8系数。

5 顶管准备工作1)为了顺利完成顶管接收工作，顶管施工之前在进洞口和出洞口位置，应进行洞口土体加固。

如果土质不是很软，可采用门式加固法，即对所顶管道两侧和顶部一定宽度和长度范围内的土体进行加固，以提高这部分土的强度，从而使工具管或掘进机在出洞或进洞中不发生坍土现象。

如果土质比较软，则必须在管道顶进的一定范围内，对整个断面进行加固。

如果土质比较好，比较硬，挖掘面上的土体又能自立，这时也可以不必进行土体加固。

土体加固技术一般有高压旋喷技术、搅拌桩技术、注浆技术等。

2)为保证工作井和接受井顺利到位和顺利实施进出洞口工序，在工作井和接收井进出洞口应设置封门。

洞口可用低强度等级水泥砖砌筑砖封门，在掘进机到达接收井时，可将砖封门挤倒或切削掉。

有时，也可以用低强度等级的混凝土取代砖头。

3)安装洞口止水装置：为保证顶管机进出洞时泥浆和地下水不从顶管机外周围涌出，需在顶进方向安装洞口止水装置。

洞口止水装置安装在工作井与接收井沿管线方向的侧壁预留洞上，预留洞的直径应比顶管机外径稍大，其由预埋螺栓，钢压环及橡胶圈组成。

洞口止水装置见图5.2.1。

图5.2.1 洞口止水装置图4)轨道及顶进后背安装：轨道安装误差在±5mm 之内，确保背铁与导轨垂直。

5)机头安装：机头整体吊至基坑导轨上，调正机头，接通自控系统，检查实际数值与计算机显示数值是否相符。

6)泥水分离系统调试，检查泥路循环是否正常。

7)工作井顶进系统调试。

8)供电系统调试。

9)工作井内高程、中心桩校正。

5.2.2 顶进施工1 拆除洞口封门2 顶进机头：当机头进入土体时，开动大刀盘和进排泥泵。

机头入洞阶段速度控制在（3～5）mm ／min，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之内，所以速度不要太快。

3 机头顶进至能卸管节时停止顶进，拆开动力电缆、进排泥管、进排泥泵、控制电缆和摄像仪连接，缩回顶进油缸。

4 将事先安放好密封环的管节吊下，对准插入就位。

5 接上动力电缆，控制电缆、摄像仪连接、进排泥管路并接通压浆管路。

6 启动顶管机、进排泥泵、压浆泵、主顶油缸，顶进管节。

初始顶进后500mm，顶进测量开始，每顶进300mm做一次中心、高程记录，并及时向技术负责人汇报，以便采取措施。

7 管道减阻措施1)中大口径顶管（DN1200以上）应采取措施减少管壁摩擦阻力。

2)石蜡、废油脂等可涂于管外壁减少外部摩擦阻力。

3)通过在管外壁与土层环状空间注入润滑材料，可以减小施工管道与地层间摩擦力，有利于顺利顶进和长距离顶进。

4)通过润滑减摩，避免跳动顶进，使顶力作用均匀，提高施工效率和质量。

5)管节应有预留注浆孔，可以在几节管节间加入一节预留注浆孔管节。

8 随着管节的顶进，不断观察机头轴线位置和各种指示仪表，纠正管道轴线方向并根据土压力大小调整顶进速度。

纠偏原理是：全站仪发出不可见光到机头中心光靶，光靶把偏移反应到控制台，控制台控制纠偏千斤顶工作，具体方法如下：1)在大口径顶管施工中，一般采用激光经纬仪或激光发射器进行顶管位置测量，这样可以保证在管道内黑暗环境中，比较准确地测量位置偏移。

2)激光经纬仪进行顶管测量时，在工作井内安装激光发射器，并按设计要求，调整好坡度和方向，在机头位置安装接收靶标，靶标上有刻度线，当顶进管位置和设计数量一致时，激光点和靶标中心重合，若不重合即可通过刻度线知道偏移方向和程度。

3)在操作室内通过摄像机可以清楚地观察到激光靶标的情况，通过激光点偏移中心点的刻度和方向，判断顶管偏离设计要求的位移量，操作顶管机头内置的四只纠偏油缸动作，及时调整至激光点和靶标中心重合。

9 当一节管节顶进结束后，重复以上第2至第8项操作程序，实施继续推进。

5.2.3 顶进到位1 顶进即将到位时，放慢顶进速度，准确测量出机头位置，当机头到达接收井洞口封门时，停止顶进。

2 在接收井内安放接引导轨。

3 拆除接收井洞口封门。

4 将机头送入接收井，此时刀盘的进排泥泵均不运转。

5 拆除动力电缆、进排泥管、摄像仪及连线和压浆管路等。

6 分离机头与管节，吊出机头。

7 将管节顶到预定位置。

8 按次序拆除中继环油缸并将管节靠拢。

9 拆除主顶油缸、油泵、后座及导轨。

10 清理场地。

5.2.4 泥水控制1 在不同土质条件下控制好泥水平衡，方能建立起挖掘面上的压力平衡。

其控制泥水相对密度如表5.2.4：表5.2.4 不同土质条件下控制的泥水相对密度土质名称渗透系数(cm/s) 颗粒含量（%）相对密度粘土及粉土1×10-9～1×10-75～15 1.025～1.075粉砂及细砂1×10-7～1×10-515～25 1.075～1.125 砂1×10-5～1×10-325～35 1.125～1.175 粗砂及砂砾1×10-3～1×10-135～45 1.175～1.225 砾石1×10-1以上45以上 1.225以上2 在顶进过程中，机头密封舱中流入含泥量的泥水，使泥水保持一定压力，这样泥水起到平衡地下水压的作用，且泥水带走切削下来的泥土。

泥土压力应高于地下水压。

3 在掘进过程中，应经常注意排泥处水头变化，观察水头可以看出地下水压力变化。

如果出现排出泥水压力水头大增，应及时采取调整顶进压力，增减泥水泵压力，或控制阀门大小等措施，保持挖掘面的稳定。

4 要经常检查排出泥水浓度和密度，还有所含物质，对照检查排泥泵的流量及压力是否正常，防止排泥量过小造成排泥管淤积和堵塞，过大造成挖掘的失衡。

5 当掘进停止或者排泥管清淤时，应关闭排泥阀门，防止泥水流出，也应防止泥水从洞口或其他地方流失，防止挖掘面失稳。

6 泥水分离：对顶进过程中排放出来的泥水进行泥水分离，最常采用的是沉淀池法，就是把排出的泥水排入沉淀池，一定时间后，颗粒较大的自然沉淀于底层，抽去上层清水，下层既是分离出来的泥浆，上层清水可重复使用，泥浆可以处理，这是一种简单而又经济的处理方法。

5.2.5 管节连接：顶完一段（接收井和工作井之间）距离后，检查完每一节项完整性和密封性符合设计要求后，对管接口处进行连接密封，根据管材不同材料采取不同的连接方式，确保接口质量及密封要求。

5.2.6 在整个顶管施工过程中应及时测量并记录各项工艺参数。

5.3 劳动力组织顶管施工一般需要三班制连续作业，每班人员的配备见表5.3表5.3 顶管施工每班人员配备表序号人员数量职责分工1 技术人员 1 施工技术管理、质量管理、数据收集与分析，发现问题并提出解决措施2 班长 1 在技术人员指挥下进行指挥、调度、计划安排、质量控制3 顶管机操作员 1 操纵机头运转、顶进、进排泥泵运转、纠偏等4 起重机驾驶员 1 操作起重机械5 压浆工 1 拌浆、压浆6 辅助工 2 接管、拆管、挂钩等6 材料与设备6.1 材料6.1.1 顶管材质应根据管道用途、管材特性等选用混凝土管道、钢管、玻璃纤维加强管等，所用管材必须满足如下基本要求：1 能够抵抗管道内外的侵蚀。