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。