頂管施工工藝技術

1、 16/16頂管施工工藝技術頂管施工工藝流程頂管施工工藝流程如下圖所示：管節(jié)吊放下井管節(jié)套接主頂千斤頂回縮主頂站頂進工具管起動出土聯結各類管節(jié)墊鐵吊放下井停止出土、回縮千斤頂吊出墊鐵、后移分壓環(huán)關閉電源、拆除所有管線管節(jié)吊放下井壓漿系統(tǒng)運行不 足 吊 放 管 節(jié) 長 度圖-1 管道頂進施工流程圖頂管機安裝工作井導軌設置工作井根據土質、管節(jié)重量及地下情況，做好基礎，以防止工作井底下沉，導致管節(jié)頂進位置的偏差。導軌的作用是引導管節(jié)按設計的中心線和坡度頂進，保證管節(jié)在出洞之前位置正確。另一作用是讓環(huán)形、弧形頂鐵工作時能有一個可靠的托架，導軌安裝牢固與準確與否對管節(jié)的頂進質量影響較大。因此，安裝導軌必

2、須符合管節(jié)中心、高程各坡度的要求。本工程采用4米長雙排28#槽鋼作導軌，導軌間距165.7cm。后背墻加固結構工作井的后墻后背作為千斤頂的支撐結構。因此，后背要有足夠的強度和剛度，且壓縮變形要均勻。安裝時應滿足如下要求：作后背的混凝土壁平整，使墻面與管道頂進方向垂直。頂進設備安裝(1)為把主頂油缸的反力分散地均布在混凝土后座墻上，不讓混凝土后座墻由于壓力集中而損壞，在主頂油缸和混凝土后座墻之間，設置一塊后靠板。后靠板主要由前后兩塊面板（20的厚鋼板）和豎向及周邊的肋板（18#槽鋼）及吊耳組成。后靠板安裝時，要與主頂油缸保持重直，并在與混凝土后座墻之間墊一塊8CM厚的木板。后靠板如下圖所示：圖2

3、后靠板設置示意圖(2)工作井導軌安裝基坑導軌是安裝在工作坑內為頂管提供一個基準的設備，導軌支座預埋在基坑底板混凝土內，以便在頂管時不會導致導軌發(fā)生移位或者下沉。導軌本身必須具備堅固、挺直，管子壓上去不變形等特性，材料用工字鋼，根據施工經驗，采用鐵軌制作導軌不易變形，能較好地滿足施工要求，主要由整平螺栓、軌道、軌枕三大部份組成，如下圖：圖3 工作井導軌設置圖導軌用型鋼和P38以上鋼軌制作，鋼軌焊于型鋼上，型鋼用螺栓緊固于鋼橫梁上，以便裝拆。鋼橫梁置于工作井底板上，并與底板上的預埋鐵板焊接，使整個導軌系統(tǒng)成為在使用中不會產生位移的、牢固的整體。制作導軌時，導軌面標高和混凝土管管底標高是相等的。鋼筋

4、混凝土管頂進的導軌的兩軌道之間的寬度B ，根據下式求得： B = ( D2 -d2 )1/2式中：B 基坑導軌兩軌之間的寬度 D 管外徑 d 管內徑。千斤頂托架由槽鋼焊接而成，起固定千斤頂的作用，使千斤頂工作時有一個可靠的托架。導軌安裝在頂管中至關重要，其安裝精度甚至決定管道是否可頂好，故須達到如下要求：a、兩導軌應順直、平行、等高，其縱坡應與管道設計坡度一致。b、導軌軸線偏差3mm；頂面高差03mm；兩軌間距2mm。（3）主頂油缸主頂油缸采用2臺普通主頂油缸，額定油壓40Mpa,單個推力300t,行程1800mm, 外型尺寸4022800mm，如下圖：圖4主頂油缸圖（4）導軌、油缸、油缸托架

5、組裝導軌、油缸、油缸托架組裝后，如下圖：圖5導軌、油缸、油缸托架組裝圖(5)主頂油泵站主頂油泵站，由油泵、油箱、控制閥、管路附件和電器設備組成。油泵采用CY型柱泵與電動機組合在一起的形式，CY型軸向柱泵的最小排量為1.25Ml/轉，公稱轉速為1500轉/min,公稱壓力為31.5 Mpa。(6)頂鐵頂鐵的作用是為了彌補主頂油缸行程的不足，而不能一次就把一節(jié)管子推入土中的一種墊塊，當主頂油缸回縮后它加在主頂油缸和所頂管道之間，以便再頂，因此頂鐵必須要有足夠的剛度和強度。環(huán)形頂鐵安放在最后一節(jié)頂進管的管口部位，作用是把每臺主頂油缸的推力均勻地分布在被頂管子的管口受力面上，目的是保護所頂進管的管口不

6、遭到破壞。本項目采用的環(huán)形頂鐵如下圖：圖6 環(huán)形頂鐵圖(7)工具管井內就位工具管安裝在被頂進管子最前方，供頂管工人在里面進得挖土，糾編等作業(yè)的鋼制管節(jié)。由前殼體、后殼體、糾編螺栓等構成，其結構如下圖：圖7 工具管圖工具管吊入工作井前，應對各構件進行詳細檢查，卸機頭時，應平穩(wěn)、緩慢、避免沖擊、碰撞、并由專人指揮，確保安全。機頭安放在導軌上后，要測定前后端的中心方向偏差和相對高差，并做好記錄，機頭與導軌接觸面必須平穩(wěn)、吻合。頂進設備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、工具管及運出土設備等。(1)千斤頂每套設備擬采用2臺300T液壓千斤頂。千斤頂在工作井內的布置采用并列式，頂力合力作用點與管壁反作用力作

7、用點應在同一軸線，防止產生頂進時受力不均，造成頂進偏差。(2)高壓油泵站由電動機帶動油泵工作，選用額定壓力為52 MPa的ZB500注塞泵，經分配器，控制閥進入千斤頂，各千斤頂的進油管并聯在一起，保證各千斤頂活塞的出力和行程一致。(3)頂鐵頂鐵是傳遞和分散頂力的設備。要求它能承受力而不變形，并且便于搬動。根據頂鐵位置的不同，可分為橫頂鐵、順頂鐵和U形頂鐵、環(huán)形頂鐵，本工程選用環(huán)形頂鐵，厚0.18米，環(huán)形頂鐵內徑為1.4米及1.2米，外徑1.68米及1.64米，與頂管內外徑一致。(4)工具頭根據現場了解的情況、有關圖紙及土質勘察資料，本工程擬用敞開式工具頭施工，工具頭與管子尾部連接，采用4個糾偏

8、千斤頂進行糾偏。(5)其它設備工作井上設置頂棚用彩瓦遮蓋，以防雨水及陽光，便于人員在不同氣候下的正常操作。所有設備組成的頂管機如下：圖 8 頂進設備布置圖洞門止水設計工作井內，進洞口的預留洞口與管節(jié)之間都留有很小的間隙，頂管由上游往下游施工，本區(qū)地下水位很低，洞內涌水很小，設計未做洞門止水設計。管道頂進施工工作井內設備安裝完畢，經檢查各部處于良好狀態(tài)，即可進行開挖和頂進。首先將管節(jié)下到導軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管中心和管底標高是否符合設計要求，合格即可進行管前端取土（石）。(1)頂進施工頂進是在利用千斤頂出鎬后在后背不動的情況下將管節(jié)推向前方，操作過程如下：1)安裝好頂鐵并擠牢，管前端有

9、一定長度后，啟動油泵，千斤頂進油，活塞伸出一個行程，將管節(jié)推向一定距離。2)停止油泵，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。3)添加頂鐵再往前頂進。4)卸下頂鐵，下管。(2)頂管工作面排水頂管工作面地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。(3)管道滲漏的處理對管道的滲水和漏水點，先鑿V形槽，埋入導水水管，用雙快水泥封閉管周，待水泥有一定強度后，用手動泵壓入水泥水玻璃漿液，在管外壁形成防水帶，以達到止水效果。（4）管道接口本工程管道接口采用目前國內外頂管施工中使用最多的F型鋼套環(huán)承插接口，外嵌環(huán)狀遇水膨脹橡膠圈止水。管節(jié)接口的內側間采用PG321雙組份聚硫密封膏密封。填塞密封膏應抹平，不得凸

10、入管內。本工程管道接口采用1400268、1200205鋼環(huán)天然橡膠圈和PG321雙組份聚硫密封膏連接密封。鋼環(huán)預制在管節(jié)端部，木環(huán)與橡膠圈在頂管過程中安置，頂管結束后再用PG321雙組份聚硫密封膏將管道內接口密封。密封前對接口處表面清理干凈，以方便PG321雙組份聚硫密封膏與管體結合緊密。示意圖如下：圖9管道接口圖(5)挖土（石）與頂進工作井內設備安裝完畢，經檢查各部處于良好狀態(tài)，即可進行開挖和頂進。首先將管了下到軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管中心和管底標高是否符合設計要求，合格后即可進行管前端出土（石）。(6)頂管開挖與運土當機頭前端進入洞口防水密封圈后，即在工具管前端挖土。本工程頂管埋

11、深為0.44.03m，頂管穿越回填土層、軟質巖層及硬質巖層，頂管過程中要根據不同的地質情況采取如下不同的施工的方法。（1）土層及軟質巖層回填土層及軟質巖層：頂管穿越回填土、軟質巖層時，擬采用敞開式工具管法施工頂管。對機頭前土層、軟質巖石擬采用風鎬輔助開挖，回填土或軟質巖層峒體穩(wěn)定性差，易出現坍塌，為保證施工人員安全必須邊掘進邊頂進。因此開挖峒體的臨空面不能超過300mm，人員必須站在工具管內施工。遇到地下水較豐富時則嚴格邊挖邊頂，防止土體坍塌出現安全事故。回填土開挖以鍋底型向前推進，即先挖中間后挖上方再挖左右及下方土體。軟質巖層開挖時，先挖上半部分再挖下半不部分。峒體開挖的土石方擬采用人工裝小

12、車上，用小車運石渣至工作井內，再用垂直運輸設備運至井口?；靥钔翆釉诰蜻M開挖時遇到大塊孤石時，采用人工局部鑿打的方式進行處理。對于處于管道上方的小塊懸石應進行清除，防止坍落傷人。（2）硬質巖層硬質巖層頂管一般采取爆破的方式開挖峒體，但本工程位于G75高速和在建工地，不能采取爆破施工。本工程頂管穿越硬質巖層頂管時采取敞開式環(huán)鉆法（水鉆施工方法）掘進，即先開挖峒體，再頂管。根據地勘資料及現場實際巖層的情況進行判斷確定峒體開挖長度，可以采取分段開挖分段頂進，分段長度不大于2m。本工程硬質巖層掘進采用水鉆施工方法：測量定位峒體中心位置。以管外底為切點，用水鉆鉆一個1750的峒體。水鉆直徑130，單孔鉆的

13、深度為700mm，用水鉆沿園邊線取芯形成一個1750的圓柱，再用40的小水鉆將1260的石圓柱縱橫間隔400mm鉆些小孔徑，然后用石楔子將17500石圓柱分為若干小石塊，再用小車運至工作井外。水鉆施工示意圖如下圖所示：圖10水鉆鉆孔平面布置圖峒體按照設計的軸線、高程控制開挖后，再進行頂管，這種情況下一般頂管阻力較小。待頂管頂通后，在管外壁進行注漿，目的是填充管外壁的孔隙，同時對頂管起到一定的穩(wěn)固作用。管前挖土是保證頂進質量及地上建筑物安全的關鍵，管前挖土的方向和開挖形狀，直接影響頂進管位的準確性，因為管子在頂進中是循已挖好的土壁前進的。因此，管前周圍超挖應嚴格控制。對于密實土質,管端上方可有1

14、.5cm空隙，以減少頂進阻力，管端下部135中心角范圍內不得超挖，保持管壁與土壁相平，也可預留1cm厚土層，在管子頂管過程中切去，這樣可防止管端下沉。在不允許頂管上部土壤下沉地段頂進時，管周一律不得超挖。管前挖土深度，一般等于千斤頂出鎬長度，如土質較好，可超前0.5m。超挖過大，土壁開挖形狀就易控制，容易引起管位偏差和上方土坍塌。在松軟土層中頂進時，應采取管頂上部土壤加固或管前安設管檐，操作人員在其內挖土，防止坍塌傷人。管內挖土工作條件差，勞動強度大，應組織專人輪流操作。管前挖出的土，及時外運。在油缸架下方，安裝一個雙筒卷楊機，雙筒卷楊機牽引四輪小車，將土方從工具管內土運至工作井底，再用工作井

15、上方的行車，將土方吊至工作井上方。土方運送示意圖如下：圖11 頂管土方外運示意圖管內挖土工作條件差，勞動強度大，組織專人輪流操作。管前挖出的土（石）及時外運，大管徑可采用手推車推運，管徑較小時，采用雙筒卷揚機牽引小車出土將土運至管外，再用航車吊車送至地面上，然后裝入自卸汽車，外運至業(yè)主指定棄土場。料斗采用國標方形料斗，斗容量0.3立方米，最大載重量300Kg，巖石采用風鎬破碎后裝斗起吊出井，嚴禁采用捆綁方式直接起吊。(7)頂管工作面排水頂管工作一般從下游向上游方向進行，地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。(8)不良地層事故處理技術措施由于地下工程的復雜性，在頂進過程中有可能會遇到與

16、地質資料不相符的不良地質，采取以下措施進行處理。1)流砂地質的處理：開挖過程中，若發(fā)現有流砂地質，應將工具管設計為網格式。其次采取降水措施，如降水井點。2)將地下水降到管底0.5m以下，若地下水不過大，在管道中心線兩側采用旋噴村或防水帷幕和采用高壓注漿加固地基，以控制其沉降量。3)若在頂進過程遇到孤石，則要采用風鎬鑿除，將其清除干凈，切不可未清除干凈就冒然頂進。(9)頂管作業(yè)面通風頂管作業(yè)必須堅持機械通風。通風方法為在管口裝電動風機，往管內送風。管施工作業(yè)前必須先強制通風，再進行有毒有害氣體檢測，無異常后方可進行作業(yè)，加強通風設備的日常維護保養(yǎng)，確保通風設備的正常使用，氣體檢測應做好記錄。(10)照明及用電施工用電主干線采用380V三相五線制，接通地面、工作井、管道照明采用1224V低壓供電。頂管出洞頂管從工作井內穿越封門進入待開挖土體的過程稱為出洞。頂管出洞工作是頂管施工的關鍵工序。工作坑內設備安裝完畢，經檢查各部處于良好狀態(tài)，即可進行頂管出洞。首先將第一節(jié)管子下到導軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管軸線和管底標高是否符合設計要求，合格后即可進行向前頂進出洞。出洞控制要點：軸線控制：在基坑導軌、主頂油缸架、承壓壁、出洞口應嚴格控制好設計軸線，保證安裝精度高，確保牢固穩(wěn)定。