市政管道頂進施工-掘進頂管施工

模塊8頂管施工單元二

頂管工作坑一、人工掘進頂管法掘進頂管施工操作程序如圖2-1所示。1.頂進管段的兩端各建一個工作坑（堅井）；2.在工作坑中安裝有后背墻、千斤頂、導(dǎo)軌等；3.然后將帶有工具管的首節(jié)管，從頂進坑中緩緩吊入工作坑底部的導(dǎo)軌上；當(dāng)管道高程、中心位置調(diào)整準確后，開啟千斤頂使工具管的刃角切入土層；4.工人可進入工作面挖掘刃角切入土層的泥土，并隨時將棄土通過運土設(shè)備從頂進坑吊運至地面；5.當(dāng)完成這一開挖過程后，再次開啟千斤頂，則被頂進管道即可緩緩前進。圖2-1掘進頂管過程示意圖1-后座墻；2-后背；3-立鐵；4-橫鐵；5-千斤頂；6-管子；7-內(nèi)漲圈；8-基礎(chǔ)；9-導(dǎo)軌；10-掘進工作面一）管材與管徑掘進頂管常用的管材為鋼筋混凝土管、鑄鐵管、鋼管等。分為鋼筋混凝土管采用普通管和加厚管，管口形式有平口和企口兩種。最小管徑：900mm。二）頂管施工方案主要內(nèi)容：（1）選定工作坑位置和尺寸，頂管后背的結(jié)構(gòu)和驗算；（2）確定掘進和出土的方法，下管方法和工作平臺支搭形式；

（3）進行頂力計算，選擇頂進設(shè)備，是否采用中繼間、潤滑劑等措施，以增加頂管段長度；（4）遇有地下水時，采取降水方法；（5）頂進鋼管時，確定每節(jié)管長，焊縫要求，防腐絕緣保護層的防護措施；（6）保證工各質(zhì)量和安全的措施。二、工作坑工作坑是掘進頂管施工的工作場所。

1.位置確定（1）根據(jù)管線設(shè)計，排水管線可選在檢查井下處；（2）單向頂進時，應(yīng)選在管道下游端，以利排水；（3）考慮地形和土質(zhì)情況，有無可利用的原土后背；（4）工作坑與被穿越的建筑物要有一安全距離；（5）距水、電源較近的地方等。2.工作坑的種類及尺寸根據(jù)工作坑頂進方向，可分為單向坑、雙向坑、交匯坑和多向坑等形式，如圖2-2所示。圖2-2工作坑類型1-單向坑；2-雙向坑；3-交匯坑；4-多向坑

工作坑尺寸是指工作坑底的平面尺寸，它的與管徑大小，管節(jié)長度，覆蓋深度，頂進形式、施工方法有關(guān)，并受土的性質(zhì)、地下水等條件影響，還要考慮各種設(shè)備布置位置、操作空間、工期長短、垂直運輸條件等多種因素。工作坑的長度如圖2-3所示：圖2-3工作坑底的長度1-管子；2-掘進工作面；3-后背；4-千斤頂；5-頂鐵；

6-導(dǎo)軌；7-內(nèi)漲圈其計算公式：

L=L1+L2+L3+L4+L5

式中：

L—矩形工作坑的底部長度（m）；

L1—工具管長度（m）。當(dāng)采用管道第一節(jié)作為工具管時，鋼筋混凝土管不宜小于0.3m；鋼管不宜小于0.6m.。

L2—管節(jié)長度（m）；

L3—運土工作間長度（m）；

L4—千斤頂長度（m）；

L5—后背墻的厚度（m）；工作坑的寬度和深度如圖2-4所示：圖2-4工作坑的底寬和高度1-撐板；2-支撐立木；3-管子；4-導(dǎo)軌；5-基礎(chǔ)；6-墊層其計算公式：

W=D+2B+2b

式中：W—工作坑底寬（m）；

D—頂進管節(jié)外徑（m）；

B—工作坑內(nèi)穩(wěn)好管節(jié)后兩側(cè)的工作空間（m）；ｂ—支撐材料的厚度。支撐板時，ｂ＝0.05m；木板樁時,ｂ＝0.07m。

H=D+h1+h2+h3式中：H—頂進坑地面至坑底的深度（m）；

h1—地面至管道頂部外緣的深度（m）；

h2—基礎(chǔ)及其墊層的厚度（m）；

h3—管道外緣底部至導(dǎo)軌底面的高度（m）。

工程施工中，可以根據(jù)經(jīng)驗，估算工作坑的長度和寬度。工作坑的長度可以用下式估算：

L=（L4+2.5）m

工作坑和寬度可以用下式估算：

W=D+（2.5-3.0）m。3.工作坑、導(dǎo)軌及基礎(chǔ)施工1)工作坑施工工作坑的施工方法有開槽式、沉井式及連續(xù)式等。（1）開槽式工作坑工作坑的縱斷面形狀有直槽式、梯形槽式。工作坑支撐采用板樁撐。如圖2-5所示的支撐就是一種常用的支撐方法。工作坑支撐時首先應(yīng)考慮撐木以下到工作坑的空間，此段最小高度應(yīng)為3.0m，以利操作。撐木要盡量選用松杉木，支撐節(jié)點的地方應(yīng)加固以防錯動發(fā)行危險。

圖2-5工作坑壁支撐（單位：mm）1-坑壁；2-撐板；3-橫木；4-撐杠（2）沉井式工作坑在地下水位以下修建工作坑，可采用沉井法施工。沉井法即在鋼筋混凝土井筒內(nèi)挖土，井筒隨井筒內(nèi)挖土，靠自重或加重使其下沉，直至沉至要求的深度。最后用鋼筋混凝土封底。沉井式工作坑采用平面形狀有單孔圓形沉井和單孔矩形沉井。（3）連續(xù)墻式工作坑連續(xù)墻式工作坑采取先深孔成槽，用泥漿護壁，然后放入鋼筋網(wǎng)，澆筑混凝土?xí)r將泥漿擠出形成連續(xù)墻段，再在井內(nèi)挖土封底而形成工作坑。與同樣條件下施工的沉井式工作坑相比，可節(jié)約一半的造價及全部的支模材料，工期縮短。2）導(dǎo)軌導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)管子按設(shè)計的中心線和坡度頂進，保證管子在頂入土之前位置正確。導(dǎo)軌安裝牢固與準確對管子的頂進質(zhì)量影響較大。安裝導(dǎo)軌必須符合管子中心，高程和坡度的要求。導(dǎo)軌有木導(dǎo)軌和鋼導(dǎo)軌。常用的鋼導(dǎo)軌，鋼導(dǎo)軌又分輕軌和重軌，管徑大的采用重軌。導(dǎo)軌與枕木裝置如圖2-6所示。圖2-6導(dǎo)軌安裝圖1-導(dǎo)軌；2-枕木；3-混凝土基礎(chǔ)；4-木板

兩導(dǎo)軌間凈距按公式確定，如圖2-7所示。

A={（D/2）2－［D/2－（ｈ－ｅ）］}1/2

＝{［Ｄ－（ｈ－ｅ）］（ｈ－ｅ）}1/2

式中：A—兩導(dǎo)軌內(nèi)凈距（mm）；

D—管外徑（mm）；

h—導(dǎo)軌高，木導(dǎo)軌為抹角后的內(nèi)邊高度（mm）；

e—管外底距枕木或枕鐵頂角的間距（mm）約10～20mm

。 圖2-7導(dǎo)軌安裝間距一般的導(dǎo)軌都采取固定安裝，但有一種滾輪式的導(dǎo)軌，如圖2-8所示。具有兩導(dǎo)軌間距調(diào)，以減少導(dǎo)軌對管子摩擦。這種滾輪式導(dǎo)軌用于鋼筋混凝土管頂管和外設(shè)防腐層的鋼管頂管。

導(dǎo)管的安裝就應(yīng)按管道設(shè)計高程、方向及坡度鋪設(shè)導(dǎo)軌。兩軌道平行，各點的軌距相等。導(dǎo)軌裝好后應(yīng)按設(shè)計檢查軌面高程、坡度及方向。檢查高程時在第1條軌道的前后各選6～8點，測其高程，允許誤差0～3mm。穩(wěn)定首節(jié)管后，應(yīng)測量其負荷后的變化，并加以校正。還應(yīng)檢查軌距，兩軌內(nèi)距±2mm。在頂進過程中，還應(yīng)檢查校正。保證管節(jié)在導(dǎo)軌上不產(chǎn)生跳動和側(cè)向位移。3）基礎(chǔ)（1）枕木基礎(chǔ)工作坑底土質(zhì)好、堅硬、無地下水，可采用埋設(shè)枕木作為導(dǎo)軌基礎(chǔ)，如圖2-9所示。枕木一般采用15×15cm方木，方木長度2～4m，間距一般40～80cm一根。2）卵石木枕基礎(chǔ)適用于雖有地下水但滲透量不大，而地基土為細粒的粉砂土，為了防止安裝導(dǎo)軌時擾動基土，可鋪一層10cm厚的卵石或級配砂石，以增加其承載能力，并能保持排水通暢。在枕木間填粗砂找平。這種基礎(chǔ)形式簡單實用，較混凝土基礎(chǔ)造價低，一般情況下可代替混凝土基礎(chǔ)。

（3）混凝土木枕基礎(chǔ)適用于地下水位高，地基承載力又差的地方，在工作坑澆筑20cm厚的C10混凝土，同時預(yù)埋方木作軌枕。這種基礎(chǔ)能承受較大的荷載，工作面干燥無泥濘，但造價較高。在坑底無地下水，但地基土質(zhì)很差，可在坑底鋪方木形成木筏基礎(chǔ)，方木可重復(fù)利用，造價較低。4.工作坑的附屬設(shè)施工作坑的附屬設(shè)施主要有工作臺、工作頂進口裝置等。1）工作臺位于工作坑頂部地面上，由U型鋼支架而成，上面鋪設(shè)方木和木板。在承重平臺的中部高有下管孔道，蓋有活動蓋板。下管后，蓋好蓋板。管節(jié)堆放平臺上，卷揚機將管提起，然后推開蓋板再向下吊放。

2）工作棚工作棚位于工作坑上面，目的是防風(fēng)雨、雪以利操作。工作棚的覆蓋面積要大于工作坑平面尺寸。工作棚多采用支拆方便、重復(fù)使用的裝配式工作棚。3）坑進口裝置管子入土處不應(yīng)支設(shè)支撐。土質(zhì)較差時，在坑壁的頂口處局部澆筑素混凝土壁，混凝土壁當(dāng)中預(yù)埋鋼環(huán)及螺栓，安裝處留有混凝土臺，臺厚最少為橡膠墊厚度與外部安裝環(huán)厚度之和。要安裝環(huán)上將螺栓緊固壓緊橡膠墊止水，以防止采用觸變泥漿頂管時，泥漿從管外壁外溢。工作坑內(nèi)還要解決坑內(nèi)排水、照明、工作坑上下扶梯等問題。

模塊8頂管施工

單元一

頂管施工準備一、頂管施工技術(shù)簡介我國頂管施工技術(shù)始于1953年，北京市污水管工程采用頂管法施工，管徑900mm的鑄鐵管，穿越白云觀西墻外的鐵路路基，已有50多年的歷史。這種施工工藝在穿越鐵路、公路、河流等障礙物有特殊的實用意義，而且對埋設(shè)較深、處于城市鬧區(qū)的地下管道施工具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，廣泛應(yīng)用于管道的施工上。通過50多年，我國頂管施工技術(shù)取得了長足進展。1985年上海采用頂管施工法，修建穿越黃浦江的取水工程，鋼管管徑為3000mm，頂距已達1128m。目前頂管施工已在全國各地廣泛采用，不僅可以頂進鑄鐵管、鋼筋混凝土管、鋼管、還可以頂進大型的方涵。二、頂管施工適應(yīng)范圍及特點1.頂管施工適應(yīng)范圍1）管道穿越鐵路、公路、河流或建筑物時；2）街道狹窄，兩側(cè)建筑物多時；3）在交通量大的市區(qū)街道施工，管道既不能改線又不能斷絕交通時；4）現(xiàn)場條件復(fù)雜，與地面工程交叉作業(yè)，相互干擾，易發(fā)生危險時；5）管道覆土較深，開槽土方量大。2.特點1)施工面占地面積少，施工面移入地下，不影響交通、污染環(huán)境；2)穿越鐵路、公路、河流、建筑物等障礙物時可減少拆遷，節(jié)省資金與時間，降低工程造價；3)施工中不破壞現(xiàn)有的管線及構(gòu)筑物，不影響其正常使用；4)大量減少土方的挖填量，利用管底下邊的天然土作地基，可節(jié)省管道的全部混凝土基礎(chǔ);5)頂管槽施工較開槽施工降低40%左右的工程造價。3.頂管施工的問題1)土質(zhì)不良或管頂超挖過多時，竣工后地面下沉，路表裂縫，需要采用灌漿處理；2)必須要有詳細的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料，否則將出現(xiàn)不易克服的困難；3)遇到復(fù)雜的地質(zhì)情況時，如松散的砂礫層、地下水位以下的粉土，施工困難、工程造價增高。三、頂管施工準備工作1.施工單位應(yīng)組織有關(guān)人員，對勘察、設(shè)計單位提供的線路進行工程地質(zhì)及水文情況，以及地質(zhì)勘探報告進行學(xué)習(xí)了解；尤其是對土地種類、性質(zhì)、含石量及其粒徑分析、滲透性以及地下水位等的情況進行熟悉掌握。2.調(diào)查清楚頂管沿線的地下障礙物的情況，對管道穿越地段上部的建筑物、構(gòu)筑物所必須采取的安全防范措施。

3.編制工程項目頂管施工組織設(shè)計方案，其中必須制定有針對性、實效性的安全技設(shè)措施和專項方案。4.建立各類安全生產(chǎn)管理制度，落實有關(guān)的規(guī)范、標準，明確安全生產(chǎn)責(zé)任制，職責(zé)、責(zé)任落實到具體人員。四、頂管施工所需物資、機具1.采用的鋼筋混凝土管及其他輔助材料均需合格。2.頂管前必須對所有的頂管用油泵、千斤頂進行檢查，保養(yǎng)完好后方能投入使用。3.頂管工作坑的位置、水平與深度、支撐方法與材料平臺的結(jié)構(gòu)與規(guī)模、后背的結(jié)構(gòu)與安裝等均應(yīng)符合要求，后背在承受最大頂力時，必須具有足夠的穩(wěn)定性，必須保證其平面與所頂管道軸線垂直，允許誤差±5mm/m。4.一般按照總頂力的1.2倍來配置千斤頂。千斤頂?shù)膫€數(shù)以偶數(shù)為宜。五、頂管施工安全知識1．頂管前，根據(jù)地下頂管法施工技術(shù)要求，按實際情況，制定出符合規(guī)范、標準、規(guī)程的專項安全技術(shù)方案和措施。2．頂管后座安裝時。如發(fā)現(xiàn)后背墻面不平或頂進時枕木壓縮不均勻，必須調(diào)整加固后方可頂進。3．頂管工作坑采用機械挖土方：1）現(xiàn)場應(yīng)有專人指揮裝車，堆土應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，不得損壞任何構(gòu)筑物和預(yù)埋立撐；2）工作坑如果采用混凝土灌注樁連續(xù)壁，應(yīng)嚴格執(zhí)行有關(guān)項的安全技術(shù)規(guī)程操作；3）工作坑四周或坑底必須有排水設(shè)備及措施；4）工作坑內(nèi)應(yīng)設(shè)符合規(guī)定的和固定牢固的安全梯，下管作業(yè)的全過程中，工作坑內(nèi)嚴禁有人。4．吊裝頂鐵或鋼管時，嚴禁在把桿回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)停留；往工作坑內(nèi)下管時，應(yīng)穿保險鋼絲繩，并緩慢地將管子送入導(dǎo)軌就位，以便防止滑脫墜落或沖擊導(dǎo)軌，同時坑下人員應(yīng)站在安全角落。5．插管及止水盤根處理必須按操作規(guī)程要求，尤其待工具管就位(應(yīng)嚴格復(fù)測管子的中線和前、后端管底標高，確認合格后)并接長管子，安裝水力機械、千斤頂、油泵車、高壓水泵、壓漿系統(tǒng)等設(shè)備全部運轉(zhuǎn)正常后方可開封插扳管頂進。6．垂直運輸設(shè)備的操作人員，在作業(yè)前要對卷揚機等設(shè)備各部分進行安全檢查，確認無異常后方可作業(yè)，作業(yè)時精力集中，服從指揮，嚴格執(zhí)行卷揚機和起重作業(yè)有關(guān)的安全操作規(guī)定。7．安裝后的導(dǎo)軌應(yīng)牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，并應(yīng)經(jīng)常檢查校核；兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，其縱坡應(yīng)與管道設(shè)計坡度一致。8．在拼接管段前或因故障停頓時，加強聯(lián)系，及時通知工具管頭部操作人員停止沖泥出土，防止由于沖吸過多造成塌方，并應(yīng)在長距離頂進過程中，加強通風(fēng)。9．當(dāng)因吸泥蓮蓬頭堵塞、水力機械失效等原因，需要打開胸板上的清石孔進行處理時，必須采取防止冒頂塌方的安全措施。10．頂進過程中，油泵操作工應(yīng)嚴格注意觀察油泵車壓力是否均勻漸增，若發(fā)現(xiàn)壓力驟然上升，應(yīng)立即停止頂進，待查明原因后方能繼續(xù)頂進。11．頂進或停止，應(yīng)以工具管頭部發(fā)出信號為準。遇到頂進系統(tǒng)發(fā)生故障或在拼管子前20min，即應(yīng)發(fā)出信號給工具管頭部的操作人員，引起注意。12．頂進過程中，一切操作人員不得在頂鐵兩側(cè)操作，以防發(fā)生崩鐵傷人事故。13．如頂進不是連續(xù)三班作業(yè)，在中班下班時，應(yīng)保持工具管頭部有足夠多的土塞；若遇土質(zhì)差、因地下水滲流可能造成塌方時，則將工具管頭部灌滿以增大水壓力。14．管道內(nèi)照明、電信系統(tǒng)應(yīng)采用安全電壓，每班頂管前要仔細檢查各種線路是否正常，確保安全施工。15．工具管中的糾偏千斤頂應(yīng)絕緣良好，操作電動高壓油泵應(yīng)戴絕緣手套。16.頂進中應(yīng)有防毒、防燃、防爆、防水淹的措施，頂進長度超50m時。應(yīng)有預(yù)防缺氧、窒息的措施。17．氧氣瓶與乙炔瓶(罐)不得進入坑內(nèi)。

模塊8頂管施工單元三

頂進設(shè)備安裝施工1.計算的通用公式頂管的頂力可按下式計算P=fγDI[2H+(2H+DI)tg2(45°-?/2)+ω/γDI]L+PF式中:P—計算的總頂力（KN）；γ—管道所處土層的重力密度（KN/m3）；DI—管道直徑（m）；H—管道頂部以上覆蓋土層的厚度（m）；?—管道所處土層的內(nèi)摩擦角（o）；ω—管道單位長度的自重（KN/m）L—管道的計算頂進長度（m）；f—頂進時，管道表面與其周圍土層之間的摩擦系數(shù)，其取值可按表3-1所列數(shù)據(jù)選一、頂力計算土類溫干粘土、亞粘土0.2～0.30.4～0.5砂土、亞砂土0.3～0.40.5～0.6表3-1頂進時，管道與其周圍土層的摩擦系數(shù)PF—頂進時，工具管的迎面阻力（KN）其取值，宜按不同頂進方法由表3-2所列計算。表3-2頂進時，工具管迎面阻力（PF）的計算公式頂進方法頂進時，工具管迎面阻力（PF）的計算公式（KN）手工掘進工具管頂部及兩側(cè)允許超挖0工具管頂部及兩側(cè)不允許挖π·Daυ·t·R擠壓法π·Daυ·t·R網(wǎng)格擠壓法a·π/4·D·RDaυ—工具管刃腳擠壓喇叭口的平均直徑（m）；t—工具管理體制刃腳厚度或擠壓喇叭口的平均寬度（m）；R—手工掘進頂管的工具管迎面阻力，或擠壓、網(wǎng)格擠壓管法的擠壓阻力。前者可采（500KN/m2）；a—網(wǎng)格截面參數(shù)，可取0.6～1.0。頂管的頂力應(yīng)大于工具管的迎面阻力，管道周圍土壓力對管道產(chǎn)生的阻力以及管道自重與周圍土層產(chǎn)生阻力之合。即：P≥（P1+P2）L+PF式中:P—計算的總頂力；P1—頂進時，管道單位長度上周圍土壓力對管道產(chǎn)生的阻力；P2—頂進時，管道單位長度的自重與其周圍土層之間產(chǎn)生的阻力；L—管道的計算頂進長度；PF—頂進時，工具管的迎面阻力。

2．估算一種經(jīng)驗公式：P=2πD0Lf式中：P—頂力（KN）；D0—管子外徑（m）；L—管子頂進長度（m）；一種經(jīng)驗公式包括兩種情況：（1）粘土、天然含水量的砂土、挖土形成打拱頂計算：P=（1.5-3.0）w式中：P—頂力（KN）；w—待頂管段全部重量（KN）。(2)含水量低的砂質(zhì)土、砂礫、回填土、挖土不形成土拱頂計算：P=3.0w式中：P—頂力（KN）；w—待頂管段全部重量（KN）。二、頂進設(shè)備

1.千斤頂（也稱頂鎬）

頂進設(shè)備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、下管及運出設(shè)備等

千斤頂是掘進頂管的主要設(shè)備，目前多采用液壓千斤頂。常用千斤頂性能見表3-3。

名稱活塞面積（cm2）工作壓力（Mpa）起重高度（mm）外形高度（mm）外徑（mm）武漢200t頂鎬廣州200t頂鎬廣州300t頂鎬廣州500t頂鎬49141461671540.748.348.770.713602402402602000610610748345350440462

圖3-1千斤頂布置方式（a）單列式（b）雙列式（c）環(huán)周列式1-千斤頂2-管子3-順鐵

千斤頂布置與采用個數(shù)有關(guān)，如圖3-1所示。一臺千斤頂