土法掘進(jìn)頂管施工工藝工法

1、.土法掘進(jìn)頂管施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-GS-0103-2011市政環(huán)保公司 孫剛武1 前言1.1 概況土法掘進(jìn)頂管施工又名手掘式頂管施工，是起步最早的一種頂管施工技術(shù)，發(fā)展至今已有110多年的歷史，在我國(guó)亦有近60年的發(fā)展歷史，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由其衍生出了土壓平衡頂管施工、泥水平衡頂管施工以及氣壓平衡頂管施工等一系列施工工藝。 1.2 工藝原理土法掘進(jìn)頂管施工是在不開挖地表的情況下，利用液壓頂進(jìn)工作站從頂進(jìn)工作坑將待鋪設(shè)的管道頂入，從而在頂管機(jī)之后直接鋪設(shè)管道的非開挖地下管道施工技術(shù)。在施工時(shí)，采用手工的方法來破碎工作面的土層，破碎輔助工具主要有鎬、鍬以及沖擊錘等。破碎下來的泥

2、土或巖石可以通過傳送帶、手推車或軌道式的運(yùn)輸?shù)V車來輸送。2 工藝特點(diǎn)土法掘進(jìn)頂管法具有頂管的普遍優(yōu)點(diǎn)，即土方開挖少，作業(yè)人員少，建設(shè)公害少，文明施工程度高，不影響交通及其上構(gòu)（建）筑物，不需拆遷，覆土深時(shí)節(jié)省投資等，同時(shí)具有施工操作簡(jiǎn)便，設(shè)備少，施工成本低，施工進(jìn)度快等特點(diǎn)，而在地下障礙較多且較大的條件下，手掘式頂管法是首選方式，因?yàn)檫@種方法排除障礙的可能性最大、最好。3 適用范圍本工法適用于能自立的土中，如巖層、粘土、亞粘土，在采取注漿或降水的輔助施工后，可適用于砂性土，砂礫土等。采用本工法可敷設(shè)穿越地面構(gòu)（建）筑物、管徑在DN8004200mm的給水管道、排水管道、工業(yè)地下管道等。4 主要

3、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)給排水管道施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50268）、頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范（試行）（中國(guó)非開挖技術(shù)協(xié)會(huì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。5 施工方法在敷設(shè)管道前，先建造一個(gè)工作井。在井內(nèi)頂進(jìn)軸線的后方，布置一組行程較長(zhǎng)的千斤頂，一般每組為4 只到6 只，將敷設(shè)的管道放在千斤頂前面的導(dǎo)向軌架上，管道的最前端是一臺(tái)二段式手掘式工具管（由鋼板焊接而成），工具管與管段之間需剛性連接。千斤頂頂推時(shí)，以工具管開路，推進(jìn)管段穿過坑壁上的穿墻孔，把管道壓入土中。與此同時(shí)，將管中的泥人工挖掘并運(yùn)至工作井中，吊出外運(yùn)。當(dāng)千斤頂達(dá)到最大行程后，全部縮回，放入頂鐵，千斤頂繼續(xù)前進(jìn)。如此不斷加入頂鐵，管段不斷向土中延伸， 當(dāng)工具管和第一節(jié)管

4、段幾乎全部頂入土中后，吊去全部頂鐵，將第二節(jié)管段吊入，接好，繼續(xù)頂進(jìn)，如此循環(huán)施工，直至全部頂完。管道外壁注活性膨潤(rùn)土潤(rùn)滑漿，以減少四周的摩阻力。當(dāng)管道頂進(jìn)阻力超過主千斤頂?shù)捻斶M(jìn)能力時(shí)，則采用中繼接力技術(shù)，將管段分成數(shù)段，段間加入中繼節(jié)，以接力方式分段克服摩阻力。管道的頂進(jìn)方向與高程采用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控。1. 管節(jié) 2. 工作井 3. 龍門吊 4. 后背墻 5. 千斤頂 6. 頂鐵7. 洞口止水環(huán) 8. 導(dǎo)軌 9. 中繼節(jié) 10. 運(yùn)土小車 11. 工具管其設(shè)備布置圖如圖1：圖1 頂管施工示意圖6 工藝流程及操作要點(diǎn)6.1 施工工藝流程施工工藝流程如圖2所示：測(cè)量放樣卸管、接口安裝基坑構(gòu)

5、筑工作井設(shè)備安裝出洞準(zhǔn)備挖土、運(yùn)土推 進(jìn)測(cè) 量放樣復(fù)核地面設(shè)備安裝注漿材料準(zhǔn)備注 漿進(jìn) 洞取工具管全線測(cè)量收井封口工程開始工程結(jié)束圖2 土法頂管施工流程圖6.2 操作要點(diǎn)6.2.1 施工準(zhǔn)備工程施工前，應(yīng)根據(jù)業(yè)主提供的地勘報(bào)告確定施工工藝，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察；工程施工前，應(yīng)組織施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)施工圖紙、相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，明確工程施工內(nèi)容和技術(shù)要求，對(duì)圖紙中與現(xiàn)場(chǎng)不符內(nèi)容聯(lián)系設(shè)計(jì)人員進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)或變更設(shè)計(jì)。對(duì)頂管軸線兩側(cè)各5m范圍內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)勘察，核對(duì)地質(zhì)是否與設(shè)計(jì)相符，并核對(duì)附近是否有既有建筑物。如地質(zhì)與設(shè)計(jì)不符或有不良地質(zhì)（如流砂層），則要擴(kuò)大勘察范圍，并與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，采取相應(yīng)的措施。6.2

6、.2 工作井設(shè)備安裝頂管施工質(zhì)量的好壞與設(shè)備的安裝精確度有直接的關(guān)系。安裝前，根據(jù)已知的控制點(diǎn)、標(biāo)高，準(zhǔn)確無誤的測(cè)放進(jìn)出洞口的標(biāo)高和頂管的軸線，并依此測(cè)放設(shè)備的安裝位置。導(dǎo)軌、千斤頂支架、靠背等設(shè)備必須安放準(zhǔn)確牢固，以保證頂管的順利進(jìn)行。在正式頂進(jìn)前對(duì)油泵、油缸、注漿設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，確定符合性能要求后方可正式頂進(jìn)。應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：1 止水橡膠板和鋼壓板的安裝必須保證橡膠板的圓心、鋼壓板的中心和頂管洞口軸線重合；在掘進(jìn)機(jī)具進(jìn)洞時(shí)，應(yīng)使機(jī)具對(duì)準(zhǔn)止水橡膠板的中心均勻切入，以保證頂管施工時(shí)泥漿和土體不從此處流入井中。2 靠背安放時(shí)必須精確測(cè)放，保證靠背和頂管軸線垂直。后靠背采用整體式鋼后背，直接靠

7、在井壁上，安放時(shí)必須垂直于頂管軸線，并應(yīng)將后靠背與井壁空隙用混凝土填充密實(shí)。3 千斤頂和導(dǎo)軌的安裝除保證其中心位置和頂管軸線重合外，還必須保證標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。安放千斤頂時(shí)，頂缸軸心必須和頂管軸線平行，且頂缸的合力點(diǎn)在頂管中心點(diǎn)以下R/2處。4 導(dǎo)軌、千斤頂支架必須保證加固牢靠，防止頂進(jìn)過程中發(fā)生位移，影響頂力的傳遞造成頂管偏差。6.2.3 工具管出洞、進(jìn)洞1 頂管施工的進(jìn)出洞是頂管成功與否的關(guān)鍵所在，由于工具管進(jìn)出洞持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，必須有效的防止地下水的流入，避免洞口的坍塌，必要時(shí)應(yīng)事先采取加固措施。2 工具頭出洞前必須對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行全面檢查，包括液壓、電氣、壓漿、照明、通訊、電機(jī)、油泵、管路

8、等操作系統(tǒng)是否能正常進(jìn)行工作，各種電表、壓力表、換向閥、等是否正確顯示其工作狀態(tài)，同時(shí)認(rèn)真核對(duì)止水橡膠板的安裝位置是否準(zhǔn)確，壓板安裝是否牢固，然后進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試，確認(rèn)沒有故障后，經(jīng)頂管負(fù)責(zé)人檢查簽署意見后方可準(zhǔn)備出洞。3 出洞時(shí)應(yīng)注意止水橡膠板壓入是否均勻，有無翻轉(zhuǎn)、破損等問題，如有則應(yīng)將工具頭拔出處理好后重新出洞。工具頭進(jìn)洞時(shí)，要嚴(yán)格控制進(jìn)洞時(shí)的頂進(jìn)偏差。中心偏差不得大于50mm，高低偏差宜拋高510mm。若達(dá)不到上述要求，也應(yīng)拉出工具管，作第二次進(jìn)洞。頂進(jìn)初始階段的頂進(jìn)質(zhì)量對(duì)后續(xù)頂進(jìn)的管道軸線等有重要的影響。4 頂管工具頭進(jìn)洞時(shí)，在接收坑內(nèi)應(yīng)預(yù)先安置枕墊和滾筒。在進(jìn)洞口處，工具管距接收井洞口

9、外壁還余200mm時(shí)應(yīng)拆除洞口封門，快速推進(jìn)工具管進(jìn)入接收井。并應(yīng)及時(shí)將管節(jié)外壁和工作井、接收井預(yù)留洞的環(huán)向間隙使用快硬微膨脹水泥進(jìn)行封堵。6.2.4 頂進(jìn)及測(cè)量1 出洞后的510m 以內(nèi)的頂進(jìn)，稱為初始頂進(jìn)，這是頂管施工成敗的關(guān)鍵。在第一節(jié)管入土0.5m 左右即應(yīng)開始注漿，前三節(jié)管應(yīng)都能注漿，使管外壁形成完整的漿套，利于后續(xù)的頂進(jìn)，以后每隔4 節(jié)管設(shè)一節(jié)可注漿管，進(jìn)行補(bǔ)漿，在初始頂進(jìn)段，盡量少使用糾偏油缸，通過工具管內(nèi)挖土人員的精心操作使管道保持高低、左右的準(zhǔn)確性?？梢哉f初始段成功了，頂管也就成功了一半。2 當(dāng)遇到管涌、坍土及大量地下水等情況時(shí)，應(yīng)果斷采取措施，如降水、注漿加固等，待處理完畢

10、后再行頂進(jìn)，絕不能圖省事，遇到緊急情況就貿(mào)然頂進(jìn)，導(dǎo)致豎向“爬坡”，甚至跑出地面的質(zhì)量事故。3 在頂進(jìn)的整個(gè)過程中，均應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量工作，發(fā)現(xiàn)誤差，采用不同的挖土量及糾偏油缸來效正方向及高低。堅(jiān)持“勤測(cè)、勤糾”的原則。糾偏角度保持在1020，不大于1°。糾偏應(yīng)逐步進(jìn)行，堅(jiān)持“緩糾、慢糾”的原則。4 測(cè)量?jī)x器固定安放在工作井的后部、千斤頂架子中心，并在工作井內(nèi)建立臨時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。在管道頂進(jìn)之前，從地面上引中軸線方向控制點(diǎn)、標(biāo)高到底板、井壁上，管道頂進(jìn)開始時(shí)必須控制好工具頭的走向，測(cè)量采用經(jīng)緯儀測(cè)量，要注意勤測(cè)量、勤糾偏、少糾偏的原則，保證管道偏差控制在±50mm。5 頂進(jìn)過程中應(yīng)根

11、據(jù)頂力變化和偏差情況隨時(shí)調(diào)整頂進(jìn)速度，速度一般控制在50mm/min左右，最大不超過70mm/min。6 頂進(jìn)過程中根據(jù)頂力計(jì)算和實(shí)際頂力變化情況及時(shí)安放中繼環(huán)，堅(jiān)持安放后即使用，以減小后方千斤頂?shù)墓ぷ髫?fù)荷，減小設(shè)備磨損。7 在工具管與頂進(jìn)首管之間安裝拉桿螺栓，嚴(yán)格控制工具管在頂進(jìn)施工時(shí)的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)工具管旋轉(zhuǎn)超出10°轉(zhuǎn)角時(shí)，值班技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)報(bào)告頂管負(fù)責(zé)人，由頂管負(fù)責(zé)人會(huì)同總工程師及技術(shù)負(fù)責(zé)人共同制定出可靠的處理方案，報(bào)項(xiàng)目經(jīng)理審批后，下發(fā)值班技術(shù)人員進(jìn)行處理。8 為有效控制地面出現(xiàn)沉降偏差，工具管必須始終切進(jìn)土內(nèi)，嚴(yán)禁超挖，以防止發(fā)生土體坍塌事故。6.2.5 安放管節(jié)當(dāng)一節(jié)管道頂程

12、結(jié)束，收回千斤頂和環(huán)型墊鐵后，即可在工作井內(nèi)再下一根管節(jié)。操作要點(diǎn)如下：1 在管節(jié)吊入工作井以前，應(yīng)首先在地面上進(jìn)行質(zhì)量檢查，確認(rèn)合格后，在管前端口安放楔型橡膠圈，并在橡膠圈表面涂抹潤(rùn)滑劑，減小管節(jié)相接時(shí)的摩擦力。2 在企口端面安放膠合板襯墊，襯墊采用膠粘在管端面，以防止頂進(jìn)過程中管端面局部破壞。3 下管時(shí)工作坑內(nèi)嚴(yán)禁站人，當(dāng)管節(jié)距導(dǎo)軌小于50cm時(shí)，操作人員方可下井準(zhǔn)備對(duì)口。對(duì)口時(shí)應(yīng)將管節(jié)吊放在工作井內(nèi)軌道上穩(wěn)好，使管節(jié)插口端對(duì)正前管的承口中心，緩緩頂入，直至兩個(gè)管節(jié)端面密貼擠緊襯墊，并檢查接口密封膠圈及襯墊是否良好，如發(fā)現(xiàn)膠圈損壞，扭轉(zhuǎn)、翻出等問題，應(yīng)拔出管節(jié)重新插入，確認(rèn)完好后再布置頂鐵

13、進(jìn)行下一頂程。6.2.6 出土在管道內(nèi)采用自制小斗車出土，在井內(nèi)使用電動(dòng)葫蘆起吊或吊車垂直運(yùn)輸出土斗車；頂管出土需在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)堆放，堆放時(shí)離井邊最少不小于3m，堆土高度不能大于2m，圍欄必須圍好，土方要及時(shí)運(yùn)走。不得堆土過多。6.2.7 建筑物的保護(hù)措施如在頂管軸線10m范圍內(nèi)存在房屋及水、煤氣管、電纜等地下建筑物，則要按照實(shí)際情況采取相應(yīng)的保護(hù)措施。1 對(duì)于地質(zhì)相對(duì)較好的粘質(zhì)土、強(qiáng)風(fēng)化砂巖等地層，一般不對(duì)建筑物進(jìn)行加固處理，在頂進(jìn)通過建筑物時(shí)，頂進(jìn)速度放慢，盡量減少對(duì)既有建筑物的擾動(dòng)。 2 對(duì)于地質(zhì)相對(duì)較軟、自穩(wěn)能力差的地層，一般要對(duì)該范圍內(nèi)的建筑進(jìn)行加固處理。加固處理的方式可采取地面注漿及打

14、樁等形式。3 頂管穿越既有建筑物時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，除對(duì)建筑物進(jìn)行加固處理外，還要進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，如發(fā)現(xiàn)建筑物及地表有沉降現(xiàn)象，應(yīng)立即會(huì)同監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位采取必要的保護(hù)措施。7 勞動(dòng)力組織土法掘進(jìn)頂管施工勞動(dòng)力組織如表1所示：表1 土法掘進(jìn)頂管施工勞動(dòng)力組織表序號(hào)工種單位數(shù)量工作內(nèi)容1工長(zhǎng)人2現(xiàn)場(chǎng)工作協(xié)調(diào)安排2油泵操作工人2操作主頂油泵車、注漿設(shè)備3起重工人2頂管吊土石方4機(jī)修工人2保持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)5測(cè)工人2測(cè)量頂進(jìn)軸線及高程6焊工人1保持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)7電工人1現(xiàn)場(chǎng)供電、照明維護(hù)8普工人10工具管內(nèi)挖土、土方運(yùn)輸、井下拼裝管節(jié)、連接各種管線、膨潤(rùn)土拌漿8 主要機(jī)具設(shè)備手掘式頂管施工的主要設(shè)備如表

15、2所示：表2 土法掘進(jìn)頂管施工主要設(shè)備序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量備注1兩段式工具管1臺(tái)視管道直徑選用2手動(dòng)糾偏千斤頂4臺(tái)3中繼節(jié)若干4中繼油泵車2.2千瓦若干5主頂站1個(gè)6頂進(jìn)油缸300t若干根據(jù)計(jì)算頂力確定7頂進(jìn)油泵1臺(tái)8頂進(jìn)系統(tǒng)1套9小型龍門吊40t1臺(tái)10壓縮空氣站1個(gè)11通風(fēng)系統(tǒng)1套視工作環(huán)境增加12觸變泥漿供壓系統(tǒng)1套13發(fā)電機(jī)120kw1套14激光經(jīng)緯儀1臺(tái)9 質(zhì)量控制9.1 控制標(biāo)準(zhǔn)9.1.1在管道頂進(jìn)施工之前，首先要確定管道在垂直和水平方向上與設(shè)計(jì)軌跡的允許偏差，在這一最大偏差的限制下，所鋪設(shè)的管道應(yīng)滿足如下兩方面的要求： 1 符合管道的既定功能要求；2 產(chǎn)生偏差的范圍內(nèi)不能損壞到其他的

16、建筑和設(shè)備。9.1.2頂管施工的允許偏差必須滿足表3的要求：表3 一般情況的頂管施工的最大允許偏差(mm) 項(xiàng)目允許偏差軸線位置D1500100D1500200管道內(nèi)底高程D15003040D15004050相鄰管間錯(cuò)口鋼管道2鋼筋混凝土管道15%壁厚且不大于20對(duì)頂時(shí)兩端錯(cuò)口50注：D為管道內(nèi)徑(mm)。對(duì)于管道直徑大于2400mm的長(zhǎng)距離頂管施工或特殊困難地質(zhì)條件下的頂管，允許偏差可以在滿足管道設(shè)計(jì)的水力功能要求、使用要求和不損壞接頭結(jié)構(gòu)及防水性能要求等的條件下進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，但應(yīng)經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)單位等的確認(rèn)和批準(zhǔn)。9.1.3頂進(jìn)施工結(jié)束后，頂進(jìn)管道應(yīng)滿足如下要求：1 頂進(jìn)管道不偏移，管節(jié)不錯(cuò)口

17、，管道坡度不得有倒落水。2 管道接口套環(huán)應(yīng)對(duì)正管縫與管端外周，管端墊板粘接牢固、不脫落。3 管道接頭密封良好，橡膠密封圈安放位置正確。需要時(shí)應(yīng)按要求進(jìn)行管道密封檢驗(yàn)；4 管節(jié)無裂紋、不滲水，管道內(nèi)部不得有泥土、建筑垃圾等雜物。5 頂管結(jié)束后，管節(jié)接口的內(nèi)側(cè)間隙應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定處理；設(shè)計(jì)無規(guī)定時(shí)，可采用石棉水泥、彈性密封膏或水泥砂漿密封，填塞物應(yīng)抹平，不得突入管內(nèi)。鋼筋混凝土管道的接口應(yīng)填料飽滿、密實(shí)，且與管節(jié)接口內(nèi)側(cè)表面齊平，接口套環(huán)對(duì)正管縫、貼緊，不脫落。9.2 保證措施9.2.1 嚴(yán)格控制設(shè)備安裝精度，將水平與垂直的偏差控制在±2mm以內(nèi)，保證工具頭的定位精確，為頂進(jìn)質(zhì)量把好第一關(guān)。

18、9.2.2 對(duì)進(jìn)場(chǎng)的管節(jié)進(jìn)行外觀質(zhì)量驗(yàn)收，主要針對(duì)管節(jié)外形尺寸，特別是前三節(jié)管節(jié)必須挑選幾何尺寸較好的管節(jié)，使頂進(jìn)軸線與泥漿套在頂進(jìn)之初就保持良好。9.2.3 頂進(jìn)過程中，密切關(guān)注地表沉降變化，將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給施工人員，以便采取措施，調(diào)整頂進(jìn)參數(shù)，將對(duì)環(huán)境的影響減到最小程度。9.2.4 頂進(jìn)過程中做好頂進(jìn)記錄，繪制軸偏差圖，根據(jù)圖表確定糾偏措施，貫徹勤測(cè)、勤糾、緩糾的糾偏原則，切忌劇烈糾偏動(dòng)作。繪制頂力曲線圖，將頂力控制在管節(jié)和頂進(jìn)設(shè)備額定壓力范圍內(nèi)，嚴(yán)禁超出，以免發(fā)生管節(jié)爆裂等質(zhì)量問題。9.2.5 嚴(yán)格按壓漿操作規(guī)程進(jìn)行壓漿操作，盡可能降低頂進(jìn)阻力。10 安全措施10.1主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析10.1.1 吊裝作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。10.1.2 動(dòng)力、照明設(shè)備的施工用電安全。10.1.3 開挖作業(yè)面防止坍塌、涌水及有毒有害氣體泄漏。10.2采取的措施10.2.1 選用的吊裝設(shè)備必須滿足吊裝要求，起重指揮必須設(shè)專崗，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。10.2.2 千斤頂伸縮、管節(jié)拼裝等作業(yè)必須注意安全操作，并且加強(qiáng)監(jiān)護(hù)，統(tǒng)一指揮，明確指揮信號(hào)和手勢(shì)，遵守操作規(guī)程。10.2.3 頂管施工時(shí)，做好洞內(nèi)氣體檢測(cè)，及時(shí)跟進(jìn)安裝通風(fēng)設(shè)備，以免發(fā)生有毒氣體中毒或窒息事故。10.2.4 洞內(nèi)照明使用安全電壓，照明設(shè)備經(jīng)檢查完好，不漏電，方可安裝在洞內(nèi)使用。10.2.5 頂進(jìn)過程中，工