頂管施工工藝技術(shù)

1、 16/16頂管施工工藝技術(shù)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(jìn)工具管起動(dòng)出土聯(lián)結(jié)各類管節(jié)墊鐵吊放下井停止出土、回縮千斤頂?shù)醭鰤|鐵、后移分壓環(huán)關(guān)閉電源、拆除所有管線管節(jié)吊放下井壓漿系統(tǒng)運(yùn)行不 足 吊 放 管 節(jié) 長 度圖-1 管道頂進(jìn)施工流程圖頂管機(jī)安裝工作井導(dǎo)軌設(shè)置工作井根據(jù)土質(zhì)、管節(jié)重量及地下情況，做好基礎(chǔ)，以防止工作井底下沉，導(dǎo)致管節(jié)頂進(jìn)位置的偏差。導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)管節(jié)按設(shè)計(jì)的中心線和坡度頂進(jìn)，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(shí)能有一個(gè)可靠的托架，導(dǎo)軌安裝牢固與準(zhǔn)確與否對(duì)管節(jié)的頂進(jìn)質(zhì)量影響較大。因此，安裝導(dǎo)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(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距165.7cm。后背墻加固結(jié)構(gòu)工作井的后墻后背作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)。因此，后背要有足夠的強(qiáng)度和剛度，且壓縮變形要均勻。安裝時(shí)應(yīng)滿足如下要求：作后背的混凝土壁平整，使墻面與管道頂進(jìn)方向垂直。頂進(jìn)設(shè)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(shè)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(shí)，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(shè)置示意圖(2)工作井導(dǎo)軌安裝基坑導(dǎo)軌是安裝在工作坑內(nèi)為頂管提供一個(gè)基準(zhǔn)的設(shè)備，導(dǎo)軌支座預(yù)埋在基坑底板混凝土內(nèi)，以便在頂管時(shí)不會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌發(fā)生移位或者下沉。導(dǎo)軌本身必須具備堅(jiān)固、挺直，管子壓上去不變形等特性，材料用工字鋼，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，采用鐵軌制作導(dǎo)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(dǎo)軌設(shè)置圖導(dǎo)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(yù)埋鐵板焊接，使整個(gè)導(dǎo)軌系統(tǒng)成為在使用中不會(huì)產(chǎn)生位移的、牢固的整體。制作導(dǎo)軌時(shí)，導(dǎo)軌面標(biāo)高和混凝土管管底標(biāo)高是相等的。鋼筋

4、混凝土管頂進(jìn)的導(dǎo)軌的兩軌道之間的寬度B ，根據(jù)下式求得： B = ( D2 -d2 )1/2式中：B 基坑導(dǎo)軌兩軌之間的寬度 D 管外徑 d 管內(nèi)徑。千斤頂托架由槽鋼焊接而成，起固定千斤頂?shù)淖饔?，使千斤頂工作時(shí)有一個(gè)可靠的托架。導(dǎo)軌安裝在頂管中至關(guān)重要，其安裝精度甚至決定管道是否可頂好，故須達(dá)到如下要求：a、兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，其縱坡應(yīng)與管道設(shè)計(jì)坡度一致。b、導(dǎo)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(tái)普通主頂油缸，額定油壓40Mpa,單個(gè)推力300t,行程1800mm, 外型尺寸4022800mm，如下圖：圖4主頂油缸圖（4）導(dǎo)軌、油缸、油缸托架

5、組裝導(dǎo)軌、油缸、油缸托架組裝后，如下圖：圖5導(dǎo)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(shè)備組成。油泵采用CY型柱泵與電動(dòng)機(jī)組合在一起的形式，CY型軸向柱泵的最小排量為1.25Ml/轉(zhuǎn)，公稱轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/min,公稱壓力為31.5 Mpa。(6)頂鐵頂鐵的作用是為了彌補(bǔ)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(dāng)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(qiáng)度。環(huán)形頂鐵安放在最后一節(jié)頂進(jìn)管的管口部位，作用是把每臺(tái)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(hù)所頂進(jìn)管的管口不

6、遭到破壞。本項(xiàng)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(nèi)就位工具管安裝在被頂進(jìn)管子最前方，供頂管工人在里面進(jìn)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(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如下圖：圖7 工具管圖工具管吊入工作井前，應(yīng)對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)檢查，卸機(jī)頭時(shí)，應(yīng)平穩(wěn)、緩慢、避免沖擊、碰撞、并由專人指揮，確保安全。機(jī)頭安放在導(dǎo)軌上后，要測定前后端的中心方向偏差和相對(duì)高差，并做好記錄，機(jī)頭與導(dǎo)軌接觸面必須平穩(wěn)、吻合。頂進(jìn)設(shè)備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、工具管及運(yùn)出土設(shè)備等。(1)千斤頂每套設(shè)備擬采用2臺(tái)300T液壓千斤頂。千斤頂在工作井內(nèi)的布置采用并列式，頂力合力作用點(diǎn)與管壁反作用力作

7、用點(diǎn)應(yīng)在同一軸線，防止產(chǎn)生頂進(jìn)時(shí)受力不均，造成頂進(jìn)偏差。(2)高壓油泵站由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵工作，選用額定壓力為52 MPa的ZB500注塞泵，經(jīng)分配器，控制閥進(jìn)入千斤頂，各千斤頂?shù)倪M(jìn)油管并聯(lián)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(shè)備。要求它能承受力而不變形，并且便于搬動(dòng)。根據(jù)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(nèi)徑為1.4米及1.2米，外徑1.68米及1.64米，與頂管內(nèi)外徑一致。(4)工具頭根據(jù)現(xiàn)場了解的情況、有關(guān)圖紙及土質(zhì)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(gè)糾偏

8、千斤頂進(jìn)行糾偏。(5)其它設(shè)備工作井上設(shè)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(shè)備組成的頂管機(jī)如下：圖 8 頂進(jìn)設(shè)備布置圖洞門止水設(shè)計(jì)工作井內(nèi)，進(jìn)洞口的預(yù)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(nèi)涌水很小，設(shè)計(jì)未做洞門止水設(shè)計(jì)。管道頂進(jìn)施工工作井內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查各部處于良好狀態(tài)，即可進(jìn)行開挖和頂進(jìn)。首先將管節(jié)下到導(dǎo)軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管中心和管底標(biāo)高是否符合設(shè)計(jì)要求，合格即可進(jìn)行管前端取土（石）。(1)頂進(jìn)施工頂進(jìn)是在利用千斤頂出鎬后在后背不動(dòng)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(dòng)油泵，千斤頂進(jìn)油，活塞伸出一個(gè)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(jìn)。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(duì)管道的滲水和漏水點(diǎn)，先鑿V形槽，埋入導(dǎo)水水管，用雙快水泥封閉管周，待水泥有一定強(qiáng)度后，用手動(dòng)泵壓入水泥水玻璃漿液，在管外壁形成防水帶，以達(dá)到止水效果。（4）管道接口本工程管道接口采用目前國內(nèi)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(nèi)側(cè)間采用PG321雙組份聚硫密封膏密封。填塞密封膏應(yīng)抹平，不得凸

10、入管內(nèi)。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(yù)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(jié)束后再用PG321雙組份聚硫密封膏將管道內(nèi)接口密封。密封前對(duì)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(jié)合緊密。示意圖如下：圖9管道接口圖(5)挖土（石）與頂進(jìn)工作井內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查各部處于良好狀態(tài)，即可進(jìn)行開挖和頂進(jìn)。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(biāo)高是否符合設(shè)計(jì)要求，合格后即可進(jìn)行管前端出土（石）。(6)頂管開挖與運(yùn)土當(dāng)機(jī)頭前端進(jìn)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(zhì)巖層及硬質(zhì)巖層，頂管過程中要根據(jù)不同的地質(zhì)情況采取如下不同的施工的方法。（1）土層及軟質(zhì)巖層回填土層及軟質(zhì)巖層：頂管穿越回填土、軟質(zhì)巖層時(shí)，擬采用敞開式工具管法施工頂管。對(duì)機(jī)頭前土層、軟質(zhì)巖石擬采用風(fēng)鎬輔助開挖，回填土或軟質(zhì)巖層峒體穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)坍塌，為保證施工人員安全必須邊掘進(jìn)邊頂進(jìn)。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(nèi)施工。遇到地下水較豐富時(shí)則嚴(yán)格邊挖邊頂，防止土體坍塌出現(xiàn)安全事故?；靥钔灵_挖以鍋底型向前推進(jìn)，即先挖中間后挖上方再挖左右及下方土體。軟質(zhì)巖層開挖時(shí)，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(yùn)石渣至工作井內(nèi)，再用垂直運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至井口?；靥钔翆釉诰蜻M(jìn)開挖時(shí)遇到大塊孤石時(shí)，采用人工局部鑿打的方式進(jìn)行處理。對(duì)于處于管道上方的小塊懸石應(yīng)進(jìn)行清除，防止坍落傷人。（2）硬質(zhì)巖層硬質(zhì)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(zhì)巖層頂管時(shí)采取敞開式環(huán)鉆法（水鉆施工方法）掘進(jìn)，即先開挖峒體，再頂管。根據(jù)地勘資料及現(xiàn)場實(shí)際巖層的情況進(jìn)行判斷確定峒體開挖長度，可以采取分段開挖分段頂進(jìn)，分段長度不大于2m。本工程硬質(zhì)巖層掘進(jìn)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(diǎn)，用水鉆鉆一個(gè)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(gè)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(yùn)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(shè)計(jì)的軸線、高程控制開挖后，再進(jìn)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(jìn)行注漿，目的是填充管外壁的孔隙，同時(shí)對(duì)頂管起到一定的穩(wěn)固作用。管前挖土是保證頂進(jìn)質(zhì)量及地上建筑物安全的關(guān)鍵，管前挖土的方向和開挖形狀，直接影響頂進(jìn)管位的準(zhǔn)確性，因?yàn)楣茏釉陧斶M(jìn)中是循已挖好的土壁前進(jìn)的。因此，管前周圍超挖應(yīng)嚴(yán)格控制。對(duì)于密實(shí)土質(zhì),管端上方可有1

14、.5cm空隙，以減少頂進(jìn)阻力，管端下部135中心角范圍內(nèi)不得超挖，保持管壁與土壁相平，也可預(yù)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(jìn)時(shí)，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(zhì)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(jìn)時(shí)，應(yīng)采取管頂上部土壤加固或管前安設(shè)管檐，操作人員在其內(nèi)挖土，防止坍塌傷人。管內(nèi)挖土工作條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，應(yīng)組織專人輪流操作。管前挖出的土，及時(shí)外運(yùn)。在油缸架下方，安裝一個(gè)雙筒卷?xiàng)顧C(jī)，雙筒卷?xiàng)顧C(jī)牽引四輪小車，將土方從工具管內(nèi)土運(yùn)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(yùn)送示意圖如下：圖11 頂管土方外運(yùn)示意圖管內(nèi)挖土工作條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，組織專人輪流操作。管前挖出的土（石）及時(shí)外運(yùn)，大管徑可采用手推車推運(yùn)，管徑較小時(shí)，采用雙筒卷揚(yáng)機(jī)牽引小車出土將土運(yùn)至管外，再用航車吊車送至地面上，然后裝入自卸汽車，外運(yùn)至業(yè)主指定棄土場。料斗采用國標(biāo)方形料斗，斗容量0.3立方米，最大載重量300Kg，巖石采用風(fēng)鎬破碎后裝斗起吊出井，嚴(yán)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(jìn)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(shù)措施由于地下工程的復(fù)雜性，在頂進(jìn)過程中有可能會(huì)遇到與

16、地質(zhì)資料不相符的不良地質(zhì)，采取以下措施進(jìn)行處理。1)流砂地質(zhì)的處理：開挖過程中，若發(fā)現(xiàn)有流砂地質(zhì)，應(yīng)將工具管設(shè)計(jì)為網(wǎng)格式。其次采取降水措施，如降水井點(diǎn)。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(cè)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(jìn)過程遇到孤石，則要采用風(fēng)鎬鑿除，將其清除干凈，切不可未清除干凈就冒然頂進(jìn)。(9)頂管作業(yè)面通風(fēng)頂管作業(yè)必須堅(jiān)持機(jī)械通風(fēng)。通風(fēng)方法為在管口裝電動(dòng)風(fēng)機(jī)，往管內(nèi)送風(fēng)。管施工作業(yè)前必須先強(qiáng)制通風(fēng)，再進(jìn)行有毒有害氣體檢測，無異常后方可進(jìn)行作業(yè)，加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，確保通風(fēng)設(shè)備的正常使用，氣體檢測應(yīng)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(nèi)穿越封門進(jìn)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(guān)鍵工序。工作坑內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查各部處于良好狀態(tài)，即可進(jìn)行頂管出洞。首先將第一節(jié)管子下到導(dǎo)軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管軸線和管底標(biāo)高是否符合設(shè)計(jì)要求，合格后即可進(jìn)行向前頂進(jìn)出洞。出洞控制要點(diǎn)：軸線控制：在基坑導(dǎo)軌、主頂油缸架、承壓壁、出洞口應(yīng)嚴(yán)格控制好設(shè)計(jì)軸線，保證安裝精度高，確保牢固穩(wěn)定。