泥水平衡式大中型口徑頂管施工工法1前言隨著城市建設的發展，市政管網施工的問題日益突出，傳統的開槽施工，因破壞道路、影響交通、污染環境等，越來越不適合于城區施工，小口徑拖拉管的施工也逐漸不能滿足社會高速發展、城市擴張的需求，而頂管施工則切實解決了存在的問題，在市政管網施工中得到了越來越多的應用。我司在采用泥水平衡式頂管施工技術的過程中，經過多年的施工實踐，總結出了復雜地質條件下大中型口徑泥水平衡式頂管施工工法，取得了明顯的社會效益和經濟效益。2工法特點2.0.1本工法是一種非開挖施工技術，地下穿越能力強，施工工作面不大，可方便在繁華市區施工，對頂進管道周圍地層擾動少，能維持不同土質挖掘面上的穩定平衡；土層損失小，產生的地表面變形小。2.0.2本工法頂進施工時的連續作業性能好，施工進度快。2.0.3采用本工法施工時的總頂力較小，尤其在黏性土層中的長距離頂進，優于其他類型的頂管工法。2.0.4在工作井內的作業環境較好，能夠安全地實現頂進作業。2.0.5施工噪音小，不破壞道路、不影響交通，環境污染小，施工精度高，技術先進。3適用范圍3.0.1本工法適應于各類大中型地下管道施工（管徑大于1200毫米），通常包括混凝土管道、鋼管、玻璃鋼夾砂管、球墨鑄鐵管道等等。3.0.2本工法適應于各種不同的土質條件，尤其對地下水位很高，地下水壓力變化較大的地層更具有優越性。4工藝原理泥水平衡式頂管機是利用泥水壓力來平衡頂進工作面上的水壓力和土壓力，通過調節出泥艙的泥水壓力穩定開挖面，棄土以泥水方式排放出頂管機，在不開挖地表的情況下，利用液壓頂進工作站從工作坑將鋪設的管道頂入，從而在頂管機之后直接鋪設管道。工藝原理參見圖4。圖4工藝原理圖5施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程當頂管線路選定，各標段的工作井和接收井位置確定后，各標段開始施工的工藝流程可參照圖5.1進行。測量放樣測量放樣沉井施工沉井施工設備進場設備進場安裝洞口止水裝置安裝泥漿沉淀池安裝洞口止水裝置安裝泥漿沉淀池安裝導軌安裝進泥泵、排泥泵安裝導軌安裝進泥泵、排泥泵安裝后座墻安裝進排泥管、旁通閥安裝后座墻安裝進排泥管、旁通閥安裝頂進油缸、油泵安裝泥漿攪拌筒及泥漿泵安裝頂進油缸、油泵安裝泥漿攪拌筒及泥漿泵機頭吊裝就位機頭吊裝就位安裝激光儀、測量儀、攝像儀安裝激光儀、測量儀、攝像儀操縱臺就位接通電源接通電路、油路接通電源接通電路、油路試車試車頂進施工頂進施工頂進到位頂進到位圖5.1工藝流程圖5.2操作要點5.2.1施工準備1施工資料準備工程施工前應由設計單位進行設計交底及圖紙會審，發現問題及時向設計單位提出變更修改。工程施工前應掌握管道沿線的地形、地貌、建筑物、各種管線及設施情況，熟悉工程地質勘察報告、水文地質資料、氣象資料。結合工程實際，編制施工組織設計，制定保證安全質量的措施。2施工測量：根據測量控制點的坐標和高程，布置現場的測量控制點，并設永久性測量控制樁。3工作井與接收井施工：工作井必須滿足在頂力和周邊水土壓力作用下的強度和變形要求，結構形式應根據頂力大小和地下水情況因地制宜地選擇。4頂力估算施工前，應對總頂力進行估算，以驗算設備及材料承受力和確定工藝。頂力計算參考《給水排水工程頂管技術規程》CECS246:2008F=πDLfk+NFF——總頂力標準值（KN）；D——管道的外徑（m）；L——管道設計頂進長度（m）；Fk——管道外壁與土的平均摩阻力（KN/m2）（參考表）NF——頂管機的迎面阻力（KN）NF=（π/4）Dg2rsHsDg——頂管機外徑（m）;Rs——土的重度（KN/m3）;Hs——覆蓋層厚度（m）;3）當估算總頂力大于管節允許頂力設計值或工作井允許頂力設計值時，應設中繼環。表管道外壁與土的平均摩阻力（fK）取值（KN/m2）土的種類軟粘土粉性土粉細土中粗砂觸變泥漿混凝土管3.0～5.05.0～8.08.0～11.0011.0～16..0鋼管3.0～4.04.0～7.07.0～10.0010.0～13..0注：玻璃鋼夾砂管可參照鋼管乘以0.8系數。5頂管準備工作為了順利完成頂管接收工作，頂管施工之前在進洞口和出洞口位置，應進行洞口土體加固。如果土質不是很軟，可采用門式加固法，即對所頂管道兩側和頂部一定寬度和長度范圍內的土體進行加固，以提高這部分土的強度，從而使工具管或掘進機在出洞或進洞中不發生坍土現象。如果土質比較軟，則必須在管道頂進的一定范圍內，對整個斷面進行加固。如果土質比較好，比較硬，挖掘面上的土體又能自立，這時也可以不必進行土體加固。土體加固技術一般有高壓旋噴技術、攪拌樁技術、注漿技術等。為保證工作井和接受井順利到位和順利實施進出洞口工序，在工作井和接收井進出洞口應設置封門。洞口可用低強度等級水泥磚砌筑磚封門，在掘進機到達接收井時，可將磚封門擠倒或切削掉。有時，也可以用低強度等級的混凝土取代磚頭。安裝洞口止水裝置：為保證頂管機進出洞時泥漿和地下水不從頂管機外周圍涌出，需在頂進方向安裝洞口止水裝置。洞口止水裝置安裝在工作井與接收井沿管線方向的側壁預留洞上，預留洞的直徑應比頂管機外徑稍大，其由預埋螺栓，鋼壓環及橡膠圈組成。洞口止水裝置見圖。圖洞口止水裝置圖軌道及頂進后背安裝：軌道安裝誤差在±5mm之內，確保背鐵與導軌垂直。機頭安裝：機頭整體吊至基坑導軌上，調正機頭，接通自控系統，檢查實際數值與計算機顯示數值是否相符。泥水分離系統調試，檢查泥路循環是否正常。工作井頂進系統調試。供電系統調試。工作井內高程、中心樁校正。頂進施工1拆除洞口封門2頂進機頭：當機頭進入土體時，開動大刀盤和進排泥泵。機頭入洞階段速度控制在（3～5）mm／min，此階段重點是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之內，所以速度不要太快。3機頭頂進至能卸管節時停止頂進，拆開動力電纜、進排泥管、進排泥泵、控制電纜和攝像儀連接，縮回頂進油缸。4將事先安放好密封環的管節吊下，對準插入就位。5接上動力電纜，控制電纜、攝像儀連接、進排泥管路并接通壓漿管路。6啟動頂管機、進排泥泵、壓漿泵、主頂油缸，頂進管節。初始頂進后500mm，頂進測量開始，每頂進300mm做一次中心、高程記錄，并及時向技術負責人匯報，以便采取措施。7管道減阻措施中大口徑頂管（DN1200以上）應采取措施減少管壁摩擦阻力。石蠟、廢油脂等可涂于管外壁減少外部摩擦阻力。通過在管外壁與土層環狀空間注入潤滑材料，可以減小施工管道與地層間摩擦力，有利于順利頂進和長距離頂進。通過潤滑減摩，避免跳動頂進，使頂力作用均勻，提高施工效率和質量。管節應有預留注漿孔，可以在幾節管節間加入一節預留注漿孔管節。8隨著管節的頂進，不斷觀察機頭軸線位置和各種指示儀表，糾正管道軸線方向并根據土壓力大小調整頂進速度。糾偏原理是：全站儀發出不可見光到機頭中心光靶，光靶把偏移反應到控制臺，控制臺控制糾偏千斤頂工作，具體方法如下：在大口徑頂管施工中，一般采用激光經緯儀或激光發射器進行頂管位置測量，這樣可以保證在管道內黑暗環境中，比較準確地測量位置偏移。激光經緯儀進行頂管測量時，在工作井內安裝激光發射器，并按設計要求，調整好坡度和方向，在機頭位置安裝接收靶標，靶標上有刻度線，當頂進管位置和設計數量一致時，激光點和靶標中心重合，若不重合即可通過刻度線知道偏移方向和程度。在操作室內通過攝像機可以清楚地觀察到激光靶標的情況，通過激光點偏移中心點的刻度和方向，判斷頂管偏離設計要求的位移量，操作頂管機頭內置的四只糾偏油缸動作，及時調整至激光點和靶標中心重合。9當一節管節頂進結束后，重復以上第2至第8項操作程序，實施繼續推進。頂進到位1頂進即將到位時，放慢頂進速度，準確測量出機頭位置，當機頭到達接收井洞口封門時，停止頂進。2在接收井內安放接引導軌。3拆除接收井洞口封門。4將機頭送入接收井，此時刀盤的進排泥泵均不運轉。5拆除動力電纜、進排泥管、攝像儀及連線和壓漿管路等。6分離機頭與管節，吊出機頭。7將管節頂到預定位置。8按次序拆除中繼環油缸并將管節靠攏。9拆除主頂油缸、油泵、后座及導軌。10清理場地。泥水控制1在不同土質條件下控制好泥水平衡，方能建立起挖掘面上的壓力平衡。其控制泥水相對密度如表：表不同土質條件下控制的泥水相對密度土質名稱滲透系數(cm//s)顆粒含量（%）相對密度粘土及粉土1×10-9～11×10-775～151.025～1..075粉砂及細砂1×10-7～11×10-5515～251.075～1..125砂1×10-5～11×10-3325～351.125～1..175粗砂及砂礫1×10-3～11×10-1135～451.175～1..225礫石1×10-1以上上45以上1.225以上2在頂進過程中，機頭密封艙中流入含泥量的泥水，使泥水保持一定壓力，這樣泥水起到平衡地下水壓的作用，且泥水帶走切削下來的泥土。泥土壓力應高于地下水壓。3在掘進過程中，應經常注意排泥處水頭變化，觀察水頭可以看出地下水壓力變化。如果出現排出泥水壓力水頭大增，應及時采取調整頂進壓力，增減泥水泵壓力，或控制閥門大小等措施，保持挖掘面的穩定。4要經常檢查排出泥水濃度和密度，還有所含物質，對照檢查排泥泵的流量及壓力是否正常，防止排泥量過小造成排泥管淤積和堵塞，過大造成挖掘的失衡。5當掘進停止或者排泥管清淤時，應關閉排泥閥門，防止泥水流出，也應防止泥水從洞口或其他地方流失，防止挖掘面失穩。6泥水分離：對頂進過程中排放出來的泥水進行泥水分離，最常采用的是沉淀池法，就是把排出的泥水排入沉淀池，一定時間后，顆粒較大的自然沉淀于底層，抽去上層清水，下層既是分離出來的泥漿，上層清水可重復使用，泥漿可以處理，這是一種簡單而又經濟的處理方法。5.2.5管節連接：頂完一段（接收井和工作井之間）距離后，檢查完每一節項完整性和密封性符合設計要求后，對管接口處進行連接密封，根據管材不同材料采取不同的連接方式，確保接口質量及密封要求。5.2.6在整個頂管施工過程中應及時測量并記錄各項工藝參數。5.3勞動力組織頂管施工一般需要三班制連續作業，每班人員的配備見表5.3表5.3頂管施工每班人員配備表序號人員數量職責分工1技術人員1施工技術管理、質質量管理、數數據收集與分分析，發現問問題并提出解解決措施2班長1在技術人員指揮下下進行指揮、調調度、計劃安安排、質量控控制3頂管機操作員1操縱機頭運轉、頂頂進、進排泥泥泵運轉、糾糾偏等4起重機駕駛員1操作起重機械5壓漿工1拌漿、壓漿6輔助工2接管、拆管、掛鉤鉤等6材料與設備6.1材料頂管材質應根據管道用途、管材特性等選用混凝土管道、鋼管、玻璃纖維加強管等，所用管材必須滿足如下基本要求：1能夠抵抗管道內外的侵蝕。2能夠承受一定的靜、動荷載。3能夠承受管道內外部的壓力。4具有良好的過流性能。5較低的成本。6.1.2所用管材除了滿足上述基本要求之外，還應符合以下要求：1較高的軸向承載能力。2緊密的配合尺寸。3端部要平整、垂直。4管道長度方向上應保證平直度。5防水接頭應設置在管道壁內，不允許突出于管道的內外壁。6管道接頭應具有傳遞軸向荷載的能力，同時在發生一定角度的偏斜時應仍具有防水能力。6.2設備主要機具設備見表6.2。表6.2主要機具設備表序號設備名稱單位數量備注1泥水加壓平衡頂管管掘進主機臺1包括操縱臺2后座頂進裝置套1包括油缸、油泵、頂頂鐵3起重機械臺1吊車4進排泥漿設備（泵泵）臺1相應配套設施5泥水管路及旁通閥閥套16壓漿設備套2包括攪拌筒、壓漿漿泵管路7中繼頂進裝置套1-5視頂程距離而定8污泥泵臺1井內降水用9管道激光導向儀臺210管材接縫專用焊槍臺3管道連接11定向測距儀臺2測量控制7質量要求7.1質量控制標準頂管施工執行《給水排水工程頂管技術規程》CECS246:2008、《給水排水管道工程施工及驗收規范》GB50268-2008等規程、規范。7.1.2頂管施工貫通后管道的允許偏差應符合表7.1.2的規定。表7.1.2頂管施工貫通后管道的允許偏差檢查項目允許偏差（mm）檢查數量檢查方法范圍點數1直線頂管水平軸線頂進長度＜3000m50每管節1點用經緯儀測量或掛中線用尺量測300m≤頂進長長度＜1000m100頂進長度≥10000mL/102直線頂管內底高程頂進長度＜300mDi＜1500+30，-40用水準儀或水平儀測量Di≥1500+40，-50300m≤頂進長長度＜1000m+60，-80用水準儀測量頂進長度≥10000m+80，-10003曲線頂管水平軸線R≤150Di水平曲線150用經緯儀測量豎曲線150復合曲線200R＞150Di水平曲線150豎曲線150復合曲線1504曲線頂管內底高程R≤150Di水平曲線+100，-1550用水準儀測量豎曲線+150，-2000復合曲線±200R＞150Di水平曲線+100，-1550豎曲線+100，-1550復合曲線±2005相鄰管間錯口鋼管、玻璃鋼管≤2用鋼尺量測鋼筋混凝土管15%壁厚，且≤≤206鋼筋混凝土管曲線線頂管相鄰管間接口的最最大間隙與最小間隙之之差≤ΔS7鋼管、玻璃鋼管道道豎向變形≤0.03Di8對頂時兩端錯口50注：Di為管道內徑（mm）；L為頂進長度（mm）；ΔS為曲線頂管相鄰管節接口允許的最大間隙與最小間隙之差（mm）；R為曲線頂管的設計曲率半徑（mm）。7.2質量保證措施對進場的管材和配件進行外觀等方面的檢驗，各項指標均應符合規范及設計要求，并應有產品出廠標記。管道的焊接、止水圈的安裝及接頭密封處理，應符合設計要求及有關標準的規定，并應有材料出廠合格證明。頂管竣工后管道應進行閉水試驗或滲水檢驗。8安全措施8.0.1頂管施工中，應遵照國家、省市頒發的有關安全操作規程，及施工用電、機械設備安全規程，建立完善的安全保證體系，加強施工中的安全檢查，發現隱患及時排查，確保作業標準化、規范化。8.0.2頂管施工前，應查明頂管沿線地下障礙物的情況，對管道穿越地段的管線及上部建構筑物等做好安全保護措施。8.0.3在施工現場周圍有警示擋板，懸掛警示牌。工作井上部設安全平臺，周圍設護欄桿，井下作業戴好安全帽。8.0.4頂管后座安裝時，如發現后背墻面不平或頂進時枕木壓縮不均勻，必須調整加固，方可頂進。頂進過程中，不得