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、導軌等；3.然后將帶有工具管的首節管，從頂進坑中緩緩吊入工作坑底部的導軌上；當管道高程、中心位置調整準確后，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備從頂進坑吊運至地面；5.當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-內漲圈；8-基礎；9-導軌；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容：（1）選定工作坑位置和尺寸，頂管后背的結構和驗算；（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，確定每節管長，焊縫要求，防腐絕緣保護層的防護措施；（6）保證工各質量和安全的措施。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）根據管線設計，排水管線可選在檢查井下處；（2）單向頂進時，應選在管道下游端，以利排水；（3）考慮地形和土質情況，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，管節長度，覆蓋深度，頂進形式、施工方法有關，并受土的性質、地下水等條件影響，還要考慮各種設備布置位置、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-導軌；7-內漲圈其計算公式：

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）。當采用管道第一節作為工具管時，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-導軌；5-基礎；6-墊層其計算公式：

W=D+2B+2b

式中：W—工作坑底寬（m）；

D—頂進管節外徑（m）；

B—工作坑內穩好管節后兩側的工作空間（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—基礎及其墊層的厚度（m）；

h3—管道外緣底部至導軌底面的高度（m）。

工程施工中，可以根據經驗，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、導軌及基礎施工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考慮撐木以下到工作坑的空間，此段最小高度應為3.0m，以利操作。撐木要盡量選用松杉木，支撐節點的地方應加固以防錯動發行危險。

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挖土，井筒隨井筒內挖土，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）連續墻式工作坑連續墻式工作坑采取先深孔成槽，用泥漿護壁，然后放入鋼筋網，澆筑混凝土時將泥漿擠出形成連續墻段，再在井內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，可節約一半的造價及全部的支模材料，工期縮短。2）導軌導軌的作用是引導管子按設計的中心線和坡度頂進，保證管子在頂入土之前位置正確。導軌安裝牢固與準確對管子的頂進質量影響較大。安裝導軌必須符合管子中心，高程和坡度的要求。導軌有木導軌和鋼導軌。常用的鋼導軌，鋼導軌又分輕軌和重軌，管徑大的采用重軌。導軌與枕木裝置如圖2-6所示。圖2-6導軌安裝圖1-導軌；2-枕木；3-混凝土基礎；4-木板

兩導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—兩導軌內凈距（mm）；

D—管外徑（mm）；

h—導軌高，木導軌為抹角后的內邊高度（mm）；

e—管外底距枕木或枕鐵頂角的間距（mm）約10～20mm

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

導管的安裝就應按管道設計高程、方向及坡度鋪設導軌。兩軌道平行，各點的軌距相等。導軌裝好后應按設計檢查軌面高程、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。穩定首節管后，應測量其負荷后的變化，并加以校正。還應檢查軌距，兩軌內距±2mm。在頂進過程中，還應檢查校正。保證管節在導軌上不產生跳動和側向位移。3）基礎（1）枕木基礎工作坑底土質好、堅硬、無地下水，可采用埋設枕木作為導軌基礎，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。這種基礎形式簡單實用，較混凝土基礎造價低，一般情況下可代替混凝土基礎。

（3）混凝土木枕基礎適用于地下水位高，地基承載力又差的地方，在工作坑澆筑20cm厚的C10混凝土，同時預埋方木作軌枕。這種基礎能承受較大的荷載，工作面干燥無泥濘，但造價較高。在坑底無地下水，但地基土質很差，可在坑底鋪方木形成木筏基礎，方木可重復利用，造價較低。4.工作坑的附屬設施工作坑的附屬設施主要有工作臺、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、重復使用的裝配式工作棚。3）坑進口裝置管子入土處不應支設支撐。土質較差時，在坑壁的頂口處局部澆筑素混凝土壁，混凝土壁當中預埋鋼環及螺栓，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厚度之和。要安裝環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。工作坑內還要解決坑內排水、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、頂管施工技術簡介我國頂管施工技術始于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，而且對埋設較深、處于城市鬧區的地下管道施工具有顯著的經濟效益和社會效益，廣泛應用于管道的施工上。通過50多年，我國頂管施工技術取得了長足進展。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、頂管施工適應范圍及特點1.頂管施工適應范圍1）管道穿越鐵路、公路、河流或建筑物時；2）街道狹窄，兩側建筑物多時；3）在交通量大的市區街道施工，管道既不能改線又不能斷絕交通時；4）現場條件復雜，與地面工程交叉作業，相互干擾，易發生危險時；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、污染環境；2)穿越鐵路、公路、河流、建筑物等障礙物時可減少拆遷，節省資金與時間，降低工程造價；3)施工中不破壞現有的管線及構筑物，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，可節省管道的全部混凝土基礎;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和水文地質勘探資料，否則將出現不易克服的困難；3)遇到復雜的地質情況時，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.施工單位應組織有關人員，對勘察、設計單位提供的線路進行工程地質及水文情況，以及地質勘探報告進行學習了解；尤其是對土地種類、性質、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計方案，其中必須制定有針對性、實效性的安全技設措施和專項方案。4.建立各類安全生產管理制度，落實有關的規范、標準，明確安全生產責任制，職責、責任落實到具體人員。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構與規模、后背的結構與安裝等均應符合要求，后背在承受最大頂力時，必須具有足夠的穩定性，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。千斤頂的個數以偶數為宜。五、頂管施工安全知識1．頂管前，根據地下頂管法施工技術要求，按實際情況，制定出符合規范、標準、規程的專項安全技術方案和措施。2．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，必須調整加固后方可頂進。3．頂管工作坑采用機械挖土方：1）現場應有專人指揮裝車，堆土應符合有關規定，不得損壞任何構筑物和預埋立撐；2）工作坑如果采用混凝土灌注樁連續壁，應嚴格執行有關項的安全技術規程操作；3）工作坑四周或坑底必須有排水設備及措施；4）工作坑內應設符合規定的和固定牢固的安全梯，下管作業的全過程中，工作坑內嚴禁有人。4．吊裝頂鐵或鋼管時，嚴禁在把桿回轉半徑內停留；往工作坑內下管時，應穿保險鋼絲繩，并緩慢地將管子送入導軌就位，以便防止滑脫墜落或沖擊導軌，同時坑下人員應站在安全角落。5．插管及止水盤根處理必須按操作規程要求，尤其待工具管就位(應嚴格復測管子的中線和前、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、壓漿系統等設備全部運轉正常后方可開封插扳管頂進。6．垂直運輸設備的操作人員，在作業前要對卷揚機等設備各部分進行安全檢查，確認無異常后方可作業，作業時精力集中，服從指揮，嚴格執行卷揚機和起重作業有關的安全操作規定。7．安裝后的導軌應牢固，不得在使用中產生位移，并應經常檢查校核；兩導軌應順直、平行、等高，其縱坡應與管道設計坡度一致。8．在拼接管段前或因故障停頓時，加強聯系，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，并應在長距離頂進過程中，加強通風。9．當因吸泥蓮蓬頭堵塞、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，油泵操作工應嚴格注意觀察油泵車壓力是否均勻漸增，若發現壓力驟然上升，應立即停止頂進，待查明原因后方能繼續頂進。11．頂進或停止，應以工具管頭部發出信號為準。遇到頂進系統發生故障或在拼管子前20min，即應發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操作，以防發生崩鐵傷人事故。13．如頂進不是連續三班作業，在中班下班時，應保持工具管頭部有足夠多的土塞；若遇土質差、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．管道內照明、電信系統應采用安全電壓，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絕緣良好，操作電動高壓油泵應戴絕緣手套。16.頂進中應有防毒、防燃、防爆、防水淹的措施，頂進長度超50m時。應有預防缺氧、窒息的措施。17．氧氣瓶與乙炔瓶(罐)不得進入坑內。

模塊8頂管施工單元三

頂進設備安裝施工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，其取值可按表3-1所列數據選一、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允許超挖0工具管頂部及兩側不允許挖π·Daυ·t·R擠壓法π·Daυ·t·R網格擠壓法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、網格擠壓管法的擠壓阻力。前者可采（500KN/m2）；a—網格截面參數，可取0.6～1.0。頂管的頂力應大于工具管的迎面阻力，管道周圍土壓力對管道產生的阻力以及管道自重與周圍土層產生阻力之合。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、頂進設備

1.千斤頂（也稱頂鎬）

頂進設備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、下管及運出設備等

千斤頂是掘進頂管的主要設備，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）環周列式1-千斤頂2-管子3-順鐵

千斤頂布置與采用個數有關，如圖3-1所示。一臺千斤頂