顶管施工作业指导

发布时间：2021-10-21

顶管施工作业指导

一、顶管施工成功的关键要素
二、顶管施工的概述
三、土压平衡顶管
四、泥水平衡顶管
五、顶管施工流程
六、顶管施工组织管理
七、顶管施工现场布置图
八、矩形顶管
九、施工现场的照片
一、顶管施工成功的关键要素：
    
顶管施工成功的关键要素取决于五个方面：
☆要详细地了解地质情况和施工条件；
☆根据地质情况和施工条件选择与之相适应的顶管施工工法；
☆根据所选的顶管施工工法选择合适的顶管机；
☆制定周密的施工计划；
☆有一支经验丰富的顶管施工队伍。

隧洞工程本身带有一定的未知数。顶管机又属于典型的非标准设备，没有适合任何地质条件的
通用顶管机。所以，详细而准确的地质资料、施工条件以及必要预处理措施，是顶管施工的基
础和保证。同时，又取决于面对变化了的地质，施工管理和施工组织的应变能力。有经验的、
善于管理的施工承包商，可以降低由于困难地质、变化了的地质以及未知的地质状况下的风险。
如果没有顶管的施工经验和管理上的能力，面对这些风险，可能会造成投资费用的增加、工期
的延长甚至整个工程方案的变更，其损失巨大，这种实例在国内外都曾发生。
二、顶管施工的概述：

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种铺设地下管道的施工方法，是非开挖中的一种。由于它具有动拆迁少、交通影响小、施工速度快、施工质量高等优点，现在，已被广泛用于铺设各种地下管线（如：城市下水管、给水管、天然气管、电力和通讯管道、人行或车行通道等）工程的施工中。
顶管施工原理就是在所施工的管线间制作一个工作井和一个接收井，借助油缸的推力，把顶管机以及跟随其后的管子，从工作井顶到接收井的一种不需要开挖路面而铺设地下管道的施工方法。
顶管施工按口径的大小可分为大口径（≥φ2000mm）顶管、中口径（φ1500 mm～φ1800 mm）顶管和小口径（≤φ1200 mm）顶管。
顶管施工按顶进距离的长短可分为普通距离的（≤200m）顶管、长距离的（200m～500m）顶管和超长距离的（≥500m）顶管。
顶管施工从所采用的不同的顶管机和不同的施工工艺可分为手掘挤压式顶管、半机械式顶管和机械式顶管三大类。目前，普遍采用的大多是机械式顶管中的土压平衡顶管和泥水平衡顶管两种。
三、土压平衡顶管：

       土压平衡顶管就是采用土压平衡顶管机进行顶管施工，利用顶管机土仓内的土压力来平衡顶
管机所处土层中的土压力和地下水压力，且采用螺旋输送机排土的一种顶管施工工艺。
优点：
      1、弃土处理比较简单，排出的土可以直接装车运走，而不需要进行处理。
      2、有完善的土体改良系统，适用的土质范围广。它适用于N值0～50的各种土质，也适用于
           无地下水、且深透系数比较大的砂卵石地层。
      3、它可在管顶覆土仅达0.8倍管外径的浅覆土层中施工。
      4、它与同口径的泥水平衡顶管相比，附属设备较少，耗电也比较少。
      5、它的操作和施工管理都比泥水平衡顶管来得简单。
      6、施工后的地面沉降极小。
缺点：
      1、由于受到螺旋输送机的制约，它只能用于中、大口径的顶管，而不能用于小口径的顶管。
      2、它与同口径的泥水平衡顶管相比，由于受到出土方式的制约，其长距离施工进度慢些。
      3、它没有破碎功能。
四、泥水平衡顶管：

      泥水平衡顶管就是采用泥水平衡顶管机进行顶管施工，利用顶管机泥水仓内的泥水压力来平
衡顶管机所处土层中的土压力和地下水压力，同时利用排出的泥水来输送弃土的一种顶管施工工
艺。

优点：
      1、它能用于小、中、大各种口径的顶管。
      2、不论口径大小，施工速度都很快。
      3、有的具有破碎功能和添加高压水功能，适用的土质范围广。
      4、施工后的地面沉降小。

缺点：
      1、排出的泥水需进行二次处理，比较麻烦。
      2、它与同口径的土压平衡顶管相比，附属设备较多，耗电也比较多。
      3、施工场地必须要有水源。
六、顶管施工组织管理（以泥水平衡顶管机施工为例）

1. 前期准备。
“顶管施工开始”这里指的是工作井的施工已完成，供电、供水已到位，道路已铺通，即现场已完全具备了可以开始顶管施工作业的各种条件。
 “测量、放样”这里的测量和放样主要指的是须根据设计图纸来确定顶管施工轴线和管道标高的实际走向，并做好标记。它不仅是施工，而且也是验收的唯一标准。
“监理复测”因为测量和放样的重要性，所以必须强调要经过监理复测，并取得监理工程师的书面合格认可以后，方可转入到下一步工作。没有监理复测不得进行下一步工作。
“地面设备安装：供电及电箱、起吊及其他设备、安全护栏、警示牌”地面设备安装中的供电及电箱的安装过程必须强调用电安全和安装规范。由于管径大、管节长、重量重，主要的起吊设备必须用行车。行车安装好以后必须经安全生产部门验收合格后才能投入使用。其他设备中包括有注浆、拌浆设备，通风设备等的安装也包括地面控制房的布置。在布置地面控制房时要选尽量离噪音大、粉尘多的设备远些，但又要便于观察基坑内动静的地方。在安装安全护栏之前，须在工作井周围砌一圈约400～500mm高的矮墙，其作用有两个：一是防止地面上的东西掉入井下伤人，二是防止地面有水灌入井中。在矮墙的外围再安装一圈坚固的安全护栏。最后，在需要引起注意的地方挂上警示牌。
2. 工作坑布置。
“工作坑布置”工作坑布置时应尊循由低到高、由固定到活动的布置原则：即先布置升降机、扶梯、排水坑、基坑导轨、测量仪架等。在基坑导轨安装和临时水准点布置完成后，须经工地、公司和监理三级复测。然后兵分两路：一路安装洞口止水圈等，另一路安装主顶油缸架、主顶油缸和后靠板。之后最好在主顶油缸上方搭建一个高4米，宽度和主顶油缸缩回时的滑靴相齐的平台。平台可放置主顶油泵站、操纵台等，上方要搭雨棚。如果是扶梯下井则用平台把扶梯分开。
基坑导轨除按标高要求安放好外，应让其前端尽量靠近洞口。导轨须用预埋构件把它固定好，或用斜撑在其左右两侧把导轨撑牢靠。如果土体比较软，还必须在沉井的洞口里安装上一副延长导轨，其导轨面与基坑导轨相一致。延伸导轨的主要功能是防止机头出洞以后而产生偏低的情况发生。延伸导轨也可用砖块和水泥浆砌成。机头进入延伸导轨时外壳要垫高些，防止刀盘啃轨。
基坑导轨安装好以后就可以安装后靠板。后靠板安装要注意使其表面与基坑导轨轴线保持垂直，并且一定要把后靠板固定牢靠。另外，后靠背与井壁如果有空隙应用素砼填实。然后再把主顶油缸架放下。主顶油缸架的前端必须搁在基坑导轨上，以保证其有基准。最后，再把主顶油缸一一安装在主顶油缸架上。
“顶进用管准备”顶进用管在吊下到工作坑之前要做一些准备工作：如检查钢尾套有无变形、有无损伤，若有则必须矫正、修补。还要检查两端接口是否符合要求，管子的几何尺寸是否符合要求等等。在检查、矫正、修补后接下来是粘贴木垫板和橡胶止水圈、管外壁打蜡。
3. 顶管机坑内调试。
“顶管机坑内调试” 顶管机放置在导轨上要正，偏转仪显示的偏转角度不应大于0.5度。另外，因为运输过程中倾斜仪可能松动，所以，还要用水平尺测量一下顶管机的水平状态，同时调整一下倾斜仪的读数，使之与实际状态保持一致。把顶管机推到刀盘距洞口约600mm左右停下，以利于破洞。
顶管机安装好以后可通电进行联机调试，因为刀盘的切削外径比顶管机壳体大，所以要在顶管机的壳体前端与导轨之间临时垫上20mm钢板，防止刀盘在转动时啃轨。试运转正常后可准备破洞口。
“顶管机出洞”在破洞之前，必须要对洞口前方土体是否安全进行检查。
当洞口破除以后，可开启顶管机刀盘，用主顶油缸徐徐把顶管机推入洞中。若遇有加固的旋喷桩等则必须慢慢地推进。这过程也称之为磨桩。
       在这一过程中应该注意：是要慢慢地顶，需防止刀盘嵌入加固土中不转而顶管机壳体旋转。

顶管机出洞时是容易出安全事故的，对此必须要有足够的认识和防备：
       第一，推进速度一定要慢，可推推停停；
       第二，操作人员一定要集中注意力，一旦发现有异常应迅速关机；
       第三，各个操作岗位之间联络要畅通，周围不应有太大的噪声；
       第四，除机内操作必要的人员以外，不允许其他无关人员在井下；
       第五，除了注意防止顶管机旋转外，还要防止主顶油缸架变形、防止主顶油缸掉落伤人。

 “注浆材料调制”用注入润滑浆来减少顶进管周边的摩擦阻力，是顶管施工中一种可增加一次顶进距离、减小顶力、少用中继间的最为经济的手段。
       目前，常用的润滑浆材料有三类。
       第一类是完全用人工合成的高分子材料。
       第二类是以天然膨润土为主，适当地添加一些辅助材料，这一过程完全在工厂进行，使用时只需兑水即可。这种润滑浆材料的性能比较稳定，但每一种产品之间的差距很大，需仔细甄别。
       第三类是用膨润土加上增粘剂、分散剂等在施工现场进行调配而成的。这种润滑浆的性能最不稳定，各项指标也不容易控制，在此我们建议不要采用。
       第一类完全是人工合成的高分子注浆材料的特点是调制比较简单，调成以后的颗粒比较大，很适合于在砂砾中的顶管。但是，它的价格偏高，而且，到目前为止国内还没有成品出售。
       膨润土的矿物学名称叫蒙脱石，是由纳米级的颗粒(10-11～10-9m)组成，故又称其为天然纳米材料。
我们重点推荐第二类润滑浆材料。天然的膨润土按化学成分可分为钠基膨润土和钙基膨润土两大类。钠基膨润土无论是理化性能还是工艺性能都比钙基膨润土优越许多：
       A、吸水以后的膨胀倍数大：钠基膨润土可吸收5倍于自身重的水，膨胀可达自身体积的15倍。而钙基膨润土膨胀仅为自身体积的3倍左右。即使经过人工钠化后的钙基膨润土的造浆率也只能达到18.0m3/t左右。
       B、阳离子交换量高。
       C、在水介质中分散性好。
       D、胶质价高。
       E、加热稳定性好等。
判别顶管润滑浆注浆用膨润土材料优劣的最简单办法是拿同样重量的材料，兑入10倍的水，经过充分搅拌、膨胀以后，测它们的漏斗粘度，以大的为好。漏斗粘度一般应不小与38秒。
浆液的调制也是一个极须引起重视的问题。调制浆液时，必须经过充分搅拌。搅拌的方式可以用机械式的，也可以用水力式的。但任一种必须注意搅拌均匀。调制好的浆液放置一段时间以后，检验其可用与否的最简单的办法是：用一枝木质铅笔或树枝插入，它能自立于粘稠的浆液中而不倒下，则表示该浆液可以用了。

4. 初始顶进。
“初始顶进”初始顶进包括：从顶管机推出洞口开始直到前三节钢筋混凝土管子全部推进到位的这一全过程。当钢封门或出洞口的挡土墙拆除以后，就可把顶管机刀盘开启，再用主顶油缸徐徐把顶管机推入洞外的土中。
这一过程中应注意防止刀盘嵌入土层中不转而顶管机壳体旋转，这时，操作人员应集中注意力，一旦发现有异常应迅速关机。这一过程应该慢慢地推。
在顶管施工中，初始顶进是一个至关重要的阶段，它的成败将取决于整个顶管过程的成败，务必要引起重视。尤其是方向一定要控制好，最好一直是沿设计轴线顶进，不能让顶管机爬高，也不能让顶管机太低。
初始顶进中一般不允许用纠偏油缸进行纠偏。因为此时，顶管机的前壳体已完全在土中，而后壳体或后续管节尚未完全在土中，如果这时纠偏，就会产生顶管机前壳体不动，而后壳体或后续管节在基坑导轨上做相反运动，根本达不到纠偏所要达到的预期效果。
如果初始顶进时一定非要纠偏不可，就只能用主顶油缸来进行纠偏。
初始顶进是顶管的协调初始阶段，不仅要让每一个作业人员熟悉自已的作业过程，而且要让每一个作业人员学会与他人的配合过程。因此，在此阶段的作业指导思想不是求进度，而是求协调好、控制好。可以这样说：初始顶进成功了，这段顶管的一半就成功了。
初始顶进也是顶管机及其附属设备调试、走合的过程，也是设备带负载调试的过程。
初始顶进还是核对本段顶管一些数据的计算与实际有无误差的阶段。

当顶管机推进到可以下第一节砼管的最小距离时，就应把第一节砼管下到导轨上，并且把它与顶管机联接成一体，再继续往前推进。直到可下第二节砼管时才可停止推进，准备下管、联接、再推进。当把第三节砼管推到位时，初始顶进也就完成了。
“泥水管理及记录”这里泥水管理主要指初始顶进中的泥水管理，它包括控制泥水压力的设定必须把这些数据详细地记录下来，作为“正常顶进”的操作依据。

5. 正常顶进。
“正常顶进”这是指初始顶进以后一直到管道与接收坑贯通的全部顶进过程。
“泥水和注浆管理及其各自的记录”这里的泥水管理和注浆管理的参数需记录在案。
“高程、左右偏差纠正”这里的纠偏要领是要遵循“勤纠、小幅纠、看趋势纠”和“先纠高程，后纠左右”的原则。
“纠偏及偏差记录”这与初始偏差记录一样，数据需记录在案。
“中继间安装、操作”这里的中继间安装和操作。
“距进洞口50m须全线复测、校核”这是必须做的一件事，而且必须经施工单位两级测量、复核和现场监理独立测量以后再交换数据，看有无
误差。如果有较小的误差，纠正还来得及。
6. 施工人员安排。
每班需要配备的人员及其岗位职能：
班负责人（兼测量）1人，负责测量、记录和质量管理；
顶管机操作员（兼电工）1人，负责顶管机操作、工地电气维修；
主顶油泵站操作员（兼机修工）1人，负责机械维修。以上三人是作业班的主要人员。
其他人员是：注浆、调浆3人（其中1人由电焊工兼）；
泥水作业及辅助作业3人；
管材准备工作2人，主要是贴垫板、整理砼管、安装管材止水带等、安装注浆管、起重地面指挥等；
起重机作业人员1人；
如果安装两套以内的中继间则需增加1个人；
每班总共有12至13人。通常做法是两班三运转。

7. 施工设备安排。
    顶管工程所需的主要设备。
8. 施工材料安排。
    顶管工程所需的主要材料。
八、矩形顶管
矩形顶管是用矩形顶管机来进行顶管施工的。
由于矩形顶管断面大、顶进距离短，所以多采用土压平衡式施工。其优缺点可参考土压平衡顶管。
矩形顶管施工时，还需特别关注：
    1、挖掘面稳定的控制，即全断面土压力和排土量的控制。
    2、顶管机姿态的控制，即方向纠偏。传统的采用纠偏油缸纠正效果不太明显，需用我公司专门设计的注泥泵进行辅助纠偏。
    3、加固区顶进与正常顶进的要进行区分。
常用矩形顶管机的形式有：
    1、多轴偏心传动形式的矩形顶管机；
    2、行星齿轮传动正方形刀盘及其组合的顶管机；
    3、多刀盘组合式矩形顶管机。
   多轴偏心传动形式的顶管机的优点是可以做到全断面切削，但它的缺点是搅拌半径太小，因而对土体搅拌是不充分的。正因为对土体搅拌的不充分性，所以就不太容易把土仓中的砂性土土搅拌成具有较好的塑性、流动性和不透水性，这也就限制了它的应用范围。另外，它的刀架在切土过程中是在做平行移动，每当刀架往下做平行移动时，其反力就容易使顶管机整体往上台。因此，在覆土层较浅的条件下施工时，会出现机头上漂移的现象，方向控制起来比较困难。