1、手掘式顶管施工（目录）一、概述.2二、适用范围.3三、顶管施工的基本原理四、手掘式顶管施工工艺流程.3五、长距离顶管施工.15六、手掘式顶管施工中的常见问题及处理方法.17七、顶管施工发展趋势.24一、概述顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，因此与开挖法埋管相比，顶管 1 在国内也逐渐普及。由于不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是一种能安全有效地进行环境保护的施工法。2、顶管施工不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管路的管节端不易产生段差变形，
2、其管寿命亦大于开挖法埋管。3、采用房下顶管施工法能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁房，缩短管线长度，有很大的经济效益。顶管施工最早始于 1896 年美国的太平洋铁路铺设工程施工中，我国的顶管施工最早始于何时，已无确切的资料记载，据了解，在上世纪五十年代初，北京、上海等一些城市已开始进行顶管试验；我市最早进行顶管施工约在上世纪八十年代初，最早的顶管施工都是些手掘式顶管，设备也比较简陋，在 1964 年前后，上海开始试验机械式顶管施工；经过 50 余年的发展，顶管施工已随方兴未艾的城市建设越来越普及，顶管施工已发展成为一门非开挖施工技术，应用领域也越来越宽；目前，机械式顶管施工已在沿海城市得到普及
3、，顶管施工理论也日臻完善，但在德州市地区，手掘式顶管施工仍是现今管道施工中普遍采用的施工方式。二、适用范围本施工方法适用于能自立的土中，如粘土、亚粘土，在采取注浆或降水的辅助施工后，可适用于砂性土，砂砾土等。此法不适用于岩层，明水河床等地质情况。采用本施工方法可敷设穿越地面构筑物、管径在 1.02.5m 的给水管道、排污管道、工业地下管道等。三、顶管施工的基本原理顶管施工就是利用人工或机械挖土，借助于主顶油缸及管道中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接受坑内吊起；与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。四、手掘式顶
4、管施工工艺流程施工准备放线定位确定工作坑尺寸工作坑开挖基础及导轨安装后背安装管道顶进接口处理砌检查井闭水试验工作坑、接受坑回填竣工验收1、施工准备、顶管工程开工前，建设单位组织设计单位、施工单位、监理单位等相关方进行设计交底。当施工单位发现施工图有错误时，应及时向设计单位提出设计变更申请，变更申请应得到建设方和设计单位确认。、顶管工程开工前，施工单位应根据施工范围进行现场调查，绘制现状调查平面图，并应掌握现场以下资料：、现场地形、地貌、建筑物、各种地面地下管线和其他设施情况；、工程地质和水文地质资料； 、地区气象资料；、施工供水、供电条件；、工程材料、施工机械供应条件；、结合工程特点和现场条件
5、的其他情况和资料。 、顶管工程施工前，施工单位应编制实施性施工组织设计、基坑开挖及支护专项方案、用电施工组织设计等。、顶管工程施工前，施工单位应接受建设单位组织的有关单位向施工单位进行的现场交桩，并办理交桩手续。、临时水准点和管道轴线控制桩的设臵应便于观测且必须牢固，采取保护措施并经常校核。、对已建管道、构筑物等与新建管道衔接的平面位臵和高程，开工前应进行校对复核。2、工作坑位臵及开挖尺寸确定、顶管工作坑是顶管作业现场设臵的临时性设施，包括后背、导轨和基础等，工作坑是人、机械、材料较集中的活动场所，因此，选择工作坑的位臵应考虑以下原则：、 、有可利用的坑壁原状土作后背；、工作坑尽量设在沿线检查
6、井及交汇折点、变管径检查井处；、工作坑处应便于排水、出土和交通运输，距电源、水源较近，并且具备堆放少量管材和暂存土的用地；、工作坑应尽量远离建筑物或对其易于采取安全保护措施处。、顶管坑开挖尺寸确定 确定，同时考虑工作坑设臵的使用功能（单向顶、转角顶等）、顶管工作坑，是顶管工程的重要设施，工作坑有单向坑、双向坑和转角坑。向一个方向顶进所能达到的最大长度，为一次顶进长度。矩形工作坑底部尺寸应符合以下要求：B=D1+SL=L1+L2+L3+L4+L5式中 B矩形工作坑的底部宽度（m）D1管道外径（m）S操作宽度取 2mL矩形工作坑的底部尺度L1管节长度（m）L2运土工作间长度（m），一般取 1.5m
7、L3千斤顶长度（m）L4后背墙的厚度L5稳管时，已顶进的管节留在导轨上的最小长度（m），一般为 0.5-0.6m。工作坑深度（H1、H2）应符合下列公式要求：H1=h1+h2+h3H2=h1+h3式中 H1顶进坑地面至坑底的深度（m）H2接收坑地面至坑底的深度（m）h1地面至管道底部外缘的深度（m）h2管道底部外缘底部至轨底面的高度（m）h3基础及其垫层的厚度。但不应小于该处井室的基础及垫层厚度（m）3、工作坑开挖及坑壁支护工作坑开挖视地质情况和工作坑深度确定，一般在四米范围之内采用机械开挖，四米以下人工开挖，如在工作坑范围有地下管线或场地狭窄等不适于机械开挖时，须全部采用人工开挖；机械开挖完
8、成后要及时进行坑壁支护，人工开挖深度超过 2 米也必须及时进行坑壁支护。坑壁支护方式主要取决于施工工艺、坑壁土质、工作坑深度和地下水情况。坑壁支护方式有多种，如：板撑支护、钢筋混凝土逆作法支护、钢板桩支护、沉井支护等。目前德州市地区手掘式顶管施工普遍采用的支护方式是板撑支护和钢筋混凝土逆作法支护，板撑支护主要用于土质稳定、无地下水、管道埋深较浅的工作坑，混凝土逆作法支护主要用于土质不稳定、管道埋臵较深、地下水位高的工作坑。在砂层地段，工作坑开挖前往往还要进行预支护，目前西安地区广泛采用的是高压旋喷桩预支护。4、基础及导轨安装、基础的形式取决于基底的土质、关节的重量以及地下水位情况，一般有三种形
9、式可供选用：、土槽枕木基础：适用于土质较好，又无地下水，施工管径较小且顶进方向没有变化的工作坑。施工时在工作坑底部多做 3：7 灰土垫层，一般为30cm，然后铺设方木并联接牢固，可在方木上直接砂土近饱和状，安装导轨过程中有可能基础被扰动，且顶进方向有变化的中、小型的工作坑。施工时在地基土上直接作砂砾石基础，然后铺设方木，连接牢固；、混凝土基础：适用于各种管材和工作坑，施工时先做 3：7 灰土垫层或砂砾石垫层，然后做混凝土基础，混凝土强度等级不低于 C20，厚度不小于20cm，基础宽度较井室（管道）基础宽 50cm 为宜，这种基础部扰动地基土，能承受较大荷载。、工作坑导轨宜选用钢质材料制作，并应
10、有足够的刚度，一般采用重型钢轨，长度以管材长度 1.5-2 倍为宜；两导轨距离控制在管径的 0.45-0.6 倍之间，安装导轨时，应首先利用垂球和直尺确定导轨间距和平面位臵，然后根据放样高程调整导轨高程，两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度相一致；安装后的导轨应当牢固，不得在使用中产生位移，丙机场检查校核。、两导轨间距可按照下式计算：A=2(D-h+e)(h-e)式中：D-管外径(mm) h-导轨高度(mm) e-管外底距基础的距离 7（一般为 10-25mm）、导轨安装的允许偏差为：轴线位移：左 3mm，右 3mm；顶面高程：0-+3mm；两轨内距：2mm5、后靠背后靠背是把主顶油
11、缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体，它的构造会因工作坑构筑方式不同而不同。、利用坑壁原土作后靠背时，后背土壁应铲修平整，并使壁面与管道顶进方向垂直。15cm15cm 向叠放 15cm40cm 横顶铁；方木应卧到工作坑底以下一定深度（1m 左右），使顶镐的着力中心高度不小于方木后背高度的 13。、利用混凝土墙作后靠背时，由于主顶油缸较细，对于后靠背的混凝土墙来说只相当于几个点，如果把主顶油缸直接抵在座墙上，则后座墙极易损坏，为防止此类事件发生，在后座墙与主顶油缸之间，再垫上一块厚度为 20cm-40cm 的钢结构件，称之为后靠板，这样后座墙就不易损坏了。6、顶管设备安装、主顶装臵顶管采用
12、的主顶装臵由主顶油缸、主顶油泵、操纵台及油管等四部分组成。主顶油缸是管子推进的动力，其额定顶力一般为 2000KN-5000KN，行程有0.25、0.5、0.8、1.2m，主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给，常用的压力在 32MPa-42MPa 之间，高的可达 50MPa；主顶油缸宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；当主顶油缸多于一台时， 8宜取偶数，且其规格宜相同；当规格不同时，其行程应同步，并应将同规格的主顶油缸对称布臵；主顶油缸的油路应并联，每台主顶油缸应有进油、退油的控制系统。油泵宜安装在主顶油缸附近，油管顺直、转角少；与主顶油缸相顶进
13、；主顶油缸活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。、顶铁顶铁是顶管过程中传递力的工具，它可延长主顶油缸的行程，并且扩大管节端部的承压面积，顶铁根据安放位臵和使用作用不同可分为直顶铁、环形顶铁、弧形顶铁、和马蹄形顶铁四种；安装后的顶铁轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁的允许联接长度，应根据顶铁的截面尺寸确定。顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并随时观察顶铁有无异常现象。、工作平台和棚架工作平台搭设在工作坑的顶面，主梁采用型钢，上面铺设 15cm15cm 方木，作为承重平台，中间留出下管和出土的方孔为平台口；承重平台主梁根据荷载计算选用（管体中、操作人体重及其他附加荷载），主梁两端伸出工作坑
14、壁搭地不得小于 1.2m。棚架即起重架与防雨篷合成一体，找一防雨篷布为工作棚，起重用卷扬机、滑轮或电葫芦门式架或汽车起重机，一起构成顶管施工的运输系统，各设备的型号、功率，根据其中重量符合计算配备。、工作坑的防护工作坑周围必须安装护栏，护栏应用钢管制作（钢管 40MM），当 9在基坑四周固定时，可采用钢管并打人地面 5070crn 深。钢管离边口的距离，不应小于 50crn。当基坑周边采用板桩时，钢管可在板桩外侧进行焊接。工作坑四周采用 1.0 米1.2 米封闭围挡。工作坑上下应配有梯子，梯子必须有扶手，其跨度尺寸不大于 30cm，工作坑在二步框架处应设臵二次平台，作业人员应从规定的通道上下，
15、不得从非通道进行攀登。、顶管工作坑允许偏差应符合下表的规定。注：表中 H 为后背的垂直高度，L 为后背的水平长度。、顶管工作坑坑内布臵回油嘴千斤顶激光水准仪钢导轨千斤架后背铁砼找平层二步支架挡土木板砼底板水窝子钢桩7、管道顶进、下管就位下管前先对管子外观进行检查，主要检查管子是否有破损、纵向裂缝，管径符合规范要求，管口无破损，若修补合格处宜在正上方。检查合格的管子方可用起重设备吊至工作坑的导轨上就位。起重设备应预先进行鉴定；现场经检查、试吊、确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当所下管子距导轨小于 50cm 时，第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。(2
16、)、管前挖土与顶进管前挖土是控制管节顶进方向和高程、减少偏差的重要作业环节，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。因此对管前挖土顶进的规定是：在一般顶管地段，若土质良好，可超越管端 30-50cm；在铁路道轨下方不得超越管端以外 10cm，并随挖随顶，在道轨以外最大不得超过 30cm，同时应遵守其管理单位的规定；在不允许基土下沉的顶管地段（如上面有重要构筑物或其他管道），管子周围一律不得超挖；在一般顶管地段，上面挖弧面允许超挖1.5cm，但在下弧面 135o 范围内不得超挖，一定保持管壁与土基表面吻合；在土层松散或有流沙地段顶管时，为防止土方坍落，保证安全便于操作，在首节管前端可安装管帽（帽檐
17、伸出长度取决于土质）将帽檐顶入土中后，方可在帽檐下挖土。顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进；顶进中若发现油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因并经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快；挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小的范围内。(3)、顶进测量在顶第一节管（即工具管）时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过30cm，以保证管道入土的位臵正确；管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过 100cm，测量应在管前挖土后进行，根据偏差量修整管前土弧。测量，要求两垂球的间距尽可能地拉大，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。一次顶进超
18、过 60cm 应采用经纬仪或激光导向仪测量（即用激光束定位）。高程测量：用水准仪及特制高程尺（用于小管径），根据工作坑内设臵的水准点标高（设两个），测第一节管前端与后端管内底高程，以掌握第一节管子的走向趋势。测量后应与工作坑内另一水准点闭合。激光测量：用激光经纬仪（激光束导向）安装在工作坑内，并按照管线设计的坡度和方向调整好，同时在管内装上标示牌，当顶进的管道与设计位臵一致时，激光点即可射到标示牌中心，说明顶进质量无偏差，否则根据偏差量进行校正。全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位臵和高程，有错口时，应测出错口的高差，以衡量全段高程与纵坡，高程与中心偏差应在允许值之内。(4)、校正纠偏顶
19、管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可能立即将已顶好的管子校正到位，应缓缓进行，使管子逐渐复位，不能猛纠硬调，以防产生相反的结果。常用的方法有以下三种：、超挖纠偏法：偏差量 1-2cm 时，可采用此法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位臵。、顶木纠偏法：偏差大于 2cm，在超挖纠偏不起作用的情况下，可用圆木或方木边顶边支。利用顶进时斜支撑分力产生的阻力，使顶管向阻力小的一侧校正。、千斤顶纠偏法方法基本同顶木纠偏法，只是要顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。(5)、对顶接头对顶施工时，在顶至两管端相距约 1-2m
20、时，可以两端中心掏挖小洞，使两端通视，以便校对两管中心线及高程，调整偏差量，使两管准确对口。8、接口顶进钢筋混凝土管时，在两管的接口处加衬垫，一般是垫麻辫或 3-4 层油毡，F 型接口采用多层胶合板衬垫，平口管应偏于管缝外侧放臵，使顶紧后的管间内缝有 1-2cm 的深度，以供顶进完成后进行填缝；顶进完毕后，拆除临时连接的内胀圈，进行内接口，其接缝处理应按设计规定；如设计无规定时，可采用钢板内套接口。管内缝填打石棉水泥后，安装预制钢板内套环，再次填打油麻和石棉水泥，并用清水湿润，填缝完毕及时养护。钢套环外露面应刷防腐涂料；钢套环 F 形单胶圈接口的操作程序为：清理管口涂刷粘合材料多层胶合板衬垫安
21、装填充管外圈聚硫密封膏安装楔形橡胶圈管子顶入内圈聚硫密封膏填充；橡胶圈安装时应清除承口内和擦口外的油污、杂物，将选定的橡胶圈套入插口槽内，平顺、无扭曲；橡胶圈保存中应注意不能与油类接触，橡胶圈应质地紧密，表面光滑平直，无空隙气泡。橡胶圈宜在阴凉清洁的环境下保存。9道内接口填料饱满、密实，且与管节接口内侧表面齐平；内套环接口应对正管缝，填料密实、均匀，每侧凹进套环边缘1-2mm；顶管中如遇塌方或超挖空隙必须进行处理。 顶进管道允许偏差：10、顶管施工纪录与管理在一个施工段的管子顶进过程中，管道一直处于动态，加强顶进施工中的动态管理，是提高顶进质量的保证；顶管施工纪录则是反映管道在顶进过程中动态情
22、况的依据，因此，应认真填写顶管施工纪录，做好交接班，掌握顶进的动态，做到情况明、问题清、有对策、处理及时。填写顶管施工纪录必须真实、清晰、完整；交接班时，当班负责人必须向接班负责人交清纪录，现的问题及处理情况；时处理，减少停滞，需停下来研究解决的问题，要尽快制定出对策，抓紧处理，恢复顶进；整个施工段的顶进应分阶段的进行检验，不许等到全段顶完再全面检验。日常的顶进原始记录，只反映了当班顶进情况，但顶进管道在动态过程中的变化情况应及时掌握，每顶进 10-20m，宜全面检验一次施工质量，存在的问题应在继续顶进中得到解决；提高施工及操作人员的素质，加强在顶管施工中的动态管理，是保证顶进施工质量的关键。
23、顶进施工必须认真制定并贯彻执行施工方案及有关规定，把握顶进动态中的情况，才能提高作业的施工质量，保证安全施工与作业进度。五、长距离顶管施工长距离顶管是指每一段连续推进的距离都在 100m 以上的顶管施工，对手掘式顶管来说，由于受到通风、排土方式等的制约，一般长距离顶进不宜超过200m，由于一次顶进距离较长，就产生了与普通顶管的许多不同之处。1、中继间中继间，有时又称中继环或中继站，是安装在一次顶进管子的某个部位，把这段一次顶进的管子分成若干顶进区间，在顶进过程中，先由若干个中继间按先后顺序把管子推进一小段距离后，再由主顶油缸推进最后一个区间的管子，这样不断重复一直到把管子从工作坑顶到接受坑的一
24、种手段；管子顶通后，中继间按先后顺序在拆除其内部油缸后再合拢。在长距离顶管中，中继间是实现长距离顶进的有效手段。2、注浆减摩注浆减摩是长距离顶管施工中的一个重要环节，由于随着管子的不断推进，推力会随之增加，而降低顶进阻力最有效的方法是注入膨润土泥浆，使之在管外壁与土层之间形成一个完整的环状泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态，这样就可以大大地减少顶进阻力，减小地面沉降。 以后每隔 6注浆总管至每道注浆环的支管必须设一球阀，每个注浆孔必须加设一道球阀。机具尾部的注浆总管前必须加设一压力表。在正常顶进时，只对第一注浆环的三个注浆孔注浆，其余注浆阀门关闭。补浆时，从工作井开始向机具方向，逐道
25、注浆环进行补浆，在每道注浆环补浆时，依次开启三个阀门进行补浆，每补完一个孔即关闭球阀，然后打开下一个。开启注浆孔阀门时，一手握住注浆软管，开启后即可感觉到注浆流动，大约 1 分钟即可完成，根据手感判定。在 100 米范围内，每顶进 2 米，补浆一次。在100 米以后每顶进 8 米补一次浆。中继站及管道弯折处加强补浆。补浆必须在顶进的同时进行。顶进中应绘制顶力曲线图，根据顶力增加情况分析注浆效果，当发现顶力不正常变化，立即逐个注浆孔进行检查。关闭注浆支管上的球阀，挨个注浆孔拆下注浆管检查，发现泻出浆液无压力或无浆液泻出，即可断定该注浆环处浆套已破坏。修复时利用同一注浆环的另外两个注浆孔压浆修复，同时后顶配合顶进及收镐。1 、现象基坑导轨在顶管施工过程中产生左右或高低偏移。
