頂管施工就是非開(kāi)挖施工方法，是一種不開(kāi)挖或者少開(kāi)挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。頂管法施工就是在工作坑內(nèi)借助于頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設(shè)計(jì)的坡度頂入土中，并將土方運(yùn)走。一節(jié)管子完成頂入土層之后，再下第二節(jié)管子繼續(xù)頂進(jìn)。其原理是借助于主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過(guò)土層一直推進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起。管道緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后，埋設(shè)在兩坑之間。

本工程頂管均采用泥水平衡頂管機(jī)進(jìn)行施工，頂管施工的具體流程如下圖

頂管施工工藝流程圖

1頂進(jìn)設(shè)備的選用

頂進(jìn)設(shè)備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、頂管機(jī)及排漿設(shè)備等。

千斤頂是掘進(jìn)頂管的主要設(shè)備，考慮到為避免千斤頂故障而影響工程進(jìn)度，故采用兩套設(shè)備。千斤頂在工作坑內(nèi)的布置采用兩臺(tái)并列式，頂力合力作用點(diǎn)與管壁反作用力作用點(diǎn)應(yīng)在同一軸線防止產(chǎn)生頂時(shí)力偶，造成頂進(jìn)偏差。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，頂管上半部管壁與土壁有間隙時(shí)，千斤頂?shù)闹c(diǎn)作用在管子垂直直徑的1/4～1/5處為宜。

高壓油泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵工作，選用額定壓力為62Mpa的ZB-500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。

頂鐵是傳遞和分散頂力的設(shè)備。要求它能承受頂壓力而不變形，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形頂鐵三種。本工程采用U形頂鐵形式。頂進(jìn)設(shè)備布置圖如下：

       2設(shè)備安裝

頂管設(shè)備選定后即開(kāi)始安裝設(shè)備，在安裝前必須測(cè)量好頂管軸線，設(shè)備機(jī)身托架采用鋼結(jié)構(gòu)，在安裝時(shí)嚴(yán)格控制軸線與高差，軸線控制在3mm以內(nèi)，高差控制在0～+3mm以內(nèi)，兩軌內(nèi)距±2mm。在安裝調(diào)平時(shí)確定砼后靠背的位置，后靠背采用40mm厚鋼板，砼采用商品砼，后靠背的砼厚度宜控制大于40cm。之后將工具頭下到導(dǎo)軌上，就位以后，裝好頂鐵，連接好各系統(tǒng)并檢查正常后，校測(cè)工具頭水平及垂直標(biāo)高是否符合設(shè)計(jì)要求，合格后即可頂進(jìn)工具頭，然后安放混凝土管節(jié)，再次測(cè)量標(biāo)高，核定無(wú)誤后，開(kāi)動(dòng)工具頭進(jìn)行試頂，待調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)后即可正常頂進(jìn)施工。

3頂管機(jī)始發(fā)

⑴ 頂管機(jī)出洞前必須對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行全面檢查，并經(jīng)過(guò)試運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)故障。將頂管機(jī)推進(jìn)洞口距井壁0.1m處停止，仔細(xì)檢查頂管機(jī)姿態(tài)，確保頂管機(jī)水平及高程偏差都在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，中心偏差不得大于3mm，高低偏差0～+3mm。若達(dá)不到上述要求，也應(yīng)拉出頂管機(jī)，作第二次出洞。頂進(jìn)初始階段的頂進(jìn)質(zhì)量對(duì)后續(xù)頂進(jìn)的管道軸線等有重要的影響。

⑵ 繼續(xù)推進(jìn)頂管機(jī)進(jìn)入土體，根據(jù)頂管液壓系統(tǒng)的參數(shù)，結(jié)合理論數(shù)據(jù)，頂出推進(jìn)土壓力控制系數(shù)。

⑶、繼續(xù)推進(jìn)頂管機(jī)，在安裝第一節(jié)管前，應(yīng)將頂管機(jī)與導(dǎo)軌之間進(jìn)行限位焊接，以免在主頂縮回后，由于正面土壓力的作用將頂管機(jī)彈回。

⑷、縮回主千斤頂，吊放管節(jié)。

⑸、割除限位塊，前三節(jié)與頂管機(jī)連接用剛性連接后，繼續(xù)頂進(jìn)。

4頂進(jìn)

頂管機(jī)出洞后頂進(jìn)的起始階段，機(jī)頭的方向主要受導(dǎo)軌安裝方向控制，一方面要減慢主頂推進(jìn)速度；另一方面要不斷地調(diào)整油缸糾偏。

嚴(yán)格控制前5m-10m的管道頂進(jìn)偏差，其中心偏差不得大于3mm，高低偏差0～+3mm。在頂進(jìn)過(guò)程中堅(jiān)持“勤測(cè)、緩糾”的原則。糾偏角度保持在10′～20′，不大于1°。如果產(chǎn)生偏差，及時(shí)糾正。糾偏應(yīng)逐步進(jìn)行，堅(jiān)持“緩糾、慢糾”的原則。

注漿應(yīng)和頂進(jìn)同步進(jìn)行，其原則是先注漿，后頂進(jìn)；隨頂進(jìn)，隨注漿；以保證管外圍泥漿套的形成，充分發(fā)揮減阻和支撐作用。在頂進(jìn)過(guò)程中避免長(zhǎng)時(shí)間的泥漿停注，保證頂進(jìn)過(guò)程中的全部管段充滿良好的泥漿套。

頂進(jìn)過(guò)程中根據(jù)頂力變化和偏差情況隨時(shí)調(diào)整頂進(jìn)速度，速度一般控制在50mm/min左右，最大不超過(guò)70mm/min。

管道頂進(jìn)至離工作井前方內(nèi)壁50cm時(shí)，應(yīng)卸載，收回油缸和墊鐵安裝管節(jié)，然后繼續(xù)頂進(jìn)。

頂進(jìn)中嚴(yán)密注意頂進(jìn)時(shí)的方向及頂力的大小變化，對(duì)于頂管處于不良地層時(shí)，出現(xiàn)機(jī)具兩側(cè)的受力不均勻現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)調(diào)整機(jī)具的工作狀態(tài)，以保證頂管方向準(zhǔn)確。

5安裝管節(jié)

當(dāng)一個(gè)頂程結(jié)束，收回千斤頂和環(huán)型墊鐵后，即可在工作井內(nèi)再下一根管節(jié)。

在管節(jié)吊入工作井以前，應(yīng)首先在地面上進(jìn)行質(zhì)量檢查，確認(rèn)合格后，在管前端口安放楔型橡膠圈，并在橡膠圈表面涂抹硅油，減小管節(jié)相接時(shí)的摩擦力。

以上工作完成后再將管節(jié)吊放在工作井內(nèi)軌道上穩(wěn)好，使管節(jié)插口端對(duì)正前管的承口中心，緩緩頂入，直至兩個(gè)管節(jié)端面密貼擠緊襯墊，并檢查接口密封膠圈及襯墊是否良好，如發(fā)現(xiàn)膠圈損壞，扭轉(zhuǎn)、翻出等問(wèn)題，應(yīng)拔出管節(jié)重新插入，確認(rèn)完好后再布置頂鐵進(jìn)行下一頂程。

6出土

因泥水平衡頂管機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中將泥漿水打入泥倉(cāng)中與機(jī)具切削土混合，然后由排泥管輸出。在理論上切削下的土體混合轉(zhuǎn)化為4倍體積的泥漿。

我們?cè)诠ぷ骶車胖靡粋€(gè)存泥箱，用于存放泥漿，并同時(shí)進(jìn)行泥漿的二級(jí)沉淀處理，沉淀后的處理水又作為泥水打入機(jī)具的泥倉(cāng)中重復(fù)使用，沉淀后的泥漿通過(guò)泥漿罐車運(yùn)至指定的棄土場(chǎng)。

7膨潤(rùn)土泥漿的壓注與置換

頂力控制的關(guān)鍵是最大限度的降低頂進(jìn)阻力，而降低頂進(jìn)阻力最有效的方法是注入膨潤(rùn)土泥漿。使之在管外壁與土層之間形成一個(gè)完整的環(huán)狀泥漿潤(rùn)滑套，變?cè)瓉?lái)的干摩擦狀態(tài)為液體摩擦狀態(tài)。這樣就可以大大地減少頂進(jìn)阻力。為達(dá)到這一目的，采取如下措施：

⑴、選擇優(yōu)質(zhì)的觸變泥漿材料，對(duì)膨潤(rùn)土取樣測(cè)試。主要指標(biāo)為造漿率、失水量、靜切力、動(dòng)切力、和動(dòng)塑比。這些指標(biāo)必須滿足設(shè)計(jì)要求。

⑵、在管節(jié)制作時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求預(yù)埋壓漿孔，安裝注漿管時(shí)，每個(gè)預(yù)埋壓漿孔里要設(shè)置單向閥。目的是防止注漿壓力不夠時(shí)管外壁的泥漿液倒流。

⑶、 觸變泥漿的配制、攪拌、靜置時(shí)間，都必須按照膨潤(rùn)土的特性要求執(zhí)行。一般膨潤(rùn)土潤(rùn)滑漿的配制按如下比例進(jìn)行，根據(jù)實(shí)際試拌情況再行調(diào)整：

泥漿的拌制要均勻。首先將定量的水放入拌和桶內(nèi)，開(kāi)動(dòng)拌和機(jī)徐徐投入膨潤(rùn)土，拌和2-3min，靜置片刻，再攪拌7-8min，即成泥漿，制成的泥漿排放入貯漿池內(nèi)貯存24h，使膨潤(rùn)土、水、堿發(fā)生置換作用，形成穩(wěn)定性良好，且有一定粘度的泥漿，使用時(shí)用注漿泵通過(guò)連接注漿孔的管道注入管道外圍。

為了防止貯漿池內(nèi)泥漿離析，間歇地對(duì)貯漿池內(nèi)泥漿進(jìn)行攪拌。

⑷、泥漿的壓注方法

切削土壤的刀盤(pán)壓力可按塔薩基公式計(jì)算。在頂進(jìn)第一節(jié)管節(jié)時(shí)，即可把正面土壓力調(diào)整到最佳值。具體調(diào)定值根據(jù)沉降測(cè)量反饋數(shù)據(jù)確定，并上報(bào)監(jiān)理工程師。

為了使觸變泥漿套的壓力在停注后不能過(guò)快降低，在工作井內(nèi)注漿總管上設(shè)置單向閥，不使其回漿。泥漿的壓注采用在頂管機(jī)壓漿、管節(jié)、中繼站等處連續(xù)補(bǔ)漿的方法。對(duì)頂管機(jī)壓漿要與頂進(jìn)同步，以迅速在管道外圍空隙形成粘度高、穩(wěn)定性好的膨潤(rùn)土泥漿套。

從機(jī)頭后第一節(jié)管至管道最后一節(jié)管，每隔2m安置一圈壓漿管道，每個(gè)壓漿孔上安裝一只1寸球閥，由橡膠軟管與壓漿總管相連。壓漿總管是一根2寸白鐵管，連接壓漿泵。在攪拌筒內(nèi)按一定比例兌水充分拌制，儲(chǔ)放24小時(shí)后方可使用。

壓漿按三類，分別控制：

①、機(jī)尾同步壓漿：以形成原始漿套，填充固有間隙。單邊間隙為12.5MM。

②、沿線壓漿：以補(bǔ)充管道不直形成的沿線漿套缺損。

③、定點(diǎn)壓漿：根據(jù)沉降測(cè)量反饋數(shù)據(jù)，對(duì)沉降過(guò)大處補(bǔ)償性壓漿，以支承地表荷載。

⑸、注漿設(shè)備的選用

在頂進(jìn)中，選用螺桿式注漿泵。

⑹、泥漿的置換

全段管道頂進(jìn)完成后，立即用水泥漿將潤(rùn)滑泥漿置換出來(lái)，以確保管道外圍土體有足夠的支撐和減少滲漏水。

8頂進(jìn)監(jiān)控

控制好頂進(jìn)方向，確保按設(shè)計(jì)管道軸線頂進(jìn)是頂管施工中的核心問(wèn)題，因此本工程的測(cè)量按照公司施工測(cè)量放樣復(fù)核管理辦法執(zhí)行。具體如下：

頂管前，先根據(jù)領(lǐng)樁點(diǎn)，放出本工程的平面控制點(diǎn)及臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，經(jīng)三級(jí)放線和復(fù)核后方可使用。

在工作井設(shè)置管道軸線控制樁和臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)、工作井護(hù)樁，以便復(fù)核頂管軸線和工作井位置是否移動(dòng)。開(kāi)頂前，準(zhǔn)確測(cè)量頂管機(jī)中心的軸線和標(biāo)高偏差，并作好原始記錄。

在機(jī)具內(nèi)，要安裝傾斜儀傳感器，操作者可以隨時(shí)得到機(jī)頭的水平狀態(tài)，控制刀盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向和糾偏。本項(xiàng)目頂管采用激光全站儀來(lái)監(jiān)控頂進(jìn)方向。

基坑的導(dǎo)軌盡可能延長(zhǎng)至井壁洞口附近。導(dǎo)軌要有足夠的剛度，且安裝焊接牢固。安裝后的導(dǎo)軌軸線和標(biāo)高誤差小于2mm；主頂油缸和后座的安裝也要滿足牢固的要求，其水平和垂直誤差小于10mm。

9測(cè)量與糾偏

⑴、頂管測(cè)量：采用全站儀和水準(zhǔn)儀等儀器。

①、開(kāi)始頂?shù)谝还?jié)管子時(shí)，每次頂進(jìn)20～50cm，正常頂進(jìn)時(shí)，每次頂進(jìn)1m。校正時(shí)，每出土一次測(cè)量一次。

②、中心線測(cè)量：首先在地面用經(jīng)緯儀確定頂管方向樁，然后在工作坑邊的兩方向樁上掛小線，其上吊2個(gè)垂球到工作坑底部，在工作坑中用激光水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)兩垂球，讀前端的中心尺刻度，若與中心緩緩進(jìn)行，使管子逐漸復(fù)位，不得猛糾尺的中心刻度相重合，說(shuō)明其方向準(zhǔn)確，否則其差值即為偏差值。

③、高程測(cè)量：在工作坑內(nèi)引設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，停止頂進(jìn)，將激光水準(zhǔn)儀支設(shè)在頂鐵上，測(cè)量前端管底高程。

⑵、頂管偏差的校正

頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)與管位偏差10mm左右，即應(yīng)進(jìn)行校正。

①、穿墻各糾偏階段要求每頂進(jìn)10cm～30cm左右測(cè)量一次。

②、頂管機(jī)糾偏應(yīng)頂進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行，繪制頂管機(jī)測(cè)點(diǎn)行進(jìn)軌跡曲線圖來(lái)指導(dǎo)糾偏，管軸線偏差不允許大起大落。

③、糾偏控制由糾偏千斤頂進(jìn)行，頂管機(jī)共有糾偏千斤頂四個(gè)，糾偏角度為2.5度，能上下左右四個(gè)方位糾偏。一般情況下每次糾偏角度不大于0.5度，以適當(dāng)?shù)那拾霃街鸩交氐捷S線上來(lái)，做到精心施工。

④、糾偏由激光經(jīng)緯儀發(fā)出的激光束照射在位于鉆掘系統(tǒng)的光靶上。根據(jù)測(cè)得的偏斜數(shù)據(jù)，操縱液體糾偏系統(tǒng)，使掘進(jìn)系統(tǒng)前部鉸接的機(jī)頭產(chǎn)生偏擺，從面實(shí)現(xiàn)鋪管方向的調(diào)節(jié)。糾偏分四步進(jìn)行，如下圖，

10頂管施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

針對(duì)本工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)，除了注意頂管機(jī)具的選擇以外，我們還將注意在頂管施工過(guò)程中對(duì)一些容易出問(wèn)題的環(huán)節(jié)上作好的預(yù)防和監(jiān)控，具體作法主要有以下幾點(diǎn)：

⑴、密切注意主頂油泵壓力的變化，隨時(shí)作好記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力突然上升和下降時(shí)，立即停止頂進(jìn)，查明原因后再行頂進(jìn)。

⑵、頂進(jìn)要連續(xù)進(jìn)行，不得長(zhǎng)時(shí)間停歇。

⑶、剛開(kāi)始頂進(jìn)出洞時(shí)就應(yīng)連續(xù)注漿，不能因?yàn)槌跗陧斄^小而不注漿，導(dǎo)致注漿孔被泥土塞滿無(wú)法形成均勻的泥漿套。

⑷、停止頂進(jìn)時(shí)，一定要使挖掘面保持一定的壓力，防止長(zhǎng)時(shí)間停歇造成漏水或土層中泥水流失，尤其是出洞時(shí)，更應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)題。

⑸、在掘進(jìn)過(guò)程中，還要注意挖掘面穩(wěn)定與否，泥水的濃度和比重是否正常，進(jìn)出泥漿是否正常，防止排泥流量過(guò)小或由于粉砂含量過(guò)大而造成泥砂在管道中沉積影響正常頂進(jìn)。當(dāng)遇到砂含量增高時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)整泥漿比例。

⑹、對(duì)于階地、坳溝交界部位的頂管施工，由于土層性質(zhì)差異較大，頂管施工中遇阻力亦不相同，施工時(shí)要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)控制機(jī)頭前的壓力，必要時(shí)可對(duì)軟弱一側(cè)進(jìn)行注漿加固。

⑺、頂管線路均處于城區(qū)主干道的中間綠化帶內(nèi)，頂管作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)路面沉降的監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)反映，并及時(shí)進(jìn)行注漿處理。

⑻、由于頂管線路較長(zhǎng)，通風(fēng)是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，本工程采用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，選用空壓機(jī)。在施工人員下井前必須先通風(fēng)10分鐘，并利用儀器對(duì)有害氣體進(jìn)行檢測(cè)。

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