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人工顶管施工工艺评价
一、人工顶管施工的意义
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，顶管法施工有以下优点：       
1、顶管施工是非开挖铺管技术的一种，其在国外已广泛使用， 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，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。 
二、顶管施工的基本原理 
顶管施工就是利用人工挖土，借助于主顶油缸及管道中继间等的推力，把工具管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。 
三、手掘式顶管施工工艺流程 
施工准备放线定位→确定工作坑尺寸→工作坑开挖→坑壁支护→基础及导轨安装→后背安装→顶管设备安装→下管节→预顶调试→测量较核→正式顶进→挖土→出土→顶进→ 测量较核→顶进→挖土→出土→测量较核→顶进……至接收井→接口处理→砌检查井→ 闭水试验→工作坑回填→竣工验收。
1、施工准备 
⑴、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（关于支管管径DN500变为DN800，因交通压力大缩减3个检查井，2个利用原检查井）。
⑵、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：
①、现场地形、地貌、各种地面地下管线和其他设施情况；
②、工程地质和水文地质资料；
③、地区气象资料；
④、工程用地、交通运输及排水条件；
⑤、施工供水、供电条件；
⑥、工程材料、施工机械供应条件；
⑦、结合工程特点和现场条件的其他情况和资料。
⑶、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、用电方案等。
⑷、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（以原路面高程作为相对高程，控制管道底标高）。
⑸、临时水准点和管道轴线控制桩的设置应便于观测且必须牢固，采取保护措施并经常校核（以原路面高程作为相对高程，临时水准点和管道轴线控制桩的设置在工作坑边便于观测且必须牢固，管线位置由于天然气管道，中线向东移了0.5米）。
⑹、对已建管道、构筑物等与新建管道衔接的平面位置和高程，开工前应进行校对复核（对已建污水管道、检查井的衔接进行了校对复核）。
2、工作坑位置及开挖尺寸确定
⑴、顶管工作坑的位置应考虑一下原则：
①、有可利用的坑壁原状土作后背； ②、工作坑尽量设在沿线检查井及污水支管交汇折点处；③、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；④、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。
⑵、顶管坑开挖尺寸确定
工作坑的尺寸应根据施工方法和设备尺寸，按实际布置的情况确定，同时考虑工作坑设置的使用功能（单向顶、多向顶、转角顶等）
①、顶管工作坑，是顶管工程的重要设施，工作坑是双向坑。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： 
矩形工作坑底部尺寸应符合以下要求： 
B=D1+S 
L=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2m 
L—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 
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+h3  
式中：
H1—顶进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） 
该工程顶管管径为DN1000钢筋混凝土管（带钢套），壁厚为100mm；工作坑开挖尺寸为4.2m×3.2m，深5m。
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，由于工作坑范围有地下管线及场地狭窄等不适于机械开挖，全部采用人工开挖；人工开挖深度超过2米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。该工程工作坑土质稳定、无地下水、管道埋深较深，坑壁支护方式采用板撑支护或砖砌支护，最后选择砖砌支护，由于该工程是抢修工程时间紧，砖砌支护的形状是椭圆型比较稳定(在基坑监测实践中发现了基坑平面形状与基坑稳定性的内在联系,给出了椭圆形基坑、圆形基坑、矩形基坑的应力与位移监测数据,以实测数据为依据,指出了类圆形基坑的优越性,得出了类圆形基坑承载能力与坑壁稳定性优于矩形基坑的结)。采用MU10的砖，M10 砂浆砌筑240mm的砖墙支护且不用拆除，对检查井和路面也是可靠地支撑。
4、基础及导轨安装
⑴、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。该工程地下水位在4.5米及以下处（个别在3.5处有其它管道或井渗水造成），基础的形式为卵石木枕基础或土槽枕木基础，卵石木枕基础适用于地下水位不高，但地基土近饱和状或饱和状，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； 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做3：7灰土垫层为30cm，然后铺设方木并联接牢固，可在方木上直接铺设导轨，方便导轨的变向安装。
⑵、工作坑导轨选用钢质材料制作，并应有足够的刚度，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，首先利用垂球和直尺确定导轨间距和平面位置，然后根据放样高程调整导轨高程，两导轨应顺直、平行、等高，其道路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，应经常检查校核。 
⑶、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（一般为10-25mm）
⑷、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：±2mm 
5、后靠背
后靠背是把主顶油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。 
该工程是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。具体做法是：在平直的土壁或撑板前横排15cm×15cm方木，与土壁或撑板贴紧，方木前可设置立铁，立铁前再横向叠放15cm×40cm横顶铁；方木应卧到工作坑底以下一定深度，使顶镐的着力中心高度不小于方木后背高度的1∕3。 
6、顶管设备安装 
⑴、主顶装置
顶管采用的主顶装置由主顶油缸、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；主顶油缸宜固定在紧靠后靠背上，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；油泵（泵站）安置在地面上，油管顺直、转角少；与主顶油缸相匹配，安装完毕应进行试运转；顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续进行顶进；主顶油缸活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。
 ⑵、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。
 ⑶、工作平台和棚架 
工作平台搭设在工作坑的顶面，操作平台设在坑口南侧或北侧，与出土方向一致, 中间是下管和出土坑口。棚架即起重架与防雨篷合成一体，找一防雨篷布为工作棚，起重设备采用单梁式电动葫芦吊，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。 
⑷、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Φ40mm），工作坑四周用钢管扣件安装的栏杆（高1.2米），采用密目网围挡。工作坑上下配有梯子，其跨度尺寸不大于30cm，作业人员从规定的通道上下，不得从非通道进行攀登。 
7、管道顶进 
⑴、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，为了减少顶进阻力，在管外皮刷一层蜡。将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。 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，操作人员方可进前工作。管子就位，第一节管子下到导轨上，测量管体中心及前后端的管底高程，确认高程合格后方可顶进。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)、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)、出土与排水
采用人工取土，用电动葫芦从坑中吊土，配合龙门架垂直运输。排水采用集水坑排水，用潜污泵明排至原污水井内。
 (4)、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。 中线测量：顶进长度在60cm范围内，可采用垂球拉线的方法进行测量，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。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。 
(5)、校正纠偏 
顶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。该工程用超挖纠偏法或千斤顶纠偏法
①、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，而在偏向千斤顶纠偏法侧不超挖甚至留坎，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。 
②、千斤顶纠偏法：偏差大于2cm，在超挖纠偏不起作用的情况下，可用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上，另一端斜撑在垫有钢板或木板的管前土壤上，支顶牢固后，即可顶进，在顶进中配合超挖纠偏法，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，顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。 
(6)、对顶接头 
对顶施工时，在顶至两管端相距约1-2m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，管口是橡胶圈密封，在两管的接口处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，进行内接口，其接缝处理
  应按设计规定；如设计无规定时，采用石棉水泥砂浆掺入堵漏剂接口。管内缝填打石棉水泥砂浆后，再次填打石棉水泥和堵漏粉（胶粉），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→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。 

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，顶管施工理论也日臻完善，但在西安地区，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。 
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 （建）筑物、 管径在 1.0~2.5m 的给水管道、排污管道、工业地下管道等。  

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