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顶管施工(手掘式)方案

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顶管施工（手掘式）方案

一、工艺流程：顶管施工准备→顶力计算→测量放样→导轨铺设→顶管后靠背→顶管动力、照明→洞口止水→穿墙→顶进开始试阶段以及纠偏方法→出土方案→安放中继间。
(一)顶管前的准备工作
顶管中的所有设备在顶管前三天前要全部到场，包括：吊车、空压机、注浆机、油压泵、水泵等，动力和照明电缆线要全部按要求铺设到位，所有顶管施工人员要全部到场。
（二）顶力计算

（三）测量放样
顶管管线放线是保证顶管轴线正确的关键。放线准确就能保证顶管机按设计要求顺利进洞，满足施工质量要求；反之，就可能造成顶管轴线偏差，影响工程进度和工程质量，同时也会造成顶进时设备损坏，使顶管停顿。顶管管线放线，就是将工作井出洞口和接收入井进洞口的点正确引入工作井内，指导顶管顶进的方向和距离。从理论上讲，工作井和接收入井的坐标和标高在沉井下沉时都已明确，通过计算很容易确定。然而由于沉井下沉时的误差，这样从理论上计算放出的线就不一定符合。目前，顶管管线放线常常是根据工作井和接收井的实际位置，按设计要求，通过测量实际放出管线位置。具体如下：
1、管线标高的测量使用水准仪测得工作井和接收入井洞底标高，根据标高高差和工作井与接收井距离算出坡度。
2、轴线测量的方法
（1）通视条件下的测量使用引线法引工作井及接收井预留洞口中心至工作井的井壁。置经纬仪于接收井中心A点，把花杆放在工作井预留洞中心井上口B点，作AB直线的延长线，并在工作井后部定出一点C。保证C、A、B在一条轴线上，工作上B点、C点用铅丝将管线轴线拉出来，上吊两个垂球将管线轴线引至坑底B/、C/点用以确定管线顶进轴线。C/点架设激光经纬仪，对准B/点，确定顶管顶轴线
（2）在轴线定好后即可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差h，至水平仪于井下，在井四周做出4～6个临水点，保证轴线标高，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。
3、纠偏方法与措施
（1)有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。
（2)布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。
（3)顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10’～20’不得大于0.5°。并设置偏差警戒线。
（4)初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。
（5)开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。
（6）平面纠偏，采用经纬仪测量检查，高程偏差采用水准仪测量。测量的频率一般每天四次，出洞前更要勤测量。
（四）导轨铺设：
基坑导轨是安装在工作井内为管子出洞提供一个基准的设备。导轨要求具备坚固、挺直，管子压上去不变形等特征。由于顶管重量重，为此我们采用了复合型基坑导轨。
基坑导轨铺设应注意管线轴线、导轨标高和导轨支撑稳定性几个方面的问题。
1、管线轴线：根据管线轴线测量结果，铺设轨道时，将轨道中线与管线轴线重合。
2、管线标高：由于采用的是复合型轨道，因此铺设轨道时必须了解轨道的基本结构。
（五）顶管后靠背
工作井的顶管，后座墙用两块各20MM厚钢板,中间用浇筑C20砼，在钢板与井壁之间浇筑C20砼，和厚钢板一同作为后座墙。待其混凝土达到75%以上强度后方可进行顶管的顶进工作，否则就可能造成顶管过程出现各种意想不到的事故，影响顶管顶进。对于后座墙附加层的做法，采用以下方法
1、后座墙附加层工作面必须与顶管管线垂直。
2、后座墙附加层的宽度应满足主顶油缸发射长度，厚度根据工作井的直径和后靠背顶铁的宽度而定。
3、后座墙附加层做法采用钢筋混凝土，标号C20以上，当后座墙附加层覆盖洞口时，应在洞口处用型钢加固。
4、后座墙附加层严禁采用方木，因木材具有弹性，顶管顶进时，主顶油缸反复作用会造成木材反复受力，形成疲劳破坏，影响顶进质量，同时也会造成顶进设备损坏。
六、顶管动力、照明
动力电缆设置：管内设置一路电缆，按其配套动力负载功率，选择电缆规格，供电采用TN-S方式，三相五线制移动电缆装接。为防止长距离以后的电压降低问题，放大电缆截面，以减少电阻，电缆接头采用电缆接头箱。井下施工的所有移动电机具和设备，必须有严格的接地措施。井下、管道内的照明必须用12V安全电压。
（七）洞口止水
1、顶管工程中，为使管子能顺利从工作井内出洞，一般采取工作井预留洞口比管节外径略大些（一般为100mm）的方式，顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭，否则地下水和泥砂就会从该间隙流到工作井内，会造成洞口上部地表的塌陷，甚至会造成事故，殃及周围的建筑物和地下管线的安全。因此，顶管过程中洞口止水是一个不容忽视的环节，必须认真、仔细地做好此项工作。
2、我们采用的洞口止水方法是在工作井制作时，需在出洞口处做一弓形的止水墙，以便将洞口止水装置安装在平面上。止水墙的混凝土标号同工作井混凝土标号，预先在洞口预埋一个10mm厚钢法兰，在钢法兰上焊接螺栓，安装16mm厚橡胶法兰，用10mm厚钢压板压紧。
（八）穿墙
从打开封门，将掘进机顶出工作井外，这一过程称为穿墙。穿墙是顶管施工中的一道重要工序，因为穿墙后掘进机方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。穿墙时，首先要防止井外的泥水大量涌入井内，严防塌方和流沙。其次要使管道不偏离轴线，顶进方向要准确。
1、防止井外泥水涌入井内的措施：为防止井外泥水涌入井内，在沉井下沉时首先应在洞口处砌挡土墙，同时在井壁外侧预埋钢板桩随同沉井一起下沉（钢板桩吊钩应漏出自然地面。注意：当沉井下沉时，要注意防止沉井周围建筑垃圾（如：钢筋、碎砖石等）随沉井一同下沉，必须将其清理干净。否则当掘进机出洞时，钢筋等杂物将进入绞笼，损坏绞刀，致使顶管不能正常顶进。由于掘进机出洞碰上碎钢筋，导致绞刀损坏，修理绞刀时，顶管停顿，以后重新启动顶管顶进时，引起了一些其它的故障，处理起来时很麻烦。
2、若土质较软或有流沙，则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围，对整个土体进行改良或加固，视情况一般采用井点降水、注浆、旋喷桩、深层搅拌幕墙等措施，以提高这部分土体的强度，防止掘进机出洞时塌方。
3、当掘进机准备出洞时，应先破除砖封门并将杂物清理干净，将掘进机刃脚顶进工作井井壁中.
4、顶管出洞时，掘进机要调零。
5、要防止掘进机穿墙时下跌。下跌的原因一是穿墙初期，因入土较少，掘进机的自重仅由两点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。这时作用于支撑面上的应力很可超过允许承载力，使掘进机下跌；二是工作井下沉时扰动洞口土体且掘进机较重。为防止掘进机下跌，可采取土体加固、加延伸导轨、保留洞口下部预留缝隙的砖墙、顶力合力中心低于管中心（约R/5--R/4）或将前部管子（一般3节左右）同掘进机用连接件连接成整体，同时掘进机头亦可抬高一些。
6、防止掘进机和前几节管子后退。产生这种现象主要是因为掘进机的主顶面上主动土压力大于掘进机和管子的周边摩阻力和它们与导轨间摩阻力的总和。一般采取在主顶油缸回缩前，用螺旋出土机部分土适当卸压，或在洞口两侧安装手拉葫芦拉住，或用木（钢）柱将管子顶住，使其不向后退。
7、由于顶管出洞是制约顶管顶进的关键工序，一旦顶管出洞技术措施采取不当，就有可能造成顶管在顶进过程中停顿。而顶管在顶进途中的停顿将会引起一系列不良后果（如：顶力增大、设备损坏等），严重影响顶管顶进的速度和质量，甚至造成顶管失败。
（九）顶进开始调试阶段以及纠偏方法
1、顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。
机头下井后刀盘应离开封门1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm，即可开始凿除砖封门，砖封门应尽量凿除干净，不要遗留块状物，同时可进行土体取样工作，使用Ф100，L=500mm的两根钢管在洞口上下部各取长400mm的土样，取样工作完成后随即顶机头，使机头刀盘贴住前方土体。
土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，机头的土压控制主要通过顶速来调节，顶进过程中的方向控制
由于机头本身所具有的方向诱导装置，纠偏操作就变的简单易行了，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在二号光耙的中心既可。
2、纠偏方法与措施
（1)有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。
（2)布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。
（3)顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10/～20/不得大于0.5°。并设置偏差警戒线。
（4)初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。
（5)开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。
（6）平面纠偏，采用经纬仪测量检查，高程偏差采用水准仪测量。测量的频率一般每天四次，出洞前更要勤测量(附平面布置图)
（十一）出土方案
由于本工程顶管管上为原来老土层，所在顶管作业中必须严格遵循“先顶后挖”原则，严禁超挖。
人工掏土必须先上部后下部，挖土坡度不得大于60°。为防止事故。掏土深度每次为300mm。制作专用运土斗车，每道管二台交替使用。斗车行进由卷扬机拉动。斗车装土运到工作坑内后由12t吊车吊到自然地面，用1m3履带液压挖机装车,4t自卸王运到8km以外的存土场地。
（十二）中继间安放：
1、中继间千斤顶的数量应根据该段单元长度的计算顶力确定，根据计算每段顶管拟在机头后部每隔70米安放一只中继间。
2、中继间的外壳在伸缩时，滑动部分应具有止水性能；
3、中继间安装前应检查各部件，确认正常后方可安装；安装完毕应通过试运转检验后方可使用；
4、中继间的启动和拆除应由前向后依次进行；
5、拆除中继间时，应具有对接接头的措施；中继间外壳若不拆除时，应在安装前进行防腐处理。
七手掘式顶管施工中的常见问题及处理方法
1导轨偏移
⑴现象
基坑导轨在顶管施工过程中产生左右或高低偏移。
⑵原因
①导轨自身的强度不够，受到管子自重的压力而变形。
②导轨固定不牢靠，受到外力及震动后发生偏移。
③导轨底部所垫木板太软而产生较大变形。
⑶防治措施
①对导轨进行加固或更换。
②把偏移的导轨校正过来，并用牢固的支撑把它固定。
③垫木应用硬木或用型钢钢板，必要时可焊牢。
④对工作底板进行加固。
2后靠背严重变形位移或损坏
⑴现象
①后靠背被主顶油缸顶得严重变形或损坏，已无法承受主顶油缸的推力。
②后靠背被顶得与后座墙一起产生位移。
③钢板桩工作坑，由于复土太浅或被动土抗太小而使钢板桩产生位移影响到后靠背的稳定。
⑵防治措施
①应该用刚度好的钢结构件取代单块钢板做后靠背。
②后靠背后面的洞口要采取措施，可用刚度好的板桩或工字钢叠成“墙”垫住洞口或管口。
③后座墙后的土体采用注浆等措施加固，或者在其地面上压上钢锭，增加地面荷载。
④用钢筋砼浇筑整体性好的后座墙，并且尽量使墙脚插入到工作坑底板以下深一些。
3测量仪器移动
⑴现象
用测量仪器观察标尺，偏差一下子大很多或无法找到标尺。在大多数情况下水准气泡也不准。
⑵原因
仪器被人碰到而移动或者是固定仪器的架子有移动。
⑶防治措施
①仪器架一定要固定在基坑底板上，而且底板要牢固，不要把仪器架固定在会移动的支撑等上面。
②仪器附近应设栏杆，防止被碰，失准。
③发现仪器移动必须重新安装好，必须对原始数据做核对，确保重新安装后的仪器数据正确。同时，还应有人复核，并做好记录。
4管接口处错口
⑴现象
①错口不规则，错口不大。
②错口较大，有的可达到管壁厚度或更大。
⑵原因
①错口不大，大多由于管接口处失圆，管壁厚薄不均匀所造成的
②错口较大是由于T型钢套环损坏。T型钢套环套在管子外面的接口处，在纠偏过程中纠偏力会使钢套环损坏。T型钢套环套在管子外面的接口处，在纠偏过程中纠偏力会使钢套环变形，环口扩张。当朝前的张口充塞满泥砂以后，欲向相反方向纠偏时，这个张口必须闭合，张口内的泥砂被挤，T型钢套环的直径会被撑大。反复纠偏，T型钢套环焊缝处易被撕裂，同时，钢套环的环口就发生卷边。T型钢套环连接的前后两只管子就发生错口，随着推进距离的增长，错口会越变越大，甚至使管道报废。
⑶防治措施
①加强对成品砼管质量的复查挑选。
②控制好顶管的方向，有偏差要及时纠偏，慢慢地纠正，以防纠偏过头。
③如果在砂性土中应增加触变泥浆的注入量，让浆套很好地形成。
④在砂土中顶管，最好采用F型接口，因为F型接口的前半部是埋在砼管内的，在纠偏过程中能承受较大的纠偏力，钢套不会损坏。
5管端破损
⑴现象
①在顶进过程中管端内壁产生剥落。
②顶进过程中发现管端出现环形裂缝，同时有一部分内壁剥落。
⑵原因
①两管的张角过大，使其受压面积下降，压应力增加，超过管子所允许的压力。
②主顶油缸的总推力超过了管子所能承受的推力，往往发生在靠近工作坑处的几节管子中。当然后一种情况也有可能与前一种情况同时发生在一处。
③木垫环太薄或太硬。
⑶防治措施
①在顶进过程中认真控制好方向，纠偏不要产生大起大落。
②适当增加垫板的厚度，尽量扩大在张角大时的受压面积。
③在损坏的接口处用环氧树脂修补后再安装上内套环。
6管接口渗漏
⑴现象
管接口处有地下水渗入或者产生漏水漏泥现象。
⑵原因
①管接口损坏。
②张角过大使密封失效。
③橡胶止水圈没有安装正确或已损坏。
⑶防治措施
①同5防治措施
②安装前应查前橡胶止水圈的规格型号与外观质量，正确套入砼管的插口槽入。在止水圈进入套环之前要涂抹些浓肥皂水。止水圈不能有翻转有挤出现象。
7管壁裂缝与管壁渗漏
⑴现象
管内壁有渗水，并有环向纵向或不规则的裂缝。
⑵原因
①管口附近出现环向裂缝，大多是纠偏过量。此种裂缝在企口管中最为常见。
②管内产生纵向裂缝则有可能：管顶载荷太大，管子未达到应有的养护期，成品管子质量有问题，管子的砼不符合标准等。
③管子承受的推力过大。
⑶防治措施
①防止纠偏过度，企口管管口张角每增加0.5度，其承受的推力则下降50%左右。
②可在企口管承受推力的端面上垫上一定厚度的木垫环，以增加管口承受推力的接触面积。
③加强管子使用前的检验工作。
④安放中继间。
8地面沉降
⑴现象
在顶管施工完成以后，在管子中心线左右两侧的地面产生沉降。并且，随着时间的推延，沉降槽的宽度与深度均匀与日俱增。
⑵原因
沉降的原因有四种：第一种是超挖所造成的，正常的挖土量须控制在应挖土体的95%~100%之间。第二种是顶管过程中对土拓扰动而产生的沉降。第三种则是由于润滑浆套内的浆液流失所造成的沉降。第四种是由于采用了辅助的降水施工所造成的沉降。
⑶防治措施
①控制好尺进与出土量之间的关系，做到不超挖。
②润滑浆要有一定的稠度，不能太稀。如果对沉降要求很高的情况下顶完全程后，必须用充填浆把润滑浆完全置换出来。
③尽量少采用降水这一辅助施工手段，而采用无须降水的机械式顶管施工。
严格地讲，在顶管施工过程中，地面沉降是不可避免的。但是，采用不同的施工方法，会有不同的沉降结果。沉降由大到小的顶管施工方法是：手掘式面管气压式顶管土压平衡式顶管泥水平衡式顶管。另外，同一顶管施工方法，由于土质的不同和复土深度不同管道直径不同，也有不同的沉降。只有掌握了这些基本规律，才能对沉降作出有效的预测。
9严重偏高
⑴现象
管子前面出现塌方，工具管及管子均严重偏高。
⑵原因
管子严重偏高是手掘式顶管中常见的质量通病。其产生的原因都是土质较差的前提下，辅助施工措施（如降水等）又没有很好发挥作用时，工具管前方发生塌方。这时，操作者为了罅塌方而错误地采用了所谓的“闷顶”，即不出土的情况下一味地往前顶而造成的。
因为在工具管前方发生塌方时，塌方的土就按土的自然休止角涌入工具管内，工具管前上方的土受到了扰动。这时，工具管往前顶时就会沿着土的自然休止角往上爬。当清理完管内的土再进行测量时，工具管已爬得很高了。情况严重的工具管可爬到地面附近，在数十米长度内可一下子爬高2~3米。所以“闷顶”是万万不可采用的。
⑶防治措施
当工具管前方出现塌方以后应采取必要的辅助施工方法来稳定挖掘面。如采用井点降水或采用注浆等措施，也可在工具管内充以适当的气压来使挖掘面稳定。
10左右偏差较大
⑴现象
左右偏差已超差，而且方向纠偏越纠越偏。
⑵原因
左右偏差一般较高低偏差引正起来容易些，发生在手掘式顶管中的这种偏差不外乎于以下几种原因：
①采用单排单边井点降水，产生靠近井点的一边的土较硬，另一边土软软，因此工具管和管子偏向土软的一边。
②手掘式因为比较简单，施工人员没有引起足够的重视，派不太熟悉测量仪器的人进行测量，仪器看错。
⑶防治措施
①降水也好，注浆也好，尽量使管子两侧的措施对称。
②测量人员一定要经过严格培训合格以后方可上岗，对初上岗的人员要在有经验较丰富的人员带领下进行作业，同时多加以复核，以免测量差错。
11严重偏低
⑴现象
工具管越顶越低，工具管内下部的土比较湿，比较软。
⑵原因
造成这种偏差的原因是由于工具管上部土较硬，下部土软软。土软硬可有两种情况：一种是土质本身存在着上层较硬，下层较软，我们是在两层土之间顶进。另一种是由于辅助施工措施使用不当或该措施没有充分发挥作用的结果。例如，当采用井点降水时其降水深度太浅，没有降到管底以下，从而发生了前述情况。
⑶防治措施
①尽量多挖上部较硬的土，而少挖下部较软的土。
②延长井点降水时间或设法改善井点降水效果。
12主顶推力过大
⑴现象
主顶油缸的推力已超出正常顶进阻力，每平方米管外面积的综合摩阻力已达20KN以上。
⑵原因
①管子顶得不直，方向和高低偏差有大起大落现象。
②注浆效果不好，使管子与土层间形不成浆套。这是手掘式常见的问题之一。因为手掘式的工具管是敞开的，前几节管子不能充分注浆，否则浆液会流到挖掘面上去，因此，不易形成浆套。或者是上述两种情况兼而有之。
⑶防治措施
①方向纠偏切忌过猛。
②加强注浆管理。可适当地增加浆液的稠度和注浆量。
③提前安装中继间。如果当主顶推力接近设计总推力的80%时，就应安装中继间。当主顶推力达到设计推力的90%时，就应启动中继间。如果是长距离顶管，第一只中继间的安装位置还可适当提前些，以留有余量。
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