人工顶管施工.doc

阐述人工取土掘进顶管法

人工取土掘进顶管法是依靠人力在管内前端掘土，然后在工作坑内借助顶进设备，把敷设的管道按设计中线和高程的要求顶入，并用小车将挖出的土从管中运出。这是目前在市政工程中应用较为广泛的施工方法，使用于管径不小于900mm的管道顶进，否则人工操作不便。常用管材为普通和加厚的钢筋混凝土圆管，管口形式以平口和企口为宜。
然而据了解目前洛阳市政工程顶管施工采用的最小管径为500mm，较小管径顶管作业空间狭小，工人掘进作业困难，造成管顶以上超挖现象无法避免，也不便于工程参建单位管理人员的检查与验收，使工程质量无法保证。又因《给水排水管道工程施工及验收规范》﹙GB50268-2008﹚只对顶管法的施工及验收做了具体要求，而没有介绍顶管施工的施工工艺，据此情况编者想针对目前普遍采用的人工取土掘进顶管法的施工工艺做下简述。望能与我单位市政现场监理人员共同学习，文中如有不足，望请赐教学习，共同提高，只为更好的服务监理公司的市政工程监理。
一、顶管工作坑
工作坑，是掘进顶管施工的工作场所，其位置由地形、土质、管线设计、地面障碍物等因素确定，尽量选在有可利地形的坑壁原状土做后背处和检查井处，应便于排水、出土和运输，并具有堆放少量管材和暂时存土的场地；单向顶进时应选在管道下游端，以利排水。
1、顶管工作坑的种类
工作坑有单向坑、双向坑、转向坑、多向坑、交汇坑、接收坑之分，如图1所示
1 5 2 导轨 5 3 4

图1 工作坑的种类
1—单向坑；2—双向坑；3多向坑；4—转向坑；5—交汇坑
单向坑是只向一个方向顶进管道的工作坑。双向坑是向两个方向顶进管的工作坑，因而可增加从一个工作坑顶进管道的有效长度。转向坑是使顶进管道改变方向的工作坑。多向坑是向多个方向顶级管道的工作坑。接收坑是不顶进管道，只用于接受管道的工作坑。若几条管道同时由一个接收坑接受，则这样的工作坑称为交汇坑。
2、顶管工作坑的尺寸
工作坑应有足够的空间和工作面，以保证顶管工作正常运行。工作坑个部位的尺寸按如下方法考虑。
工作坑的底宽W和深度H如图2所示。
工作坑底宽按下式计算：W = D + 2 ( B+ b )
式中 W 工作坑底宽度，m；
D 被顶进管道的外径，m；
B 管道两侧操作宽度，m， 1
一般为1.2～1.6m； 2 h1 H
b 撑板与立柱厚度之和，m， 3
一般采用0.2m； 4 5 6 D h2
工作坑深度按下式计算：
H = h1 + D + C + h2 + h3 b B D B b h3
式中 H 工作坑开挖深度，m； w
h1 管道覆土厚度，m； 图2 工作坑的底宽和深度
h2 基础厚度，m； 1-撑板；2-支撑方木；3-管子；4-导轨；5-基础；6-垫层
h3 垫层厚度，m；
D 管道外径，m；
C 管外壁与基础面之间的空隙，一般为0.01～0.03m；
工作坑的坑底长度如图3所示，按下式计算：
L = a + b + c + d + e + 2f + g
式中 L 工作坑坑底长度，m；
a 后背宽度，m；
b 立铁宽度，m；
c 横铁宽度，m；
d 千斤顶长度，m；
e 顶铁长度，m；
f 单节管长，m；
g 已顶进的关节留在导轨上的最小长度，混凝土管取0.3m，钢管取0.6米；
工作坑纵断面形状有直槽形、阶梯型等，根据操作要求，工作坑最下部的坑壁应为直槽，其高度一般不小于3m。如需开挖斜槽，则管道顶进方向的两端应为直壁。土质不稳定的工作坑坑壁应加设支撑，如图4所示。
图3 工作坑底的长度
a-后背宽度；b-立铁宽度；c-横铁宽度；d-千斤顶长度；e-顺铁长度；f-单节管长；g-已顶入的管子全长
图4 工作坑坑壁支撑（单位：cm）
1-坑壁；2-撑板；3-横木；4-撑杠
3、顶管工作坑的基础与导轨
为了防止工作坑地基沉降，导致管道顶进位置误差过大，应在坑底修筑基础或加固地基。基础的形式取决于坑底土质、管节重量和地下水等因素。一般有以下三种形式：
1）土槽木枕基础。适用于土质较好，又无地下水的工作坑。这种基础施工操作简便、用料少，可在方木上直接铺设导轨，方木根据需要可密铺或疏铺。这种方法是目前洛阳市政顶管施工普遍采用的基础做法，此施工方法简便，便于顶管结束后检查井的砌筑，被顶管作业人员采纳。
2）卵石木枕基础。适用于粉砂地基并有少量地下水时的工作坑。为了防止施工过程中扰动地基，可铺设厚为100～200mm的卵石或级配碎石，在其上安装木轨枕，铺设导轨。
3）混凝土木基础。适用于工作坑土质松软、有地下水、管径大的情况。混凝土基础应采用不低于C10的混凝土。为安放导轨，应在混凝土基础中预埋方木当轨枕。
基础尺寸根据地基承载力、施工荷载、操作 要求而定。基础宽度不小于管外径，一般基础宽度应比管外径打40cm，厚度为20～30cm，长度至少为单节管长的1.2～1.3倍。混凝土面应比轨枕面低1～2cm，轨枕应埋设在混凝土中，一般采用15cm×15cm的方木，长度为2～4m，间距为40～80cm
导轨的作用是引导管道按设计的中心线和坡度顶入土中，保证管道在将要入土时的位置正确。因此，导轨安装是顶管施工中一项非常重要的工作，安装时应满足以下要求：
⑴宜采用钢导轨。钢导轨有轻轨和重轨之分，管径大时采用重轨。
⑵导轨用道钉固定于基础的轨枕上，或固定在混凝土基础内预埋的轨枕上。两导轨应平行、等高，其高程应略高于该处管道的设计高程，坡度与管道一致。
⑶安装后的导轨应牢固，不得在使用过程中产生移位，并应经常检查校核。
⑷如图5所示，两导轨间净距A可按下式计算：

图5 导轨间距计算图
式中 A 两导轨净距，m； D 管道内径，m；
t 管道壁厚，m； h 刚导轨高度，m；
C 管道外壁与基础面的空隙，一般为0.01～0.03m。
两导轨中心距离，可按下式计算：

式中 A 两导轨净距，m； a 导轨的上顶宽度，m；
顶管施工中，导轨可能产生各种质量事故。若从工作坑一侧开挖坡道下管时，管道从侧面撞击导轨，使之向管中心位移；垂直下管时，管道正面撞击导轨，使之向西侧位移；导致可能因基础下沉而下沉；基础纵向开裂，其中一半下沉，使两个导轨面高程不一致等。这些事故都需要采取措施给予补救，这就要求我们现场监理人员在对顶管坑测量检查时，要对坑内水准点、导轨高程进行复测，以此杜绝有导轨的意外事故造成的管道顶进的质量问题。
本次主要是针对顶管工作坑的种类、工作坑的开挖尺寸、工作坑的基础形式以及导轨间的距离的计算结合图形进行了说明。下次将对工作坑的后背墙与后背的结构形式、工作坑内的设备情况、工作坑内的高程桩的测设与校核进行介绍，重点将介绍人工挖土顶管时，当遇到管道顶进方向和高程偏离设计要求时，常用的校正方。