頂管焊口加強方案

A. 頂管施工技術方案

頂管施工技術方案

頂管施工就是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設施工技術。下面我為大家分享頂管施工技術方案，歡迎大家閱讀瀏覽。

一、頂管工作原理及工藝選擇

頂管工作原理：頂管施工是以頂管工作井為起始點，在工作井內安裝主頂千斤頂系統提供水平推力，先將安裝在導軌上的頂管機頭從前牆預留的出洞口破封門推入土中，由機頭導向，然後將鋼筋砼管跟隨機頭一節一節地推向前頂進。與此同時，機頭挖掘的泥土被不斷排出，經水平運輸至工作井，再經垂直運輸至地面外運棄土。採用24小時連續施工，直至機頭進入接收井回收，完成該次頂管管道鋪設。

頂管工藝選擇：頂管有土壓平衡法、泥水平衡法及氣壓平衡法等多種施工方法，是由頂管工具管(機頭)的功能分類而定的。應根據機頭穿越的土層性質和地下水情況等因素，選擇合適的頂管機頭。頂管機頭安裝在管道的前端，它具有控制頂管方向、挖掘和防止坍方等功能，其外形和尺寸與管節相近。本工程擬選擇泥水平衡平衡機頭。

二、設備配置和安裝

(1)井內頂推設備

1、主頂千斤頂：每套頂進總站配置3台300t油壓千斤頂，其中1台備用。

2、組合支架：主頂千斤頂固定在組合支架上，按管道截面左右對稱布置。

3、油泵：為保證油壓千斤頂行程同步，共同作用，採用1台電動高壓油泵形成並聯油路向千斤頂供油壓。每個千斤頂均備有獨立的控制閥。

4、後座承壓壁：主頂油缸提供水平推力將管道在土層中向前推進，其反推力作用在後座鋼構件上並傳遞擴散到工作井後壁上。後座結構採用50mm厚鋼板(重約2t)，和厚50cm砼牆體組成。後座與工作井後壁之間墊一層5cm厚木板，這樣即可將2台油缸的集中頂力傳遞擴散到工作井壁上。

5、頂鐵和分壓環：分壓環外徑、內徑與鋼筋砼管一致，其長度為50cm，二台主頂油缸的頂推力作用在分壓環上，分壓環再均勻擴散傳遞到砼管的後端面。環形頂鐵的結構與分壓環一樣，它的作用是由於油缸的一次行程不足以將一節砼管推頂到位，需要將油缸收回後，在分壓環與油缸之間加墊該頂鐵結構，然後利用油缸的第二次行程再推，這樣反復多次即可將一節大大超過油缸行程長度的砼管推頂到位。本工程1.0m長度的頂鐵各兩件，採用20cm厚鋼板加工而成，重量約1t。

6、中繼間的設置及位置

A、 Ø800中繼站由10個30T的液壓千斤頂組成，總頂力為300t，伸縮量均為30cm，中繼間在管道上的分段安放位置，可通過頂進阻力計算確定。

B、 按常規，由於機頭前方迎面阻力和管道外壁阻力等不確定因素太多，為留有較大的安全頂力儲備，因此第一號中繼間應盡量設置在距機頭比較近的位置處，一般設置在距機頭20m處附近(，後面的中繼間再按一定長度布置。本工程每段頂管只需設置一座中繼間，即1#中繼站。

三、頂管工具管安裝

頂管機頭維修調試好，運到現場後，被吊放到工作井內導軌上。檢查測定機頭與軌道是否平衡、吻合，機頭的前後端中心方向和相對高差小於2mm，然後對機頭的油路、泥漿和操縱系統等設備進行逐一連接，各部件連接牢固，不得滲漏，安裝正確，並對各系統進行認真檢查和試運行。

四、工作井地面設施

1、膨潤注漿系統：包括膨潤土拌合池、壓漿泵、管道等。對於長距離頂管，泥漿泵的泵壓能力要求更高，壓力不得低於3Mpa。

2、棄土泥漿池：採用泥水平衡，井上地面需設置棄土泥漿池。棄土泥漿經過泥漿泵送入泥漿車運到政府指定地點排放。沉澱池設置兩個連在一起的循環過濾池。單個泥漿池內空尺寸為長10m，寬5m, 高度為2m,四周井壁採用750mm磚砌牆體，採用Mu100的磚，M10水泥砂漿砌築，內外抹20mm厚的水泥砂漿;井底採用30cm厚的C15混凝土基礎底板。

3、蓄水池：採用泥水平衡，機頭前方需要大量水供高壓水破土，需在地面上建造一蓄水池，蓄水池內空尺寸為長5m，寬5m, 高度為2m,四周井壁採用750mm磚砌牆體，採用Mu100的磚，M10水泥砂漿砌築，內外抹20mm厚的水泥砂漿;井底採用20cm厚的C15混凝土基礎底板。

4、高壓油泵站：包括高壓油泵、油管、油箱、限壓閥、溢流閥和壓力表等指示保護裝置。選用1台50Mpa高壓油泵，液壓系統設備安裝完畢後要進行試車，使用過程中定時檢修維護，及時排除故障。

5、空壓站：是向管道內及機頭供氣，以確保管道內工作人員的呼吸安全和氣倉內帶壓條件。由空壓機生產壓縮空氣，通過凈化後輸入管道內。採用1台3m3的空壓機。

6、泥漿站：包括壓漿泵、攪拌機、泥漿池、管道、壓力表和閥門等，用以向管道內供應減阻泥漿。共配置1台壓漿泵(0.8Mpa)。

7、起重設備：選用一台25噸汽車式起重機。

五、頂管出洞

當井內、井外的准備工作全部完成後，可將機頭吊放到井內導軌上，調整好方向，開始頂管的出洞，工作井壁前牆有機頭及管道出洞的預留洞口。由於地下水位比較豐富，為防止井外水土從預留洞口與機頭外壁之間的縫隙流入工作井內，預留孔洞與管道間取消常規的密封裝置而改用動密封裝置。

1、洞口密封結構：出洞口密封結構的作用是阻止在頂管過程中泥水從管節與洞口間的間隙流入井內。由於地下水位較高，改一般性的密封結構

根據管道中心線與井壁預留孔的位置，製作一個雙層鋼結構的內套環，套環內圈設有多層橡膠止水帶，止水帶之間填充黃油，套環安裝在預留孔與管節之間，外圍焊接在孔的預埋鋼板上，內圈橡膠緊貼管節。

2、破牆的出洞：當機頭前端進入洞口密封圈後，即可破牆出洞。工作井預留洞口已用鋼封門臨時封堵，在頂前採用氣割按水平方向一點點地將封門割除，然後將機頭推進，切入土體中，隨後即可進行正常頂管施工。為保證頂管機頭出洞的萬無一失，除採用大管徑井點外，應事先對洞口周圍一定范圍內的土體進行雙液注漿壓密，更有效地防止外側的水土進入工作井。雙液注漿壓密范圍為：長2m×寬4m×深6m。

3、方向監測：頂管出洞方向控製得好，整條管道才有可能頂好，頂管出洞不好，整條管道都難於頂好，故必須嚴格控制頂管出洞精度，採用跟蹤測量，隨時調整機頭出洞的方向及高程偏差。

六、頂進施工

A、當工具管頂入沉井前壁外的土體後，留其尾部約30cm長擱置在導軌上，收回千斤頂活塞桿，卸走頂鐵，安裝管節和分壓環，開始進行管道的頂進施工。

B、為實現有一次能頂進80m的距離，本工程擬採用下述兩項技術措施：第一、在管壁外壓注觸變泥漿，形成一定厚度的泥漿套，利用觸變泥漿的潤滑作用，以減少頂進阻力;第二、採用中繼間接力頂進技術，實行分段逐次頂進。

C、注漿減阻：壓注觸變泥漿填充管道的外周空隙，是減小地層損失控制地面沉降，減小頂進阻力實現長距離頂管的重要措施。對頂管機頭尾端的.壓漿，要緊隨管道頂進同步壓漿。為使管道外周形成的泥漿始終起到支承地層和減阻作用，在後續管道的適當點位，還必須進行跟蹤補漿，以補充在頂進中的泥漿損失量。壓漿所用設備有：①注漿泵(螺桿泵，排量1000L/min，壓力3Mpa);②攪拌器;③注漿管道(主管φ50mm鋼管，支管φ25mm);④管道閥門和壓力計。所用的觸變泥漿是由膨潤土、水和摻合劑按一定比例混合而成。施工現場按重量計的觸變泥漿配合比為：水：膨潤土=8:1，膨潤土：CMC=30:1，本工程擬購置膨潤土袋裝復合材料，在現場施工加水拌和。壓漿量為管道外圍環形空隙的1.5倍，壓注壓力根據管頂水壓力而定。

七、測量與糾偏

①頂管測量控制

測量控制網及井下測量平台的建立：開工前根據設計圖紙和業主提供的測量控制點，在工作井周圍布設一個高精度的測量控制網，設置臨時水準點。按設計要求在地面定出管道中心線，並在工作井的兩端放設中心線樁，並按照設定的管道中心線和工作井井位建立地面與地下測量控制系統。控制樁設在不易擾動，視線暢通便於校核的地方。

在頂進工作井內的頂管軸線上，靠近後靠背處，設置測量平台，其上設置由地面水準點引入的臨時水準點，在交接班時進行儀器高程的校對與調整。頂進軸線由設計管道中心通過經緯儀或掛垂線的方法引入井內的，並在井內布設2—3個後視點，以便相互校核。設置的井下測量平台必須穩固，不與管道、設備、後靠背接觸，不受頂管操作的影響。

②頂管軸線與標高測量

頂管方向和管軸線偏差採用激光經緯儀測定，以控制掘進機的定線準直。測量方法是將激光經緯儀設備在井下測量平台的起始點，對准設在管內測點的激光靶板，激光經緯儀發射的激光束偏離光靶中心的距離，即為頂管軸線的偏差值，但方向相反。頂管標高採用水準儀測定。

③頂管地面測量控制

頂管施工地面或多或少會產生沉降，關鍵是要隨時進行沉降觀測並採取有效的措施。一般是在頂管軸線上每間隔10米設置一組沉降觀測點進行定點定時觀測，發現有較大的沉降就應進行處理。處理方式是採取地面注漿的方式，處理面積按測量情況確定。

④頂管糾偏

管道是否沿設計管軸線頂進，是靠測量方法進行檢查，管道軸線位置偏差採用經緯儀測量檢查，管道內底高程採用水準測量。

管道在頂進過程中所發生的偏差，是通過操縱機頭內的糾偏千斤頂組來調整機頭方向完成偏差。

糾偏時應做到在頂進中糾偏，採用小角度分次逐步糾偏，做到勤測、勤糾。

⑤軸線和高程式控制制標准

執行有關規范的標准。

B. 頂管法主要工程技術

在頂管過程中，要充分考慮可能遇到的障礙，如孤石等。以往的經驗曾經有遇到障礙無法穿過而整個管道廢掉的先例，特別是小直徑管管前無法挖土時更容易出現這種情況。所以在頂管施工前，一定要弄清頂管處的地質情況。對遇到障礙時要有充分可靠的處理方案。

下面以手掘式頂管施工為例對頂管施工進行介紹。

此方法適用於軟土地層中、地下水位以上黃土地層中、地下水位以上強風岩地層中；特點是施工成本低，在頂進過程中如遇前方障礙物可立即採用人工方式排除；其缺點是頂進管徑應大於Φ800mm，否則不便於人員進出，頂進距離不宜過長。工藝流程如圖9-10 所示。

圖9-10 頂管法工藝流程圖

人工頂管施工頂管系統主要包括：千斤頂、頂鐵、後靠背、導軌、頂管管節。施工示意如圖9-11 所示。

圖9-11 頂管施工示意圖

一、施工准備

1.一般工作坑內的布置

如圖9-12 所示，頂管工作井施工，井內設集水坑，便於抽排積水，根據基底情況，可選擇原土基礎、砂礫基礎或混凝土基礎。

圖9-12 工作坑縱斷面圖

2.後靠背設置

工作井基礎設定後，根據管道走向設置後靠背。

（1）採用原土作後背時，後背牆的安裝應符合下列要求：①後背土壁鏟修平整，並使壁面與管道頂進方向垂直。②後背牆宜採用方木、型鋼、鋼板等組裝，組裝後的後背牆應有足夠的強度和剛度，其後背牆底應低於工作坑底不小於 0.5m。③後背土體壁面應與後背牆緊貼，孔隙用砂石料填塞密實。④後背牆安裝時，緊貼土體的後背材料（型鋼、預制後背、方木等）應橫放，在其前面放置立鐵，立鐵前放置橫鐵。

（2）當工作坑過長，不能用原土作後背時，應採用結構簡單、穩定可靠、就地取材、拆除方便的人工後背牆。

（3）利用已完成頂進的管段作後背時，頂力中心宜與已完工管道中心重合，頂力應小於已頂完管道的抗頂力。後背鋼板與管口間應墊緩沖材料，保護管口不受損傷。

3.導軌安裝

導軌安裝牢固與准確對管子的頂進質量有較大的影響，因此導軌安裝依據管徑大小、管道坡度、頂進方向確定，頂進方向必須平直，標高、軸線准確。

（1）導軌宜採用鐵路鋼軌。

（2）在基礎上鋪設枕木、安裝導軌。導軌用道釘固定於枕木上，兩導軌之間用拉桿控制導軌中距，拉桿間距 1.5～2m。

（3）導軌軌面應高於該處管道外底的高程，其坡度應與管道坡度一致。兩導軌應平行、等高。

（4）枕木截面不小於 150mm×150mm。

（5）兩根導軌應順直。

4.工作平台安裝

（1）頂管工作坑開挖與支護完成後進行工作平台安裝。

（2）工作平台承重主梁根據靜載、活載及其他附加荷載計算選用，主梁兩端伸出工作坑外，一般不小於 1.2m並放於枕木上。

（3）平台開口的長度宜大於管節長度0.4m，寬度宜大於管外徑0.4m。

（4）根據頂進設備和混凝土管的重量，選擇起重設備，並確定豎向提升和水平運輸的支撐架形式。

（5）起重支架安裝在鎖口圈樑上，宜與防護棚結合成一體，並安裝牢固。

（6）工作坑必須設置有護欄的工作鋼梯。

5.頂鐵安裝

（1）頂鐵一般採用鑄鋼件或型鋼焊接成型，具有足夠的剛度，頂鐵上需有吊環（吊孔）及鎖定裝置。

（2）頂鐵放置在管道兩側，且頂鐵中心線應與管道中心線平行、對稱直順。

（3）更換頂鐵時，先使用長頂鐵，以減少頂鐵連接次數。

（4）頂鐵與管口之間安裝緩沖襯墊。在頂力作用下，管節承壓面應力接近設計頂鎬壓力強度時，應使用U形或環形頂鐵等工具，減少管節承壓面應力。

6.頂進設備安裝

（1）安裝前應對高壓油泵、千斤頂、液壓管路控制系統、壓力表等進行檢查標定，設備完好方可安裝。

（2）根據頂管坑的施工設計，安裝高壓油泵、管路及控制系統。油泵設置在千斤頂附近；油管應順直、轉角少；油泵應與千斤頂相匹配，並應有備用油泵；油泵安裝完畢應進行試運轉。

（3）千斤頂的油路應並聯，每台千斤頂應有獨立的進油、退油控制系統。

（4）千斤頂受力中心宜位於管口總高的 1/4 左右處，且不小於組裝後背高度的 1/3。

（5）千斤頂宜固定在支架上，並與管道中心的垂線對稱，其合力的作用點應在管道中心的垂直線上。

（6）當千斤頂多於一台時，宜取偶數，且其規格宜相同；當規格不同時，其行程應同步，並應將同規格的千斤頂對稱布置。

（7）對全部設備進行檢查並經過試運轉合格方可開始頂進。

7.注意

頂管工作坑四周必須採用圍護措施，採用彩鋼瓦圍護，雨帆布防護，並設醒目警示標牌。頂進時，過往車輛應減速慢行，且禁止大噸位、重載車輛通行。

二、挖土與頂進

工作坑內設備安裝完畢，經檢查各部處於良好正常狀態，即可進開挖和頂進。

首先將管子下到導軌上，就位以後，裝好頂鐵，校測管中心和管底標高以便符合設計要求，即可進行管前端挖土。

1.拆除洞口封門

機頭及首節管空頂就位後，拆除洞口封門。採用鋼木支架、立板密撐時，應採取措施保持洞口上方支撐穩固。採用沉井、地下連續牆，應先拆除內側的臨時封門，再拆除井壁外側的封門或其他的封堵措施。在不穩定土層中頂管時，封門拆除後應將工具管立即頂入土層內。應有防止流動性土或地下水由洞口進入工作坑的措施。

2.挖土與運土

管前挖土是保證頂進質量及地上構築物安全的關鍵，管前挖土的方向和開挖形狀，直接影響頂進管位的准確性，因此管前周圍挖土應嚴格控制。在一般頂管地段，土質良好，可超越管端開挖300～500mm；在土質不好的地段，最大不得超過管端 300mm。在鐵路道軌下不得超越管端以外 100mm，並隨挖隨頂，在道軌以外最大不得超過 300mm，同時應遵守其管理單位的有關規定。在土層比較穩定的情況下，管頂以上最大超挖量宜控制在15mm以內，管道下部 135°范圍內不得超挖。

安裝管帽：在土層鬆散或有流沙的地段頂管時，為了防止土方坍落，保證安全和便於挖土操作，在第一節管前端可安裝管帽（帽檐伸出的長度取決於土質）。將管帽頂入土中後便可在帽檐下挖土。

管前挖出的土應及時外運，大管徑可採用手推車推運，管徑較小時，採用雙筒卷揚機牽引小車出土。土運至管外，再用工作平台上的搖頭扒桿吊到平台上，然後運出坑外。

3.頂進

頂進利用千斤頂頂出鎬在後背不動的情況下將頂進管子推向前進，其操作過程如下：①安裝好頂鐵、擠牢，管前端已挖一定長度土後，啟動油泵，千斤頂進油，活塞伸出一個工作行程，將管子推向一定距離；②停止油泵，打開控制閥，千斤頂回油，活塞縮回；③添加頂鐵，重復上述操作，直至需要安裝下一節管子為止。

頂進注意事項：

（1）頂進時應遵照「先挖後頂，隨挖隨頂」的原則。應連續作業，避免中途停止，造成阻力增大，增加頂進困難。

（2）首節管子頂進的方向和高程關繫到整段頂進質量，應勤測量，勤檢查及時校正偏差。

（3）安裝頂鐵應平順，無歪斜扭曲現象，每次回收活塞加放頂鐵時，應換用可能安放的最長頂鐵，使連接的頂鐵數目為最少。

（4）頂進過程中，發現管前土方坍塌或油泵壓力表指針驟然增大等情況，應立即停止頂進，查明原因，排除故障後再繼續頂進。

三、注觸變泥漿

頂進過程中，在管節四周注觸變泥漿，減少摩擦阻力和防止土層坍塌。

1.觸變泥漿的配置

觸變泥漿的配置主要是由膨潤土、外加劑、水充分攪拌而成。調整純鹼用量，使漿液pH 值控制在8～10。外加劑主要有純鹼、燒鹼、氨鹽、高效潤滑劑、防塌劑等，根據實際情況選擇品種及摻量。

2.注漿孔的布置

注漿孔的布置宜按管道直徑的大小確定，每個斷面可設置 3～5個，均勻布置，並具備排氣功能；相鄰斷面上的注漿孔可平行布置或交錯布置。

3.注漿作業

注漿前，通過注水檢查注漿設備，確認設備正常後方可灌注。

注漿用注漿泵進行。輸漿管宜用鋼管或高壓膠管，布設至注漿孔口，每個注漿孔宜安裝閥門。注漿遇有機械故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時，經處理後，方可繼續注漿。

注漿壓力從0.1Mpa開始加壓，在注漿過程中的注漿流量、壓力等施工參數，應按減阻及控制地面變形的量測資料調整。

注漿通常從頂管的第一節向後進行，待頂進數米後，改從後端依次向前進行補漿。

注漿量宜按管道與周圍土層之間月牙形間隙的 1～2倍估算。

4.背後注漿

頂進結束後，應進行觸變泥漿的置換（背後注漿）：①可採用水泥砂漿或粉煤灰水泥砂漿從注漿孔注入；②拆除注漿孔管後，應用水泥砂漿將注漿孔封閉嚴密。

四、測量和誤差的校正

1.測量

頂管中線和水準點引入工作坑內，控制導軌、頂管機安裝位置和頂進方向及高程。

頂進時，每頂一定距離測量一次，第一節管子測量間距應縮短。校正時，每頂進一鎬即測量一次。

2.頂進偏差的校正

頂進過程中發現管位偏差 10mm 左右時，即應進行校正，糾偏校正應緩緩進行，使管子逐漸復位，不得猛糾硬調。校正方法一般採用：

（1）挖土校正法：偏差值為 10～20mm 時採用此法。即管子偏向設計中心左側時，可在管子中心右側適當超挖，而在偏向一側不超挖，使管子在繼續頂進中逐漸回到設計位置。

（2）頂木校正法：偏差較大時或採用挖土校正法無效時，可用圓木或方木，一端頂在管子偏向一側的內管壁上，另一端支撐在墊有木板的管前土層上，開動千斤頂，利用頂木產生的分力，使管子得到校正。

五、沉降觀測及控制

頂管過程中，因開挖正面土體鬆弛、糾偏對管道周圍空隙填充不足、管道與土層摩擦等原因均會引起地面沉降，因此，施工時必須設置沉降觀測點，加強沉降觀測。