顶管焊口加强方案

A. 顶管施工技术方案

顶管施工技术方案

顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。下面我为大家分享顶管施工技术方案，欢迎大家阅读浏览。

一、顶管工作原理及工艺选择

顶管工作原理：顶管施工是以顶管工作井为起始点，在工作井内安装主顶千斤顶系统提供水平推力，先将安装在导轨上的顶管机头从前墙预留的出洞口破封门推入土中，由机头导向，然后将钢筋砼管跟随机头一节一节地推向前顶进。与此同时，机头挖掘的泥土被不断排出，经水平运输至工作井，再经垂直运输至地面外运弃土。采用24小时连续施工，直至机头进入接收井回收，完成该次顶管管道铺设。

顶管工艺选择：顶管有土压平衡法、泥水平衡法及气压平衡法等多种施工方法，是由顶管工具管(机头)的功能分类而定的。应根据机头穿越的土层性质和地下水情况等因素，选择合适的顶管机头。顶管机头安装在管道的前端，它具有控制顶管方向、挖掘和防止坍方等功能，其外形和尺寸与管节相近。本工程拟选择泥水平衡平衡机头。

二、设备配置和安装

(1)井内顶推设备

1、主顶千斤顶：每套顶进总站配置3台300t油压千斤顶，其中1台备用。

2、组合支架：主顶千斤顶固定在组合支架上，按管道截面左右对称布置。

3、油泵：为保证油压千斤顶行程同步，共同作用，采用1台电动高压油泵形成并联油路向千斤顶供油压。每个千斤顶均备有独立的控制阀。

4、后座承压壁：主顶油缸提供水平推力将管道在土层中向前推进，其反推力作用在后座钢构件上并传递扩散到工作井后壁上。后座结构采用50mm厚钢板(重约2t)，和厚50cm砼墙体组成。后座与工作井后壁之间垫一层5cm厚木板，这样即可将2台油缸的集中顶力传递扩散到工作井壁上。

5、顶铁和分压环：分压环外径、内径与钢筋砼管一致，其长度为50cm，二台主顶油缸的顶推力作用在分压环上，分压环再均匀扩散传递到砼管的后端面。环形顶铁的结构与分压环一样，它的作用是由于油缸的一次行程不足以将一节砼管推顶到位，需要将油缸收回后，在分压环与油缸之间加垫该顶铁结构，然后利用油缸的第二次行程再推，这样反复多次即可将一节大大超过油缸行程长度的砼管推顶到位。本工程1.0m长度的顶铁各两件，采用20cm厚钢板加工而成，重量约1t。

6、中继间的设置及位置

A、 Ø800中继站由10个30T的液压千斤顶组成，总顶力为300t，伸缩量均为30cm，中继间在管道上的分段安放位置，可通过顶进阻力计算确定。

B、 按常规，由于机头前方迎面阻力和管道外壁阻力等不确定因素太多，为留有较大的安全顶力储备，因此第一号中继间应尽量设置在距机头比较近的位置处，一般设置在距机头20m处附近(，后面的中继间再按一定长度布置。本工程每段顶管只需设置一座中继间，即1#中继站。

三、顶管工具管安装

顶管机头维修调试好，运到现场后，被吊放到工作井内导轨上。检查测定机头与轨道是否平衡、吻合，机头的前后端中心方向和相对高差小于2mm，然后对机头的油路、泥浆和操纵系统等设备进行逐一连接，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确，并对各系统进行认真检查和试运行。

四、工作井地面设施

1、膨润注浆系统：包括膨润土拌合池、压浆泵、管道等。对于长距离顶管，泥浆泵的泵压能力要求更高，压力不得低于3Mpa。

2、弃土泥浆池：采用泥水平衡，井上地面需设置弃土泥浆池。弃土泥浆经过泥浆泵送入泥浆车运到政府指定地点排放。沉淀池设置两个连在一起的循环过滤池。单个泥浆池内空尺寸为长10m，宽5m, 高度为2m,四周井壁采用750mm砖砌墙体，采用Mu100的砖，M10水泥砂浆砌筑，内外抹20mm厚的水泥砂浆;井底采用30cm厚的C15混凝土基础底板。

3、蓄水池：采用泥水平衡，机头前方需要大量水供高压水破土，需在地面上建造一蓄水池，蓄水池内空尺寸为长5m，宽5m, 高度为2m,四周井壁采用750mm砖砌墙体，采用Mu100的砖，M10水泥砂浆砌筑，内外抹20mm厚的水泥砂浆;井底采用20cm厚的C15混凝土基础底板。

4、高压油泵站：包括高压油泵、油管、油箱、限压阀、溢流阀和压力表等指示保护装置。选用1台50Mpa高压油泵，液压系统设备安装完毕后要进行试车，使用过程中定时检修维护，及时排除故障。

5、空压站：是向管道内及机头供气，以确保管道内工作人员的呼吸安全和气仓内带压条件。由空压机生产压缩空气，通过净化后输入管道内。采用1台3m3的空压机。

6、泥浆站：包括压浆泵、搅拌机、泥浆池、管道、压力表和阀门等，用以向管道内供应减阻泥浆。共配置1台压浆泵(0.8Mpa)。

7、起重设备：选用一台25吨汽车式起重机。

五、顶管出洞

当井内、井外的准备工作全部完成后，可将机头吊放到井内导轨上，调整好方向，开始顶管的出洞，工作井壁前墙有机头及管道出洞的预留洞口。由于地下水位比较丰富，为防止井外水土从预留洞口与机头外壁之间的缝隙流入工作井内，预留孔洞与管道间取消常规的密封装置而改用动密封装置。

1、洞口密封结构：出洞口密封结构的作用是阻止在顶管过程中泥水从管节与洞口间的间隙流入井内。由于地下水位较高，改一般性的密封结构

根据管道中心线与井壁预留孔的位置，制作一个双层钢结构的内套环，套环内圈设有多层橡胶止水带，止水带之间填充黄油，套环安装在预留孔与管节之间，外围焊接在孔的预埋钢板上，内圈橡胶紧贴管节。

2、破墙的出洞：当机头前端进入洞口密封圈后，即可破墙出洞。工作井预留洞口已用钢封门临时封堵，在顶前采用气割按水平方向一点点地将封门割除，然后将机头推进，切入土体中，随后即可进行正常顶管施工。为保证顶管机头出洞的万无一失，除采用大管径井点外，应事先对洞口周围一定范围内的土体进行双液注浆压密，更有效地防止外侧的水土进入工作井。双液注浆压密范围为：长2m×宽4m×深6m。

3、方向监测：顶管出洞方向控制得好，整条管道才有可能顶好，顶管出洞不好，整条管道都难于顶好，故必须严格控制顶管出洞精度，采用跟踪测量，随时调整机头出洞的方向及高程偏差。

六、顶进施工

A、当工具管顶入沉井前壁外的土体后，留其尾部约30cm长搁置在导轨上，收回千斤顶活塞杆，卸走顶铁，安装管节和分压环，开始进行管道的顶进施工。

B、为实现有一次能顶进80m的距离，本工程拟采用下述两项技术措施：第一、在管壁外压注触变泥浆，形成一定厚度的泥浆套，利用触变泥浆的润滑作用，以减少顶进阻力;第二、采用中继间接力顶进技术，实行分段逐次顶进。

C、注浆减阻：压注触变泥浆填充管道的外周空隙，是减小地层损失控制地面沉降，减小顶进阻力实现长距离顶管的重要措施。对顶管机头尾端的.压浆，要紧随管道顶进同步压浆。为使管道外周形成的泥浆始终起到支承地层和减阻作用，在后续管道的适当点位，还必须进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失量。压浆所用设备有：①注浆泵(螺杆泵，排量1000L/min，压力3Mpa);②搅拌器;③注浆管道(主管φ50mm钢管，支管φ25mm);④管道阀门和压力计。所用的触变泥浆是由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成。施工现场按重量计的触变泥浆配合比为：水：膨润土=8:1，膨润土：CMC=30:1，本工程拟购置膨润土袋装复合材料，在现场施工加水拌和。压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定。

七、测量与纠偏

①顶管测量控制

测量控制网及井下测量平台的建立：开工前根据设计图纸和业主提供的测量控制点，在工作井周围布设一个高精度的测量控制网，设置临时水准点。按设计要求在地面定出管道中心线，并在工作井的两端放设中心线桩，并按照设定的管道中心线和工作井井位建立地面与地下测量控制系统。控制桩设在不易扰动，视线畅通便于校核的地方。

在顶进工作井内的顶管轴线上，靠近后靠背处，设置测量平台，其上设置由地面水准点引入的临时水准点，在交接班时进行仪器高程的校对与调整。顶进轴线由设计管道中心通过经纬仪或挂垂线的方法引入井内的，并在井内布设2—3个后视点，以便相互校核。设置的井下测量平台必须稳固，不与管道、设备、后靠背接触，不受顶管操作的影响。

②顶管轴线与标高测量

顶管方向和管轴线偏差采用激光经纬仪测定，以控制掘进机的定线准直。测量方法是将激光经纬仪设备在井下测量平台的起始点，对准设在管内测点的激光靶板，激光经纬仪发射的激光束偏离光靶中心的距离，即为顶管轴线的偏差值，但方向相反。顶管标高采用水准仪测定。

③顶管地面测量控制

顶管施工地面或多或少会产生沉降，关键是要随时进行沉降观测并采取有效的措施。一般是在顶管轴线上每间隔10米设置一组沉降观测点进行定点定时观测，发现有较大的沉降就应进行处理。处理方式是采取地面注浆的方式，处理面积按测量情况确定。

④顶管纠偏

管道是否沿设计管轴线顶进，是靠测量方法进行检查，管道轴线位置偏差采用经纬仪测量检查，管道内底高程采用水准测量。

管道在顶进过程中所发生的偏差，是通过操纵机头内的纠偏千斤顶组来调整机头方向完成偏差。

纠偏时应做到在顶进中纠偏，采用小角度分次逐步纠偏，做到勤测、勤纠。

⑤轴线和高程控制标准

执行有关规范的标准。

B. 顶管法主要工程技术

在顶管过程中，要充分考虑可能遇到的障碍，如孤石等。以往的经验曾经有遇到障碍无法穿过而整个管道废掉的先例，特别是小直径管管前无法挖土时更容易出现这种情况。所以在顶管施工前，一定要弄清顶管处的地质情况。对遇到障碍时要有充分可靠的处理方案。

下面以手掘式顶管施工为例对顶管施工进行介绍。

此方法适用于软土地层中、地下水位以上黄土地层中、地下水位以上强风岩地层中；特点是施工成本低，在顶进过程中如遇前方障碍物可立即采用人工方式排除；其缺点是顶进管径应大于Φ800mm，否则不便于人员进出，顶进距离不宜过长。工艺流程如图9-10 所示。

图9-10 顶管法工艺流程图

人工顶管施工顶管系统主要包括：千斤顶、顶铁、后靠背、导轨、顶管管节。施工示意如图9-11 所示。

图9-11 顶管施工示意图

一、施工准备

1.一般工作坑内的布置

如图9-12 所示，顶管工作井施工，井内设集水坑，便于抽排积水，根据基底情况，可选择原土基础、砂砾基础或混凝土基础。

图9-12 工作坑纵断面图

2.后靠背设置

工作井基础设定后，根据管道走向设置后靠背。

（1）采用原土作后背时，后背墙的安装应符合下列要求：①后背土壁铲修平整，并使壁面与管道顶进方向垂直。②后背墙宜采用方木、型钢、钢板等组装，组装后的后背墙应有足够的强度和刚度，其后背墙底应低于工作坑底不小于 0.5m。③后背土体壁面应与后背墙紧贴，孔隙用砂石料填塞密实。④后背墙安装时，紧贴土体的后背材料（型钢、预制后背、方木等）应横放，在其前面放置立铁，立铁前放置横铁。

（2）当工作坑过长，不能用原土作后背时，应采用结构简单、稳定可靠、就地取材、拆除方便的人工后背墙。

（3）利用已完成顶进的管段作后背时，顶力中心宜与已完工管道中心重合，顶力应小于已顶完管道的抗顶力。后背钢板与管口间应垫缓冲材料，保护管口不受损伤。

3.导轨安装

导轨安装牢固与准确对管子的顶进质量有较大的影响，因此导轨安装依据管径大小、管道坡度、顶进方向确定，顶进方向必须平直，标高、轴线准确。

（1）导轨宜采用铁路钢轨。

（2）在基础上铺设枕木、安装导轨。导轨用道钉固定于枕木上，两导轨之间用拉杆控制导轨中距，拉杆间距 1.5～2m。

（3）导轨轨面应高于该处管道外底的高程，其坡度应与管道坡度一致。两导轨应平行、等高。

（4）枕木截面不小于 150mm×150mm。

（5）两根导轨应顺直。

4.工作平台安装

（1）顶管工作坑开挖与支护完成后进行工作平台安装。

（2）工作平台承重主梁根据静载、活载及其他附加荷载计算选用，主梁两端伸出工作坑外，一般不小于 1.2m并放于枕木上。

（3）平台开口的长度宜大于管节长度0.4m，宽度宜大于管外径0.4m。

（4）根据顶进设备和混凝土管的重量，选择起重设备，并确定竖向提升和水平运输的支撑架形式。

（5）起重支架安装在锁口圈梁上，宜与防护棚结合成一体，并安装牢固。

（6）工作坑必须设置有护栏的工作钢梯。

5.顶铁安装

（1）顶铁一般采用铸钢件或型钢焊接成型，具有足够的刚度，顶铁上需有吊环（吊孔）及锁定装置。

（2）顶铁放置在管道两侧，且顶铁中心线应与管道中心线平行、对称直顺。

（3）更换顶铁时，先使用长顶铁，以减少顶铁连接次数。

（4）顶铁与管口之间安装缓冲衬垫。在顶力作用下，管节承压面应力接近设计顶镐压力强度时，应使用U形或环形顶铁等工具，减少管节承压面应力。

6.顶进设备安装

（1）安装前应对高压油泵、千斤顶、液压管路控制系统、压力表等进行检查标定，设备完好方可安装。

（2）根据顶管坑的施工设计，安装高压油泵、管路及控制系统。油泵设置在千斤顶附近；油管应顺直、转角少；油泵应与千斤顶相匹配，并应有备用油泵；油泵安装完毕应进行试运转。

（3）千斤顶的油路应并联，每台千斤顶应有独立的进油、退油控制系统。

（4）千斤顶受力中心宜位于管口总高的 1/4 左右处，且不小于组装后背高度的 1/3。

（5）千斤顶宜固定在支架上，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。

（6）当千斤顶多于一台时，宜取偶数，且其规格宜相同；当规格不同时，其行程应同步，并应将同规格的千斤顶对称布置。

（7）对全部设备进行检查并经过试运转合格方可开始顶进。

7.注意

顶管工作坑四周必须采用围护措施，采用彩钢瓦围护，雨帆布防护，并设醒目警示标牌。顶进时，过往车辆应减速慢行，且禁止大吨位、重载车辆通行。

二、挖土与顶进

工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好正常状态，即可进开挖和顶进。

首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高以便符合设计要求，即可进行管前端挖土。

1.拆除洞口封门

机头及首节管空顶就位后，拆除洞口封门。采用钢木支架、立板密撑时，应采取措施保持洞口上方支撑稳固。采用沉井、地下连续墙，应先拆除内侧的临时封门，再拆除井壁外侧的封门或其他的封堵措施。在不稳定土层中顶管时，封门拆除后应将工具管立即顶入土层内。应有防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑的措施。

2.挖土与运土

管前挖土是保证顶进质量及地上构筑物安全的关键，管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性，因此管前周围挖土应严格控制。在一般顶管地段，土质良好，可超越管端开挖300～500mm；在土质不好的地段，最大不得超过管端 300mm。在铁路道轨下不得超越管端以外 100mm，并随挖随顶，在道轨以外最大不得超过 300mm，同时应遵守其管理单位的有关规定。在土层比较稳定的情况下，管顶以上最大超挖量宜控制在15mm以内，管道下部 135°范围内不得超挖。

安装管帽：在土层松散或有流沙的地段顶管时，为了防止土方坍落，保证安全和便于挖土操作，在第一节管前端可安装管帽（帽檐伸出的长度取决于土质）。将管帽顶入土中后便可在帽檐下挖土。

管前挖出的土应及时外运，大管径可采用手推车推运，管径较小时，采用双筒卷扬机牵引小车出土。土运至管外，再用工作平台上的摇头扒杆吊到平台上，然后运出坑外。

3.顶进

顶进利用千斤顶顶出镐在后背不动的情况下将顶进管子推向前进，其操作过程如下：①安装好顶铁、挤牢，管前端已挖一定长度土后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离；②停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞缩回；③添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

顶进注意事项：

（1）顶进时应遵照“先挖后顶，随挖随顶”的原则。应连续作业，避免中途停止，造成阻力增大，增加顶进困难。

（2）首节管子顶进的方向和高程关系到整段顶进质量，应勤测量，勤检查及时校正偏差。

（3）安装顶铁应平顺，无歪斜扭曲现象，每次回收活塞加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。

（4）顶进过程中，发现管前土方坍塌或油泵压力表指针骤然增大等情况，应立即停止顶进，查明原因，排除故障后再继续顶进。

三、注触变泥浆

顶进过程中，在管节四周注触变泥浆，减少摩擦阻力和防止土层坍塌。

1.触变泥浆的配置

触变泥浆的配置主要是由膨润土、外加剂、水充分搅拌而成。调整纯碱用量，使浆液pH 值控制在8～10。外加剂主要有纯碱、烧碱、氨盐、高效润滑剂、防塌剂等，根据实际情况选择品种及掺量。

2.注浆孔的布置

注浆孔的布置宜按管道直径的大小确定，每个断面可设置 3～5个，均匀布置，并具备排气功能；相邻断面上的注浆孔可平行布置或交错布置。

3.注浆作业

注浆前，通过注水检查注浆设备，确认设备正常后方可灌注。

注浆用注浆泵进行。输浆管宜用钢管或高压胶管，布设至注浆孔口，每个注浆孔宜安装阀门。注浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后，方可继续注浆。

注浆压力从0.1Mpa开始加压，在注浆过程中的注浆流量、压力等施工参数，应按减阻及控制地面变形的量测资料调整。

注浆通常从顶管的第一节向后进行，待顶进数米后，改从后端依次向前进行补浆。

注浆量宜按管道与周围土层之间月牙形间隙的 1～2倍估算。

4.背后注浆

顶进结束后，应进行触变泥浆的置换（背后注浆）：①可采用水泥砂浆或粉煤灰水泥砂浆从注浆孔注入；②拆除注浆孔管后，应用水泥砂浆将注浆孔封闭严密。

四、测量和误差的校正

1.测量

顶管中线和水准点引入工作坑内，控制导轨、顶管机安装位置和顶进方向及高程。

顶进时，每顶一定距离测量一次，第一节管子测量间距应缩短。校正时，每顶进一镐即测量一次。

2.顶进偏差的校正

顶进过程中发现管位偏差 10mm 左右时，即应进行校正，纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调。校正方法一般采用：

（1）挖土校正法：偏差值为 10～20mm 时采用此法。即管子偏向设计中心左侧时，可在管子中心右侧适当超挖，而在偏向一侧不超挖，使管子在继续顶进中逐渐回到设计位置。

（2）顶木校正法：偏差较大时或采用挖土校正法无效时，可用圆木或方木，一端顶在管子偏向一侧的内管壁上，另一端支撑在垫有木板的管前土层上，开动千斤顶，利用顶木产生的分力，使管子得到校正。

五、沉降观测及控制

顶管过程中，因开挖正面土体松弛、纠偏对管道周围空隙填充不足、管道与土层摩擦等原因均会引起地面沉降，因此，施工时必须设置沉降观测点，加强沉降观测。