① 什么是 敞开式管道顶进
敞开式顶管法是一种不同于常用的普通式顶管法和挤压式顶管法的顶管技术，通过敞开式顶管法与挤压顶管法的有关计算对比和工程实践，阐述该技术在地下管道穿越土质路堤施工中的优越性。
顶管法是指，隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。
在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。
顶管法特别适于修建穿过已成建筑物、交通线下面的涵管或河流、湖泊。顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。
② 顶管法施工工艺
顶管法敷管的施工工艺类型很多，按照开挖工作面的施工方法，可以分为敞开式和封闭式两种。
一、敞开式施工工艺
敞开式施工工艺一般适用于土质条件稳定，无地下水干扰，工人可以进入工作面直接挖掘而不会出现大塌方或涌水等现象。因其工作面常处于开放状态，故也称为开放式施工工艺。
根据工具管的不同可分为手掘式、挤压式、机械开挖式、挤压土层式掘进顶管。
1.手掘式顶管
手掘式顶管机也即是非机械的开放式（或敞口式）顶管机，适用于能自稳的土体中。在顶管的前端装有工具管，施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层，破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲击锤等。如果在含水量较大的砂土中，需采用降水等辅助措施。
工人可以直接进入工作面挖掘，施工人员可随时观察土层与工作面的稳定状态，造价低、便于掌握，但效率低，必须将水位降低至管基以下0.5m后，方可施工。当土质比较稳定的情况下，首节管可以不带前面的管帽，直接由首节管作为工具管进行顶管施工，也是常用的一种顶管施工方法，也称为人工掘进顶管。手掘式顶管施工示意如图9-1 所示。
图9-1 手掘式顶管施工示意图
2.挤压式掘进顶管
挤压式掘进顶管一般适用于大中口径的管道，对潮湿、可压缩的黏性土、砂性土较为适宜。该方法设备简单、安全，又避免了挖装土的工序，比人工挖掘提高效率 1～2倍。它是将工作面用胸板隔开后，在胸板上留有一喇叭口形的锥筒，当顶进时将土体挤入喇叭口内，土体被压缩成从锥筒口吐出的条形土柱。待条形土柱达到一定长度后，再用钢丝将其割断，由运土工具吊运至地面。其结构形式如图9-2 所示。
图9-2 挤压式顶
3.机械开挖式顶管
机械开挖式顶管是在工具管的前方装有由电动机驱动的刀盘钻进挖土，被挖下来的土体由皮带运输机运出，从而代替了人工操作。一般适用于无地下水干扰、土质稳定的黏性土或砂性土层。其结构形式如图9-3 所示。
图9-3 机械开挖式顶管
4.挤压土层式顶管
挤密土层式顶管前端的工具管可分为锥形和管帽形，仅适用于潮湿的黏土、砂土、粉质黏土，顶距较短的小口径钢管、铸铁管，且对地面变形要求不甚严格的地段。这种工具管安装在被顶管道的前方，顶进时，工具管借助千斤顶的顶力将管子直接挤入土层里，管子周围的土层被挤密实，常引起地面较大的变形。其结构形式如图9-4 所示。
图9-4 挤压土层式顶管
二、封闭式施工工艺
封闭式施工工艺一般适用于土质不稳定、地下水位高，工人不能直接进行开挖的施工条件。为防止工作面塌方、涌水对人身造成危害，常将机头前端的挖掘面与工人操作室之间用密封舱隔开，并在密封舱内充入空气、泥浆、泥水混合物等，借助气压、土压、泥水混合物的压力支撑开挖面，以达到稳定土层、防止塌方、涌水以及控制地面沉降的目的。
1.水力掘进顶管法
水力掘进顶管的挖土是利用高压水枪的射流将顶进前方的土冲成泥浆，再通过泥浆管道输送至地面储泥场。整个工作是由装在混凝土管前端的工具管来完成的，其结构形式如图9-5 所示。
工具管的前端为冲泥舱。掘进时，先开动千斤顶，由刃脚将土切入冲泥舱，然后用人工操纵水枪操作把，将土冲成泥浆。泥浆经过格栅进入真空室由泥浆管吸入工作坑，再由泥浆泵排至储泥场。冲泥舱是完全密封的，其上设有观察孔和小密封门，用于操作和维修。
管道的掘进方向由中间部位的校正管控制。工具管的后端是气闸室。气闸室是作为维修人员进出高压区时的升压和降压之用。当前端工具管出现故障时，维修人员可通过小密封门进入冲泥舱，为防止小密封门打开后涌入大量泥水，可先封闭气闸室，经升压后再进行操作，保证气压和泥水压力的平衡。维修完毕后，再逐渐降压，恢复正常掘进。
图9-5 水力掘进顶管机示意图
1—刃脚、2—格栅、3—水枪、4—吸气格栅、5—水枪操作把、6—胸板、7—吸泥管进口、8—吸泥管、9—水平铰、10—垂直铰链、11—上下纠偏油缸、12—左右纠偏油缸、13—气闸门、14—大水密门、15—小水密门
水力切削式机头生产效率高，其冲土、排泥连续进行，可改善劳动条件，减轻劳动强度，但需耗用大量的水，且需要有较大的存泥浆场地，故在某些缺水地区受到限制。
2.土压平衡式顶管法
土压平衡就是将刀盘切削下来的土、砂中注入流动性和不透水性的“作泥材料”，然后在刀盘强制转动、搅拌下，使切削下来的土变成流动性的、不透水的特殊土体使之充满密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。此法的密封舱设置在工具管的前方，工作人员可在密封舱外，通过操作电控开关来控制刀盘切削和顶进速度。螺旋输送器的出土量和顶进速度，应与刀盘的切削速度相配合，以保持密封舱内的土压力与开挖面的土压力始终处于平衡状态。
土压平衡式顶管法常用于含水量较高的黏性、砂性土以及地面隆陷值要求控制较严格的地区。其结构形式如图9-6 所示。
图9-6 土压平衡式顶管机示意图
1—大刀盘；2—大刀盘驱动装置；3—前壳体；4—加泥（水）装置回转接头；5—纠偏油缸组；6—刀盘驱动电动机；7—螺旋输送机驱动电动机；8—带式螺旋输送机；9—顶管操纵台；10—后壳体；11—螺旋输送机出土门装置
3.泥水平衡式顶管法
泥水平衡顶管常用于控制地面变形小于3cm，工作面位于地下水位以下，渗透系数大于 1 0～1cm/s的黏性土、砂性土、粉砂质土的作业条件。其特点是挖掘面稳定，地面沉降小，可以连续出土，但因泥水量大，弃土的运输和堆放都比较困难。
此法和土压平衡式顶管法一样，都是在前方设有密封舱、刀盘、螺旋输送器等设备。施工时，随着工具管的推进，刀盘不停地转动，进泥管不断地进泥水，而抛泥管则不断地将混有弃土的泥水抛出密封舱。在密封舱内，常采用护壁泥浆来平衡开挖面的土压力，即保持一定的泥水压力，以此来平衡土压力和地下水压力。
管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层的性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素确定。本章将重点介绍手掘式顶管法的施工工艺。
三、顶管机类型的选择
管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建（构）筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：
（1）在黏性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施。
（2）在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法。
（3）在黏性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法。
（4）在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法。
（5）在顶进长度较短、管径小的金属管时，宜采用一次顶进的挤密土层顶管法。
合理选择顶管机的型式，是整个工程成功的关键。顶管机选型可参照表9-1。
表9-1 顶管机选型可参照表
注：表中所指地层变形量指D＝2.4m，H＝1.5D的顶管。
③ 开槽施工与顶进法施工有什么区别
开槽埋管施工属于明施，主体修建完成后的施工 顶进 也要顶管顶管施工即在地表不挖下槽沟，以液压为动力将钢管（含多节钢管）或混凝土管从A点顶至B点的施工工艺，我公司经多次工程实践，形成该施工技术。工艺特点及适用范围1、路下顶管，路上畅通；2、建筑物下顶管，不影响建筑物使用功能；3、缩短管道铺设周期，降低工程造价显著；4、设备单一，操作简便；5、本工艺所用管道的管节必须是国家定点厂家生产的合格产品；6、适用于铁路、公路及不易或不宜开挖沟槽的地下管道施工。工艺原理及工艺流程明铺管道改为以机械为动力在地表下使管道从A点转移至B点。施工准备——测量高程及轴线——挖顶管工作坑——铺顶管导轨——设置顶进后背——安装顶进设备及吊放管节——挖土顶进——测量及纠偏——再次挖土（管中土）顶进——测量循环作业直致完成。主要机械设备：吊装设备、高压油泵、大吨位千斤顶、后背桩及后背梁、导轨及出土工具、经纬仪、水平仪。机具功能及数量根据被顶进管节的直径长度及重量而定。施工要点1、顶管工作坑开挖要依照施工方案及具体环境进行，坑的长宽要视土质，被顶管节的直径、长度，机具设备，下管及出土方法而定。工作坑除安装顶管的机具设备后背、导轨、顶进管节以外，还要有利于向坑外出土和作业人员的操作。一般要求，工作坑上口前缘距路缘≥2m，安放管节后每侧要有1m的工作面，管节后侧与千斤顶之间要有利于出土的空间，在有水的环境中要设置水坑及排水设施，工作坑壁的放坡系数根据土质情况应符合要求，坑底要夯实。2、导轨由四根钢轨和若干枕木组成，枕木置在工作坑底下1/2枕木高的基土上，枕木间距800—1000mm，钢轨的长度等于工作坑底面的长度减去钢轨桩所占的位置，钢轨的间距要视被顶管节的外径而定，一般要保证管节安放后下皮高出枕木上皮20mm，千斤顶安装后要与管节的横截面有最大的接触面，钢轨安装要平直，前端抬头要有0.5-1.0%的坡度。3、顶进后背：后背的坚固与否直接影响顶管的效果，所以，后背所具有的能力必须能满足最大顶力的需要，后背由后背桩及后背梁，后背桩后面的夯实土所组成，后背桩一般以钢轨代替，埋入坑底以下1.5m左右，桩后填土分层夯实，后背桩平面垂直于顶进方向的轴线，钢制后背梁放在桩前的导轨上。顶进后背的其它组成型式有砌筑毛石的，有预制钢筋混凝土块组合的。4、安装顶进设备和管节：顶进设备由一台高压油泵和两台200—500t千斤顶组成，千斤顶安在后背梁与管节之间，管节后端和千斤顶之间有专用钢护圈及麻辨或橡胶垫对混凝土管端保护，管外壁涂石蜡做润滑剂，减少顶进摩阻力，千斤顶通过传力柱将管节顶入路基。5、挖土、顶进、测量及纠偏：设备安装后经试运转无异常即可掏土顶进，掏土视土质及管顶上部覆土厚度而掌握进尺深度，土质较密而且覆土较厚，有利于形成卸力拱，可以适当多挖，土质松散或覆土厚度较小，则要少挖，勤挖勤顶，挖土直径不可超过管节的外径。挖土及运土的工具根据管径的大小而定，内径在880—1500mm的制做专用小车，内径在1500mm以上的可用双轮小车直接出土，土的垂直运输可用吊车或电动葫芦。顶进过程要时刻测量，每一顶程过后，要对管的高程及左右偏差测量一次，发现问题及时纠偏，纠正左右偏及抬头扎头的措施，可以在管的前端设一斜撑支于管前的土壁上，结合一侧超挖土方，随顶随纠偏。前两节的衔接处，用钢板焊制的钢胀圈加固，做为防止偏差的一项措施。质量要求及安全措施质量要求：管道顶进要求平直，管的中心偏离轴线不超过3cm为优良。安全措施：1、施工前先与铁路、公路及市政的有关部门进行协调，施工方案经有关管理部门同意后方可施工。尤其是铁路路基下进行施工时，要随时和铁路部门联系，掌握过往列车的情况，线路上有列车通过时严禁挖土和顶进；2、挖土和顶进时洞内照明使用低压行灯变压器，洞内不准用明火；3、顶进时停止挖土，传力柱上和两侧不准站人，所有传力柱必须摆放顺直；4、吊装时坑内人员要做好防护措施，并有专人指挥。5、顶管长此76m时应设给风设施，防止缺氧。 齐家 专业团队 让装修像喝茶一样轻松