顶管施工工艺工法
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摘要：在管道施工中，顶管施工已经成为管道施工工艺中不可缺少的一种特殊工艺。比如穿越铁路、公路、河流等障碍物无法采用明挖施工时采用的一种特殊的管道施工法。顶管施工首先要制作工作井和接收井，井完成后开始安装吊装和顶管设备，设备安装调试完成后，开始下管掘进顶管。
关键词：顶管施工工艺工法
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
2．顶管施工工艺流程及工法
本文以手掘式顶管来阐述顶管施工的基本工艺工法。
2.1顶管施工工艺流程图(图2.1)
2.2顶管设备安装与调试(图2.2工作井布置图)
安装前，根据已知的控制点、标高，准确无误的测出进出洞口的标高和顶管的轴线，并依次测放设备的安装位置。导轨、千斤顶支架、靠背等设备必须安放准确牢固，以保证顶管的顺利进行。
A.主顶装置
主顶装置有主顶油缸、主顶油泵和操纵台及油管等四部分组成。主顶油缸是管子推进的动力,主顶油缸的压力由主顶油泵通过高压油管供给,主顶油缸的推进和回缩是通过操纵台控制的。
B.环形顶铁
环形顶铁的主要作用是把主顶油缸的推力较均匀的分布在所顶管子的断面上。
C.导轨
导轨是由两根平行的箱型钢结构焊接在轨枕上制成的。它的作用是使推进管在工作井中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土中，并让环形顶铁工作时能有一个可靠的托架。
D.后靠背
后靠背是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体。后靠背和顶管轴线必须垂直，背面如果有空隙用素砼填实。
E.油缸架
在主顶油缸架上方搭一平台，此平台上安装主顶油泵、电源箱等。接下来把油管及油泵电源接上试车。
图2.1顶管施工工艺流程图
2.3顶进与纠偏
1、待用砼管 2、顶管工具管 3、砼管节 4、洞口止水圈5、导轨
6、环形顶铁 7、主顶油缸8、主顶油泵 9、激光经伟仪10、后靠板
图2.2工作井布置图
2.3.1顶进操作工艺流程：
2.3.2管道顶进及纠偏：
顶进施工，应严格控制前5m管道的顶进偏差，其左右及高程偏差均不能超过5mm。
管道顶进中发现管道偏移要立即采取措施纠正。要依照“随偏随纠，在顶进过程中纠偏，一次纠偏量不能过大”的原则。顶进纠偏可采取调整纠偏千斤顶的办法进行编组操作，如同时有高程和方向偏差,则应先纠正偏差大的一面。发生较大偏差应分析发展趋势,采用分次逐步纠正,勤调微纠,若偏差超过质量标准,应通知停止顶进,研究有效措施,方可继续顶进。
2.4管节安装
安装管节前，应先安装好止水胶圈，在管节端面粘贴好松木衬垫，再将管节吊放在轨道上稳固好，使管节插口端正对前管的承口中心，缓缓顶入，直至两个管节端面密贴衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现损坏，应重新安装。
2.5管道接口
2.5.1顶进前应对混凝土管成品、橡胶密封圈和软土衬垫材料从尺寸、规格、性能、数量等均作详细检查,必须符合要求,顶进前还必须在现场作试安装,对不合格的砼管予以剔除。
2.5.2混凝土管接头的槽口尺寸正确,光洁平整无气泡。
2.5.3橡胶圈的外观和任何断面都必须致密均匀,无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷,橡胶圈应保持清洁,无油污，不得在阳光高温下直晒。
2.5.4衬垫板的厚度,应按设计顶力大小确定,粘贴时,凹凸口对中,环向间隙附合要求。
2.5.5插入安装前滑动部位可匀涂薄层硅油等材料,减少摩阻。
2.5.6承插时外力必须均匀,橡胶圈不移位,不反转,不露出管外,否则应拔出重装。
2.5.7顶管结束后,按设计要求在管内间隙嵌以弹性密封或水泥砂浆填料,要求与前后管口抹平。
2.6顶进挖土出土
2.6.1顶进挖土
手掘式掘进挖土应本着“勤挖、勤出、勤顶”的原则操作。
2.6.2运土、出土
管内运土采用自制斗车运输，在井内使用电动葫芦或吊车垂直运输出土。顶管出土需在现场临时堆放，稍加晾晒，即可运至永久弃土场。
2.7工具管进洞
2.7.1顶管进洞时，在接收井内予先安置枕垫和滚筒，当顶管接近封门时严禁挤压，应拆除封门后顶入接收井，当管节顶进接收井后施工技术人员应考虑工作井和接收井各留出的管节长度，以：
a尽量避免敲拆混凝土管。
b方便接口施工。
c露出的管段应小于管长的三分之一，以使管节重心继续留在土层中。
2.7.2在工具管进洞时，应严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程应为设计标高加以抛高数（其数值可根据土质情况、管径大小、工具管自身重量和顶进速度等因素设定），以抵消工具管出坑后的“磕头”而引起的误差。出现“磕头”时应迅速调整，必要时应拉出后重新顶进，但必须抓紧时间迅速完成，以减少对正面土体的扰动。为防止工具管出现“磕头”，可采用以下措施：
a在工具管后两节管子上预埋钢板，通过螺栓将工具管与其连接起来。
b 在预留孔处填入良性粘土，使导轨与预留孔底保持水平。
2.8测量监控
2.8.1前期测量：顶管前，应在工作井处设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩，测放出顶管轴线，确定导轨、后靠背的轴线位置及标高，以便顶进过程中随时复核顶管轴线和工作井位置是否移动。开顶前，准确测量掘进机中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。
2.8.2顶进测量：测量仪器固定安放在工作井的后部千斤顶架子中心，并在工作井内建立临时测量系统。顶管过程中必须按要求测量和控制管道标高和中心偏差，并作好记录。每顶进50必须测量一次管道中心的轴线和标高，发现偏差应立即采取措施纠正。记录交工程师审核确认，测量仪器随时校正，每一次交接班时必须校正仪器一次。
2.8.3竣工测量：一段管道顶完后，应立即在每节管道上选点，测量其中心位置和管底标高。根据测量结果，绘制竣工曲线，以便进行管道质量评定。测量地面的沉降，并作好记录以确定顶管施工对周围环境的影响情况。
3.顶管施工中常见问题及纠正措施
3.1顶管工程管道轴线偏差过大
A.现象:管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。
B.原因分析
1)地层正面阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差，造成管道轴线偏差。
2)顶管后背发生位移或不平整，使顶力合力线偏移，造成管道轴线偏差。
3)千斤顶不同步，或千斤顶间顶力相差较大，或安装精度不够，造成顶力合力线偏差，使管道轴线发生偏差。
C.预防措施
1)顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查，设置测力装置，指导纠偏，纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。
2)采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。
3)加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。
4)顶进过程中应随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。
D.治理方法
1)重新调整千斤顶行程、顶力、顶速，或重新调整千斤顶的安装精度。
2)对顶管后背进行加固，防止位移继续发展，并确保后背平整。
3)纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势，采取适当的纠偏量，循序渐进，切不可操之过急，适得其反。
3.2顶力突然增大
A.现象:在顶进过程中顶进压力突然增大。
B.原因分析
1)土层塌方，或工具管前端遇障碍物，使摩阻力增大。
2)管道轴线偏差形成弯曲，使摩阻力增大。
3)减阻介质，膨润泥浆配比不当或注入不及时，或注入量不足，减阻效果降低，使摩阻力增大。
4)顶进设备油泵、油缸、油路发生故障。
5)顶进施工中，因故停顶时间过久，泥浆失水后，使减阻效果降低。
C.防治措施
1)顶进过程中严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求，使管道轴线被控制在允许偏差范围之内。
2)按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，及时足量地注入泥浆。
3)顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。
4)停顶时间不能过久，发生故障应及时加以排除。
D.治理办法
发生顶力过大的情况时，应立即停止顶进，查找原因，判明情况后采取相应措施进行处理。
3.3工具管旋转
A.现象:工具管沿圆周方向旋转，使顶进操作发生困难。
B.原因分析
1)工具管前端土层软硬不均匀，使工具管受力不均匀，造成工具管向土层软的方向旋转。
2)顶进千斤顶及油路布置不合理，千斤顶之间存在着顶进时间差，使顶进合力线偏移，造成工具管旋转。
3)顶管轴线发生偏差时，纠偏量过大，使工具管发生旋转。
C.预防措施
1)遇前端土层软硬不均匀，应采取多挖硬、少挖软的办法。
2)顶进前应将千斤顶逐台调试好，要采用同种规格的油缸，并使液压泵到各千斤顶之间的距离相等，管径一致。
3)严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求。
4)工具管设置测力装置，以便测定出平衡力的大小来指导纠偏。
D.治理方法
可采用单侧配重的方法加以纠正，也可利用纠偏与旋转间的规律，配合上下方向的纠偏，造成一定的左右偏差，使工具管得到一个反向旋转的力，但是采用此方法，应注意轴线的控制，以免造成轴线偏差过大形成弯曲，给以后的施工造成困难。