人工掘进法顶管施工

二、人工掘进法顶管施工

（一）、 人工顶管顶力的计算：

对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。

根据经验公式： P=n P0

其中：P——总顶力

n——土质系数。

土质系数取值可根据以下两种情况选取：

（1） 土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～2.0。

（2） 土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。取n 为2.0。P0——为顶进管子全部自重。顶进的每节管自重约为2 吨，最长段以60 米计，每节管长2 米，共要顶进33.5 节管，则P0＝2*33.5＝60 吨。则总的顶力为：P=n P0 ＝2.0*60＝120 吨考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3 倍左右的储备能力，设备顶进应力为156 吨, 取总的顶力F＝200 吨，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应为100 吨。

对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。

根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。

⑴工具管正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2 时表明土质较好。F1=S1×K1

其中

F1--顶管正阻力(t)

S1--顶管正面积(m2)

K1--顶管正阻力系数(t/m2)

F1=S1×K1=πr2×K1＝3.14*0.85*0.85*35＝79.40 吨

⑵管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2 之间。F2=S2×K2

其中

F2—顶管侧摩擦力（t）

S2—顶管侧面积（m2）

K2—顶管侧阻力系数（t/m2）

F2=S2×K2=πDL×K2=3.14*1.7*60*0.5=160.14 吨

顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度按最长管段60 米计算，总顶力：F=F1+F2≈239.54 吨

因此，取总的顶力F＝300 吨，选用两个150 吨的千斤顶作为顶进动力设备。

（二）、 顶管工作井内设备安装

导轨安装。严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。

1、由于工作井底板浇注砼，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。

2、严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。

3、导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度采用2～3m，间距设置为60cm。

4、导轨必须直顺。严格控制导轨的高程和中心。

下管、顶进、出土和挖土设备：

采用电动卷扬机下管，用千斤顶、高压油泵作为顶进设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出土设备，用空气压缩机带风镐机作为挖土设备。

照明设备：井内使用电压不大于12V 的低压照明。

通风设备：人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。

风量的计算：

1、按洞内同时工作的最多人数计算：

Q=k×m×q

式中：Q－所需风量，m3/min;

k－风量备用常用系数，常取k=1.1～1.2

m－洞内同时工作的最多人数

q－洞内每人每分钟需要新鲜空气量，通常按3m3/min 计算。

现管内有两人工作，一人开挖，一人负责运余泥，取k=1.1,m=2, Q=k×m×q=1.1×2×3=6.6 m3/min

2、漏风计算

Q 供＝P×Q

式中：Q－计算风量

则有

P－漏风系数

采用Ф200PVC 管，每百米漏风率一般可控制在2％以下。取P＝1.02，则Q 供＝P×Q＝6.6×1.02＝6.73 m3/min

取风量大于7000L/min 离心鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备则可以满足要求。

工作棚架：作为防雨及安装吊运设备。工作坑上设活动式工作平台，平台用20#工字钢梁。在工作平台上设起重架，井旁边装置电动卷扬机。

（三）、引入测量轴线及水准点

将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线。

将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。

（四）、下管

下管前，要严格检查管材，不合格的严禁使用。

第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校合导轨安装的准确性。

要安装户口铁或弧形顶铁保护管口。

（五）、千斤顶和顶铁的安装

千斤顶是掘进顶管的主要设备，由前面顶力计算可知,本工程最长管段的顶力为300吨.拟采用2 台150 吨液压千斤顶。

千斤顶的高程及平面位置：千斤顶的工作坑内的布置采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施 工经验，采用机械挖运土方，管上部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4~1/5 处为宜。

安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。

每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。

顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。

（六）、顶进施工

工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管 节，再次测量标高，确定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。顶进施工时，主要利用风镐在 前取土，千斤顶出镐在后背不动的情况下将污水管向前顶进，其操作过程如下：

（1）安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，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，活塞回缩。

（3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

（4）卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证接口缝隙和受力均匀，保证管与管之间的连接安全。

（七）、顶进施工中的重点工序

A、测量

1、测量次数：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm 时，测量一次。

2、中心测量：根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。

3、高程测量：使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校***水准点，提高精度。

4、一个管段顶完后，应对中心和高程再作一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。

B、纠偏：

当测量发现偏差在10～20mm 时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。

当偏差大于20mm 时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。

C、管前挖土要求

1、在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。

2、在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135 度范围内，不得超挖。

D、 接口的处理：由于顶管的管材为F 型接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比（重量比）为：膨胀水泥：砂：水=1:1:0.3,随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。

（八）、工作井内管道施工

管道完成后，按设计图在井内用砖砌筑检查井，井内外批防水砂浆。待砂浆达到一定强度后，回填石屑至管顶面，用水冲实。

（九）、遇到流砂时的施工技术措施

顶进时若遇到流砂较多，且流砂流动性较强，则要在管内准备足够的砂包、稻草，用来阻挡流砂的流动。或用改装后带网格的工具头配合施工。以防万一,确保施工人员的生命安全。