手掘式顶管施工作业指导书

手掘式顶管施工作业指导书编制：孙焕斌审核：审批：中铁四局集团有限公司市政工程分公司2010-5-5目录1适用范围2作业前准备3操作工艺4质量标准5注意事项6成品保护1适用范围手掘式顶管适合在能自立的土中施工，如在粘土、亚粘土且无地下水影响时。在采取注浆或降水等辅助施工后，也可用于粉土、砂性土、砂砾土等土层中。此法不适用于岩石层，明水河床下等地质情况。采用本施工方法可敷设管径在1.0m～2.5m的给水管道、排水管道、工业地下管道，采用手掘式顶管不宜穿越重要的地面构（建）筑物。2作业前准备2.1顶管工程开工前，建设单位组织设计单位、施工单位、监理单位等相关方进行设计交底。当施工单位发现施工图有错误时，应及时向设计单位提出设计变更申请，变更申请应得到建设方和设计单位确认。2.2顶管工程开工前，施工单位应根据施工范围进行现场调查，绘制现状调查平面图，并应掌握现场以下资料：①现场地形、地貌、建筑物、各种地面地下管线和其他设施情况；②工程地质和水文地质资料；③地区气象资料；3操作工艺3.1工艺流程施工准备放线定位确定工作坑尺寸工作坑开挖坑壁支护基础及导轨安装后背安装顶管设备安装管道顶进测量与纠偏接口处理接受坑砌检查井闭水试验工作坑、接受坑回填竣工验收3.2工作坑位置及开挖尺寸确定3.2.1顶管工作坑是顶管作业现场设置的临时性设施，包括后背、导轨和基础等，工作坑是人、机械、材料较集中的活动场所，因此，选择工作坑的位置应考虑以下原则：①工作坑尽量设在沿线检查井及交汇折点、变管径检查井处；②工作坑处应便于排水、出土和交通运输，距电源、水源较近，并且具备堆放少量管材和暂存土的用地；③工作坑应尽量远离建筑物或对其易于采取安全保护措施处。3.2.2顶管坑开挖尺寸确定工作坑的尺寸应根据施工方法和设备尺寸，按实际布置的情况确定，同时考虑工作坑设置的使用功能（单向顶、多向顶、转角顶等）。①顶管工作坑，是顶管工程的重要设施，工作坑有单向坑、双向坑和转角坑。向一个方向顶进所能达到的最大长度，为一次顶进长度。矩形工作坑底部尺寸应符合以下要求：B=D1+SL=L1+L2+L3+L4+L5式中B——矩形工作坑的底部宽度（m）D1——管道外径（m）S——操作宽度取2mL——矩形工作坑的底部尺度L1——管节长度（m）L2——运土工作间长度（m），一般取1.5mL3——千斤顶长度（m）L4——后背墙的厚度L5——稳管时，已顶进的管节留在导轨上的最小长度（m），一般为0.5-0.6m。工作坑深度（H1、H2）应符合下列公式要求：H1=h1+h2+h3H2=h1+h3式中H1——顶进坑地面至坑底的深度（m）H2——接收坑地面至坑底的深度（m）h1——地面至管道底部外缘的深度（m）h2——管道底部外缘底部至轨底面的高度（m）h3——基础及其垫层的厚度。但不应小于该处井室的基础及垫层厚度（m）3.3工作坑开挖及坑壁支护工作坑开挖视地质情况和工作坑深度确定，一般在四米范围之内采用机械开挖，四米以下人工开挖，如在工作坑范围有地下管线或场地狭窄等不适于机械开挖时，须全部采用人工开挖；机械开挖完成后要及时进行坑壁支护，人工开挖深度超过2米也必须及时进行坑壁支护。坑壁支护方式主要取决于施工工艺、坑壁土质、工作坑深度和地下水情况。坑壁支护方式有多种，如：板撑支护、钢筋混凝土逆作法支护、钢板桩支护、沉井支护等。3.4基础及导轨安装3.4.1基础的形式取决于基底的土质、关节的重量以及地下水位情况，一般有三种形式可供选用：①土槽枕木基础：适用于土质较好，又无地下水，施工管径较小且顶进方向没有变化的工作坑。施工时在工作坑底部多做3：7灰土垫层，一般为30cm，然后铺设方木并联接牢固，可在方木上直接铺设导轨，方便导轨的变向安装；②卵石木枕基础：适用于地下水位不高，但地基土味粉细砂或砂土近饱和状，安装导轨过程中有可能基础被扰动，且顶进方向有变化的中、小型的工作坑。施工时在地基土上直接作砂砾石基础，然后铺设方木，连接牢固；③混凝土基础：适用于各种管材和工作坑，施工时先做3：7灰土垫层或砂砾石垫层，然后做混凝土基础，混凝土强度等级不低于C20，厚度不小于20cm，基础宽度较井室（管道）基础宽50cm为宜，这种基础部扰动地基土，能承受较大荷载。3.4.2工作坑导轨宜选用钢质材料制作，并应有足够的刚度，长度以管材长度1.5-2倍为宜；两导轨距离控制在管径的0.45-0.6倍之间，安装导轨时，应首先利用垂球和直尺确定导轨间距和平面位置，然后根据放样高程调整导轨高程，两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度相一致；安装后的导轨应当牢固，不得在使用中产生位移。3.4.3导轨安装的允许偏差为：轴线位移：左3mm，右3mm；顶面高程：0-+3mm；两轨内距：±2mm3.4.4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，它的构造会因工作坑构筑方式不同而不同。⑴装配式后背墙宜采用方木、型钢或钢板等组装，组装后的后背墙应有足够的强度和刚度。后背土壁应铲修平整，并使壁面与管道顶进方向垂直。后背土体壁面应与后背墙贴紧，有孔隙时应采用砂石料填塞密实。组装后背墙的构件在同层内的规格应一致，各层之间的接触应紧贴，并层层固定。⑵当无原土作后背墙时，应设计结构简单、稳定可靠、就地取材、拆除方便的人工后背墙，如混凝土墙作后靠背。为防止主顶油缸直接抵在座墙上，损坏后座墙，此类事件发生，在后座墙与主顶油缸之间，再垫上一块厚度为20cm-40cm的钢结构件，称之为钢靠板。3.5顶管设备安装3.5.1主顶装置顶管采用的主顶装置由主顶油缸、主顶油泵、操纵台及油管等四部分组成。主顶油缸额定顶力一般为2000KN-5000KN，主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给，常用的压力在32MPa-50MPa之间，主顶油缸宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，当主顶油缸多于一台时，宜取偶数，且其规格应相同；主顶油缸的油路应并联，每台主顶油缸应有进油、退油的控制装置。油泵宜安装在主顶油缸附近，油管顺直、转角少；与主顶油缸相匹配，并应备有油泵，油泵安装完毕，应进行试运转；顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续进行顶进；主顶油缸活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。3.5.2顶铁顶铁是顶管过程中传递力的工具，它可延长主顶油缸的行程，并且扩大管节端部的承压面积，顶铁根据安放位置和使用作用不同可分为环形顶铁、U形顶铁两种；3.5.3工作平台和棚架工作平台搭设在工作坑的顶面，主梁采用型钢，上面铺设15cm×15cm方木，作为承重平台，中间留出下管和出土的方孔为平台口；承重平台主梁根据荷载计算选用（管体中、操作人体重及其他附加荷载），主梁两端伸出工作坑壁搭地不得小于1.2m。棚架即起重架与防雨篷合成一体，起重用卷扬机、滑轮或电葫芦门式架或汽车起重机，一起构成顶管施工的运输系统，各设备的型号、功率，根据其中重量符合计算配备。3.5.4工作坑的防护工作坑周围必须安装护栏，护栏应用钢管制作（钢管Φ48mm），在基坑四周固定时，可采用钢管并打人地面50～70crn深。钢管离边口的距离，不应小于50cm。当基坑周边采用板桩时，钢管可在板桩外侧进行焊接。工作坑四周采用1.0米×1.2米封闭围挡。工作坑上下应配有梯子，梯子必须有扶手，其跨度尺寸不大于30cm，工作坑在二步框架处应设置二次平台，作业人员应从规定的通道上下，不得从非通道进行攀登。3.6管道顶进3.6.1下管就位下管前先对管子外观进行检查，主要检查管子是否有破损、纵向裂缝，管径符合规范要求，管口无破损，若修补合格处宜在正上方。检查合格的管子方可用起重设备吊至工作坑的导轨上就位。起重设备应预先进行鉴定；现场经检查、试吊、确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当所下管子距导轨小于50cm时，操作人员方可进前工作。管子就位，第一节管子下到导轨上，测量管体中心及前后端的管底高程，确认高程合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。3.6.2管前挖土与顶进管前挖土是控制管节顶进方向和高程、减少偏差的重要作业环节，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。因此对管前挖土顶进的规定是：在一般顶管地段，若土质良好，可超越管端30-50cm；在铁路道轨下方不得超越管端以外10cm，并随挖随顶，在道轨以外最大不得超过30cm，同时应遵守其管理单位的规定；在不允许基土下沉的顶管地段（如上面有重要构筑物或其他管道），管子周围一律不得超挖；在一般顶管地段，上面挖弧面允许超挖1.5cm，但在下弧面135o范围内不得超挖，一定保持管壁与土基表面吻合；在土层松散或有流沙地段顶管时，为防止土方坍落，保证安全便于操作，在首节管前端可安装管帽（帽檐伸出长度取决于土质）将帽檐顶入土中后，方可在帽檐下挖土。顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进；顶进中若发现油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因并经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快；挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小的范围内。3.5.3顶进测量在顶第一节管（即工具管）时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过30cm，以保证管道入土的位置正确；管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过100cm，测量应在管前挖土后进行，根据偏差量修整管前土弧。中线测量：顶进长度在60m范围内，可采用经纬仪进行测量。一次顶进超过60cm应采用或激光导向仪测量（即用激光束定位）。高程测量：用水准仪及特制高程尺，根据工作坑内设置的水准点标高（设两个），测第一节管前端与后端管内底高程，以掌握第一节管子的走向趋势。测量后应与工作坑内另一水准点闭合。激光测量：用激光经纬仪（激光束导向）安装在工作坑内，并按照管线设计的坡度和方向调整好，同时在管内装上标标靶，激光点即可射到标靶上，通过标靶上的刻度读出偏差量。全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，应测出错口的高差，以衡量全段高程与纵坡，高程与中心偏差应在允许值之内。3.5.4校正纠偏顶管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可能立即将已顶好的管子校正到位，应缓缓进行，使管子逐渐复位，不能猛纠硬调，以防产生相反的结果。常用的方法有以下三种：①、超挖纠偏法：偏差量1-2cm时，可采用此法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位置。②、顶木纠偏法：偏差大于2cm，在超挖纠偏不起作用的情况下，可用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上，另一端斜撑在垫有钢板或木板的管前土壤上，支顶牢固后，即可顶进，在顶进中配合超挖纠偏法，边顶边支。利用顶进时斜支撑分力产生的阻力，使顶管向阻力小的一侧校正。③、千斤顶纠偏法方法基本同顶木纠偏法，只是要顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。3.5.5对顶接头对顶施工时，在顶至两管端相距约1-2m时，可以两端中心掏挖小洞，使两端通视，以便校对两管中心线及高程，调整偏差量，使两管准确对口。3.5.6接口顶进钢筋混凝土管时，在两管的接口处加采用多层胶合板衬垫。橡胶圈安装时应清除承口内和擦口外的油污、杂物，将选定的橡胶圈套入插口槽内，平顺、无扭曲；橡胶圈应质地紧密，表面光滑平直，无空隙气泡。4质量标准目测直顺、无反坡、清洁、不积水、管节无裂缝；钢筋混凝土管道内接口填料饱满、密实，且与管节接口内侧表面齐平；内套环接口应对正管缝，填料密实、均匀，每侧凹进套环边缘1-2mm；顶管中如遇塌方或超挖空隙必须进行处理。顶进管道允许偏差：序号项目允许偏差（mm）检查频率检验方法范围点数1中线位移D＜1500≤30每节管1测量并查阅测量记录2D≥1500≤503管内底高程D＜1500+30~-40每节管1用水准仪测量4D≥1500+40~-505相邻管间错口混凝土管d15%且不大于20每个接口1用尺量6钢管＜2对顶接口1用尺量7相顶时管节错口≤30注：D为管径，d为管壁厚。5注意事项5.1人工掘进式顶管施工注意保护地