土压平衡式顶管主要施工方法方案

顶管机前方为带合金刀头的条幅式大刀盘，可对开挖面进行全断面切削。出土由螺旋输送机和砂土泵传输至地面集中堆放点。顶管机端面装有压力传感器，能显示出顶管机所承受的正面土压力，地面操作者应密切注意压力变化，控制螺旋输送机的取土速度与千斤顶的顶进速度，避免土体超挖和顶管机的过量挤进，前方取土与后方顶进密切配合，以保持开挖面的稳定，使顶管机承受的正面压力与计算土压力保持平衡。顶管机内设置纠偏油缸可控制顶进方向。

正常顶管进行中，顶管机及管道内的操作均由地面操作者完成，所有的操作元件均由电缆、集中至地面操作室进行控制，所有运行数据由电缆传输信号至地面操作室以便操作者监控并发出操作指令。顶管机能持续自动地记录其各种状态及管道线路的位置等数据。自动记录系统包括泥土和地下水压力，机头倾斜、旋转，纠偏状态，前进速度，顶进长度，刀盘扭矩，顶进负荷，及中继间动作等。此系统在自动系统出现故障时应能手动监测，以保证管道在自动系统的修复过程中能继续前进。

每段顶进开始后则应连续工作，当进行设备保养维修而暂停顶管施工时，必须采取措施确保开挖面的稳定。顶进时管道内采用低压照明和管道风机通风，并保持管道内的清洁。

螺旋机排泥伸缩管排泥管止水圈纠偏千斤顶大刀盘排泥泵排泥泵油泵1#中继站35t吊机循环水池400kw发电机备管场弃土场膨润土搅拌站主顶油泵排泥管膨润土管电缆供回供水管油泵高压电缆膨润土管回水管主顶液压阀后靠背激光经纬仪300t千斤顶 分压环导轨土压平衡顶管工艺图

土压平衡顶管施工现场

3.1 施工工艺流程图 测量放样 放样复核 工作井接收井制作 注浆加固土体 工作井设备安装 地面设备安装 出洞准备 注浆材料准备 顶 进 出土、运土 注 浆 测量、纠偏 卸管、接口安装 进 洞 泥浆制备 水泥浆置换 轴线高程测量 管段验收

3.2 顶管主要施工方法

3.2.1测量控制网及井下测量平台的建立

根据业主提供的测量控制点布置整个工程的控制网，在井周围布设一个高精度的控制网，用以测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点，如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。

测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，通过控制网将顶管测量起始点测放其上，并在井中布设2～3个稳固的后视点，以便互相校核。起始点对顶管测量精度至关重要，故井下测量平台要单独设置，不与管道、设备、后靠背接触，不受顶管操作影响，以保持其稳定性。 ·直线顶管轴线与标高控制

顶管方向与高程控制可直接用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪对顶管机上方的光靶即可。激光经纬仪发射的激光束偏离光靶中心的距离，即顶管的偏差值，但方向相反。为消除顶管机旋转而偏差值的显示误差，光靶设计为可调式，使其始终在顶管机的垂直中心线上，如图所示。

光靶盘 滑槽连接杆顶管机外壳 滑槽光靶盘垫片A螺栓A光靶区转角区旋转指针调节螺母AA说明：旋转指针悬挂在光靶盘上，始终指向垂直位置，松动调节螺母，可使光靶盘沿滑槽滑动，始终位于顶管机垂直中心线上。顶管机可调式光靶结构示意图 3.2.2顶管出洞、进洞技术 顶管出洞

顶管出洞是指顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中，开始正常顶管前的过程，是顶管的关键工序，也是容易发生事故的工序。

本工程顶管轴线均在地下水位以下，顶管出洞前必须采取措施防止地下水渗入井内。为此，顶管机出洞前，先在洞口外围土体进行防渗注浆施工。同时，在洞口内壁安装出口器，出口器由内径略小于管节外径的橡胶密封圈和内径略大于管节外径的钢法兰组成。在洞口外侧一定范围内打入一排钢板桩，以支护土体。

顶管机头在井内管床就位，调试完毕，作好出洞的一切准备后，便可用气割割除洞口内的钢封门，将机头穿进橡胶密封圈顶入土中，同时在机头与洞口的缝隙中注满膨润土泥浆，以润滑管道，支护土体。如果洞口外侧有钢板桩，则应在顶管机进入出口器后方可拔出。

顶管出洞对操作者要求也很高，这是因为出洞时顶管机未被土体包裹，处自由状态，而使顶头出洞的主千斤顶顶力是巨大的，因此，控制操作哪怕出现少量不均匀或土质不均匀，使各千斤顶的行程不等，也足以使顶头和第一节管子偏离设计轴线。此时的土体难以对机头产生较大反力，难以对机头起到导向约束作用，故此时产生的偏差很难纠正，甚至是纠不过来的。因此，出洞顶进时一定要十分小心，用激光经纬仪随时测量监控，保证顶头和第一节管子位置正确。

采用上述洞口结构和周密的操作技巧，可避免出洞这一关键工序中可能出现的诸多问题，确保顶管出洞万无一失。顶管机下方两侧设有止退插销，在顶管机出洞时，当千斤顶松开时应插入止退插销，防止顶管机被土压力向后推回。

顶管进洞

顶管进洞，是指一段管道顶完，顶管机破进洞口封门进入接收井，并作好顶管机后一节管与进洞口的密封联接的过程。

顶管机进洞前也应对洞口外土体进行防渗注浆，并留有足够的固化时间。顶管机进入加固土体并到达洞口外侧时，割除钢封门，将顶管机顶入接收井。 3.2.3膨润土泥浆减阻及置换

优质膨润土泥浆具有良好的触变性与润滑性，将其压到管外壁，包裹住管子，可大大减小管外壁与土壤间的摩阻力。若压浆技术得当，压浆管分布合理，膨润土质量好，摩阻力可大为降低。关于膨润土泥浆拌制与压浆，我公司有专门的技术操作规程（企业标准），可在本工程中应用。

注浆孔应合理分布，机头及其后面10节管每节都设有注浆孔，使泥浆及时填充管壁与土间的全部空隙（机头外径比管节外径大20mm，故有空隙），其后逐步过渡到每3节管加设一节带有注浆孔的管节，及时补浆，使全线管壁都包裹在泥浆套中。注浆管节分为四孔出浆的A型管和三孔出浆的B型管两种，间隔布置。注浆管节分布如图所示。 顶管机A、B管间隔,共10节标准管A管标准管B管A管B管注浆管节分布及注浆口布置图 顶力在控制值之内十分重要。若顶力过大，会带来一系列问题，各方面的控制都会困难，故膨润土泥浆压浆绝不可轻视。

每段顶完后，用掺入适量粉煤灰的水泥砂浆置换触变泥浆，置换后管道上的注浆孔封闭严密，并将全部设备清洗干净。 3.2.4掘进及出土

顶进面前方的土体由顶管机前端刀盘上的合金刀齿切削，然后由螺旋输送机将切削下来的土体送入顶管机后方的砂土泵土斗内，经沿管道内铺设的泵管泵送至地面，并卸入自卸汽车中，运至指定弃土场排放。运土车运土时避免泄漏和遗撒。土的泵送速度要与顶管机的顶进出土速度相配，必要时土壤中可加入适量的水或泥浆，以方便泵送。泵管接头处要注意防止压力过大造成泄漏。 3.2.5设备现场安装

井下设备安装包括出口器安装、导轨安装、千斤顶安装、后背墙安装及顶管机井下就位等，其中出口器安装在“顶管出洞”已作介绍。 3.2.6导轨安装

导轨用型钢和P38以上钢轨制作，钢轨焊于型钢上，型钢用螺栓紧固于钢横梁上，以便装拆。钢横梁置于工作井底板上，并与底板上的预埋铁板焊接，使整个导轨系统成为在使用中不会产生位移的、牢固的整体。如图所示。

砼管节立柱导轨连接螺栓钢横梁千斤顶千斤顶托架型钢预埋钢板工作井底板导轨及千斤顶支架系统结构简图 导轨安装在顶管中至关重要，其安装精度甚至决定管道是否可顶好，故须达到如下要求：

a) 两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致 b) 导轨轴线偏差≤3mm；顶面高差0～＋3mm；两轨间距±2mm。 3.2.7千斤顶安装

主顶站千斤顶固定在型钢制作的千斤顶支架上，支架焊在井底的横梁上，千斤顶着力点应在与水平直径成45°的顶管圆周上，即与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道圆心上，如上图所示。每个千斤顶的纵线坡度应与管道设计坡度一致。 3.2.8后背墙安装

工作井双向工作井，故选用周转使用的装配式后背墙，如下图所示。后背墙用20号工字钢焊成一堵墙，为顶管的反力提供一个垂直的受力面，正面焊一块4cm厚钢板，使各工字钢受力更均匀。工字钢墙的空隙中灌满自密砼，形成一道由厚钢板、工字钢和砼组成的、牢固的、刚度很大的复合后背墙，承受千斤顶传来的顶进反力。后背墙安装无误后，在后背墙与圆弧形井壁间浇筑砼，并垫一层

反向顶进洞口井壁20工字钢焊接砼填充木板厚80mm钢板厚40mm砼填充焊缝8cm厚的木板，以使井壁受力均匀。 装配式后背墙结构简图

3.2.9顶管机下井

井下设备安装完后，用汽车吊将经保养、检查、调试好的顶管机吊下工作井，置于涂满润滑黄油的导轨上。因导轨安装精度是严格控制的，故顶管机座上导轨就已准确定位。

井下设备和顶管机安装完毕后，启动油泵，伸缩千斤顶，检查千斤顶与后背墙的配合，顶管机与出口器及分压环的间隙等。准确无误后即可开始出洞顶进。

3.3 顶管施工中可能出现的问题及采取的措施

3.3.1顶管机旋转

顶管机在顶进过程发生旋转几乎在每条顶管中都会出现，将影响管内设备的使用，甚至使液体外溢等。控制旋转的方法很多，本工程将采取两种措施：

一是顶管时控制刀盘的旋转方向，将刀盘向机体旋转的反向转动，使顶管机受反向扭矩，从而纠正机体，顶进过程中，不断正、反转刀盘，顶管机的旋转就可得到有效控制。

二是采取配重法，顶管机内的设备布置注意了重量对称分布，以防顶管机旋转，但顶进中的机体旋转仍常有发生，处理方法是在顶头内摆放配重，若顶管机左旋，即在机内右侧摆放配重，若右旋，配重就摆左边，效果良好，因顶管机内设备已考虑了重量对称分布，故所用配重的数量较小，配重一般用废铁板、钢筋等。

旋转逆转顶管机旋转大刀盘配重方法一 方法二控制顶管机旋转示意图 此外，中继站千斤顶稍微倾斜放置也是纠正管道旋转的一种措施，此法仅作为备用保证措施。 3.3.2管节接头漏浆

管节接头渗漏很少出现，出现位置多在膨润土压浆孔处（因膨润土泥浆压浆压力过大挤入管内），施工中应予避免。万一出现，可用专用止水钢环止水（如下图所示）。

管壁止水钢环肋环连接板螺纹拉杆

橡胶垫盖板螺母肋板管缝止水钢环结构图

专用止水环用三片120°园弧钢环组成，外贴止水橡胶片，之间用螺杆连接。拧紧螺母，圆环直径会增大，使止水钢环外橡胶片紧贴管缝，制止泥浆渗入，顶管结束时再作永久性止水处理。 3.3.3地面沉降或隆起、穿越地面障碍物

本工程顶管线路需穿越房屋、道路等地面构筑物，施工中如果不注意对地面构筑的保护，不但会对构筑物造成损坏，甚至于使顶管机无法正常工作，从而造成更为严重的后果。另外一方面，地面沉降或隆起值的大小，体现了顶管水平的高低。我公司直线顶管的沉降隆起值已可控制在不影响地面、地下结构的水平。控制沉降与隆起的主要技术措施有：

⑴精心操作，控制挖土与顶进的量与速度，避免土体超挖和顶管机的过量挤进，使挖土与顶进始终处在动态平衡状态。

⑵量测每顶进1m所挖出的土的方量，进尺与挖土量相当，沉降隆起就可控制。

⑶顶管穿建筑物前，必须使顶头调至正位，并保养好机头。穿建筑物顶管时，加密测量密度，控制好方向，避免在建筑物下作过大的纠偏操作（过大纠偏是地面沉降原因之一），并且连续作业、一气可成，机头不得在建筑物下停滞，保养等。同时还要加强现场值班，现场资料分析与决策等管理工作，并加强对建筑物的沉降观测，确保建筑物安全。

⑷加强膨润土泥浆压浆。泥浆在顶管中起润滑与支护双重作用，在管外壁与土间始终充满膨润土泥浆，支护着管周土体不挤向管外壁，是减小沉降的措施之一。

⑸在离管线较近的地表建筑物地段，防止地表沉降或隆起较大，而造成建筑物的损坏，我方将采取地表注浆措施施工。

⑹在顶管施工覆土层较薄（小于1米）处，采用填土、压路机压高、压厚处理。

3.4 管道顶进及纠偏

管内的测量仪器采用激光经纬仪进行，施顶过程中，应勤测，每天6—8次，检查管道的偏差。管道的偏差是通过布置在机头的四组纠偏千斤顶来进行调整，若机头偏左，则千斤顶采用左伸右缩的调整方法，反之亦然。施工时应严格控制管头走向，随时纠偏，控制好管道的线型，另外，在顶管中还可采用挖土校正法、强制校正来对特殊情况进行纠偏处理。

3.5 管道顶进注意事项

1、螺栓联结橡胶止水环及安放轨道，一定要确保安放精度，保证轴线和标高的误差在+5mm以内；

2、管道作业井内严禁使用明火和抽烟，以防止可能产生的沼气等可燃性气体被引燃爆炸；

3、保证顶管的质量，要做到勤顶、勤测量、勤出土、勤纠偏，切忌闷顶； 4、在顶管顶进过程之前要开挖管线样槽，详细了解地下管线及障碍物，作到心里有数，必要时可通过曲线顶进方式绕过障碍物。

3.6 监测

为防止管道顶进对地表构筑物产生影响，施工中须对经过沿线的建筑物进行监测。以便及时采取有效措施。

正在顶进之前，在顶进轴线上每隔10m设置一个沉降观测点，另外在可能会造成破坏的建筑物墙角下也设置沉降观测点，定期进行水准测量，一般每天测量两次，特殊情况下应增加测量次数。

3.7中继间的配置

由于顶管随着管道顶进距离的加长，顶力也随之增加。管道能够承受的顶力

是有一定范围的，再者沉井的后坐力也不能无增加，为解决长距离顶管所出现的顶力过大问题。采用中继间接力顶进很好的解决了长距离顶进阻力过大问题。

中继间顶进原理就是通过中继油缸和泵站将长距离顶管分解成若干个阶段，在主顶泵站和后面的油缸都处于施力状态的条件下，首先顶进靠近顶管机的第一个中继站。顶进一段距离后（一般为30-50cm），收回该中继站的油缸，再通过第二个中继站顶进。依次类推逐段向前顶进。通过中继站的接力，将顶力分解为若干段，以达到减小顶力和防止地面隆起的作用。

本工程中继站采用50液压千斤顶配油泵组成，千斤顶一次性最长顶进距离

为50cm。

3.8 施工进度计划及保证措施

本工程DN1000砼顶管363m。 施工进度计划见施工进度计划网络图 保证措施

(1) 顶管施工为本工程的关键线路和施工控制难点和重点，因此施工时应重点加以控制，

(2) 首先配备足够数量的顶管机，并保证设备处于良好状态，本工程选用土压平衡顶管机，为保证工期，选用d1800土压平衡顶管机1套。

(3) 配备熟练得操作人员施工，较少人的因素影响施工

3.9技术质量控制和管理

总体控制和管理见第五章质量控制和保证措施

本工程顶管一次性顶进距离较长，并且有曲线顶管，因此施工时顶管的纠偏控制是工程技术质量控制和管理的关键环节。

纠偏控制应勤纠偏，纠偏量尽量控制小。并且选用有类似工程施工经验的工作人员操作。纠偏要以测量为依据。严格控制测量的精度。

管道的质量直接影响顶管的质量，因此本工程选用有良好信誉的昆明顺弘水泥厂生产的管材。并配备质量最好的橡胶止水圈