钢筋混凝土管顶管施工

1.7 钢筋混凝土管顶管施工

1.7.1 适用范围

适用于钢筋混凝土管顶管施工。

1.7.2 施工准备

1.7.2.1 技术准备

1. 测量交接桩完成，并对控制点、坐标点、水准点进行校测，拴桩、补桩等工作已完成。

2. 顶管施工前，已认真审核图纸，组织图纸会审。编制施工方案，报有关单位审批，并做

好技术交底。

3. 通过沿线调查研究，结合现场地形及交通运输、水源、电源、排水条件，已制定出相应

的技术措施。

1.7.2.2 材料要求

1. 钢筋混凝土成品管材：分为钢筋混凝土企口管和双插口式两种，其品种、规格、外观质

量、强度等级必须符合设计要求，并具有出厂合格证及试验报告单。

2. 橡胶垫应符合设计要求，具有出厂合格证。

3. 其他材料：钢套环、密封胶、油麻、石棉、膨胀剂、水泥(少量)等，其质量应符合有关规

定要求，水泥、膨胀剂应有产品合格证和出厂检验报告，进场后应取样试验合格。

1.7.2.3 机具设备

1. 主要设备：顶镐、液压油泵、卷扬机、滑轮、压浆泵、电焊机、气焊设备等。

2. 辅助设备：吊管架、工作平台、棚架、触变泥浆设备、横铁、立铁、顶铁、导轨、测量

仪器等。

3. 工具：铁锹、水平尺、钢尺、锤球、小线、出土小车等。

1.7.2.4 作业条件

1. 施工占地范围内拆迁到位，地下管线已查明，并采取改移或加固措施，地上、地下障碍

物清理完毕。

2. 临时道路畅通，场地平整，水、电已安装完毕。

3. 施工管线低于地下水位时，施工降水应低于开挖面0.5m以下。

1.7.3 施工工艺

1.7.3.1 工艺流程

1.7.3.2 操作工艺

1. 测量放线

(1) 应依据设计图纸进行测量放线，做好测量所需各项数据内业的收集、计算、复核工作。

(2) 对原交桩进行复核测量，原测桩有遗失或变位时，应补桩校正。

(3) 测定管道中心线时，应在起点、终点、平面折点、竖向折点及其他控制点测设中心桩，

并应在工作坑外适当位置设置栓桩。

(4) 测定中心桩时，应用测距仪或钢尺测量桩的水平距离。

2. 工作竖井开挖

(1) 顶管工作竖井位置的选定，应符合下列要求：

1) 一般宜选在设计图中管道的检查井室位置。

2) 工作坑处应便于设备、材料运输及下管、出土、排水，并具备有少量堆放管材及暂存土

的场地。

3) 单向顶进，顶管段两端条件相近时，工作坑宜选在管线下游。

4) 工作竖井距铁路路基、公路路基较近时，必须保证足够的安全距离或有采取加固措施的

条件。

5) 工作竖井应选择在地下管线较少部位。

(2) 顶管工作竖井的开挖断面，应根据检查井尺寸、工作面宽度、现场环境、土质、挖深、

地下水位及支撑材料规格、管径、管长、顶管机具设备规格、顶力、下管及出土方法等条件

确定。

(3) 工作竖井的支撑应根据开挖断面、挖深、土质条件、地下水状况及总顶力等进行施工设

计，确定支撑形式，且符合下列要求：

1) 工作竖井支撑宜形成封闭式框架，矩形工作竖井四角应设斜撑。

2) 支护应根据场地环境采用钢木支护、喷锚混凝土支护等方法。

3) 有地下水时，根据管道埋深、土质类型、地下水深，采用轻型井点或管井降水方法。

(4) 工作竖井应有足够的工作面，竖井底尺寸应按下式计算：

底宽 B=D1+2S+2C

(1-7)

底长 L=L1+L2+L3+L4+L5

(1-8)

式中：B——工作竖井底宽(m)；

L——工作竖井底长(m)；

S——管两侧操作宽度(m)，一般为每侧1.2m～1.6m；

C——撑板厚度(m)，一般采用0.2m；

D1——管外径(m)；

L1——管子顶进后，尾部压在导轨上的最小长度，顶钢筋混凝土管取0.3m～0.6m；机械挖

土、挤压出土及管前使用其他工具管时，工具管长度如大于上述铺轨长度的要求，L1应取

工具管长度；

L2——管节长度(m)；

L3——出土工作间长度，根据出土工具而定，宜为1.0m～1.8m；

L4——液压油缸长度(m)；

L5——后背所占工作竖井长度，包括横木、立铁、横铁，取0.85m。

工作竖井深度应符合下式：

H1=h1+h2+h3(1-9)

H2=h1+h2(无基础及垫层时)

式中：H1——顶进竖井地面至竖井底的深度(m)；

h1——接受竖井地面至竖井底的深度(m)；

h2——管道外缘底部至导轨底面的高度(m)；

h3——基础及其垫层的厚度，不应小于该处井室的基础及垫层厚度(m)。

(5) 顶管工作竖井及设备允许偏差见表1-53。

(6) 工作竖井内的布置：一般工作竖井内的布置参见图1-24。

3. 后背安装

(1) 核算后背受力宽度，应根据需要的总顶力，使土壁单位宽度内受力不大于土壤的总被动

土压力。后背每米宽度上土壤的总被动土压力(kN／m2)可按下式计算：

P=1／2γh2tan2(45°+φ2)+2Chtan(45°+φ2) (1-10)

式中：P——总被动土压力；

γ——土壤的重度(kN／m3)；

h——天然土壁后背的高度(m)；

φ——土壤的内摩擦角(°)；

C——土壤的粘聚力(kN／m2)。

后背长度可采用下式核算：

L=+La (1-11)

式中：L——后背长度(m)；

P——顶管需要的总顶力(kN)；

B——后背受力宽度(m)；

La——附加安全长度(m)，砂土可取2；亚砂土可取1；粘土取0。

(2) 采用原土作后背时，后背墙的安装应符合下列要求：

1) 后背土壁应铲修平整，并使壁面与管道顶进方向垂直。

2) 后背墙宜采用方木、型钢、钢板等组装，组装后的后背墙应有足够的强度和刚度，其埋

深应低于工作坑底，不小于0.5m。

3) 后背土体壁面应与后背墙紧贴，孔隙应用砂石料填塞密实。

4) 根据后背施工设计安装后背，紧贴土体的后背材料，如型钢、预制后背、方木等应横放，

在其前面放置立铁，立铁前放置横铁。

(3) 当无原土作后背时，应采用结构简单、稳定可靠、就地取材、拆除方便的人工后背墙；

利用已完成顶进的管段作后背时，顶力中心宜与已完工管道中心重合，顶力应小于已顶完管

道的抗顶力，后背钢板与管口间应垫缓冲材料，保护管口不受损伤。

4. 设备安装

(1) 导轨安装应符合下列要求：

1) 导轨应选用钢质材料制作，宜根据管材质量选配钢轨作导轨。

2) 应在检验合格的基础上安装枕铁或枕木，在检验合格的枕铁或枕木上安装导轨。

3) 当工作竖井底有水、土质松软、管径较大时，应浇筑水泥混凝土基础，将枕铁或枕木埋

设于混凝土中。宜结合管道基础设计，确定混凝土面的高程及宽度，水泥混凝土基础的宽度

宜比管径大400mm，厚度可采用200mm～300mm，混凝土基础顶面应低于枕铁或枕木面

10mm～20mm。

4) 当工作竖井底无水，土质坚实，可挖土槽埋设枕铁或枕木。枕铁或枕木长度宜采用2m～

3m，宜比导轨外缘两边各长出200mm～300mm，其埋设间距可根据管重、顶力和土质选取

400mm～800mm。

5) 枕铁宜用型钢制成，并附有固定导轨的特制螺栓，枕铁应直顺、平整；采用枕木时，截

面不小于150mm×150mm。

6) 两根导轨应顺直，两根导轨的内距按下式计算：

式中：A0——两导轨中距(mm)；

A——两导轨上部的净距(mm)；

a——导轨的上顶宽度(mm)；

D——管外径(mm)；

h——导轨高度(mm)；

e——管外底距枕铁(枕木)面的距离(一般为10mm～25mm)。

(2) 导轨及枕铁安装质量应符合下列规定：

1) 枕铁或枕木的安装高程宜低于管外底高程10mm～20mm，间距均匀，其铺装纵坡应与管

道纵坡一致。

2) 两根导轨应直顺、平行、等高，导轨安装牢固，其纵坡与管道设计坡度一致。

3) 导轨高差允许偏差2mm，导轨内距允许偏差为±2mm；中心线允许偏差为3mm，顶面高程允许偏差为0mm～3mm。

(3) 工作平台安装应符合下列要求：

1) 应在顶管工作坑开挖与支护完成后进行。

2) 工作平台承重主梁应根据静载、活载及其他附加荷载计算选用，主梁两端伸出工作坑壁外不得小于1.2m。

3) 平台口的长度和宽度各大于管节长度及管外壁0.8m。

4) 根据起吊设备能力及吊重核算起重架；支搭于工作平台上的起重架宜与防雨、雪棚架结合成一体，并安装牢固。

5) 工作坑上的平台孔口必须安装护栏，上下人处设置牢固的爬梯。

(4) 顶铁安装应符合下列要求：

1) 应有足够的刚度，无歪斜扭曲现象，顶铁上宜有锁定装置，顶铁单块旋转时应能保持稳定。

2) 顶铁宜采用铸铁成型或型钢焊接成型。

3) 顶铁放置在管道两侧，且顶铁中心线应与管道中心线平行、对称直顺；顶铁与导轨和顶铁之间的接触面不得有泥土、油污。

4) 更换顶铁时，应先使用长度大的顶铁，以减少顶铁连接数量；顶铁的允许连接长度，应根据顶铁的截面尺寸确定。当采用顶铁截面为200mm×300mm时，单行顺向使用的长度不得大于1.5m；双行使用的长度不得大于2.5m，且应在中间加横向顶铁相连。

5) 顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫。在顶力作用下，管节承压面应力接近其设计顶镐压力强度时，应采用U形或环形顶铁等措施，减少管节承压面应力。

(5) 顶进设备安装

1) 安装前应对高压油泵、液压油缸、液压管路控制系统、顶铁和压力表标定等进行检查，设备完好，方可安装。

2) 应根据顶管竖井的施工设计，安装高压油泵、管路及控制系统。油泵宜设置在液压油缸附近；油管应直顺、转角少；油泵应与液压油缸相匹配，并应有备用油泵。

3) 液压油缸的油路应并联，每台液压油缸应有进油、退油的控制系统。

4) 液压油缸的着力中心宜位于管子总高的1／4左右处，且不小于组装后背高度的1／3。

5) 使用一台液压油缸时，其平面中心应与管道中心线一致，使用多台液压油缸时，各液压油缸中心线应与管道中心线对称。

6) 多台液压油缸宜配置油缸台架，且应使油缸布置对称。

7) 千斤顶的安装高程，一般宜使千斤顶的着力点位于管端面垂直直径的1／4左右处。

(6) 顶进设备试车运行应符合下列要求：

1) 设备试车运行及顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并应随时观察顶铁有无异常迹象。

2) 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。

3) 顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经过处理后，方可继续顶进。

4) 液压油缸活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。

(7) 顶管单元长度应根据设计要求的井室位置、地面运输与开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力，以及支持性技术措施等因素综合确定。宜减少顶管工作坑设置数量。当穿越构筑物或河道时，应根据穿越长度，确定顶管单元长度。

(8) 顶管的顶力计算

总顶力经验公式(钢筋混凝土管)：

P=nGL (1-13)

式中：P——计算总顶力(kN)；

G——管子单位长度管体自重(kN／m)；

L——顶进管总长度(m)；

n——土质系数。

当土质为粘土及天然含水量较小的亚粘土，管前挖土能形成土拱者，n可取1.5～2。

当土质为密实的砂土及含水量较大的亚粘土，管前挖土不易形成土拱，但塌方尚不严重时，n可取3～4。

5. 管道顶进

(1) 顶进前应检查下列内容，确认条件具备时方可顶进。

1) 全部设备经过检查，并经试运转确认正常；导轨的中心线、坡度、高程符合设计规定；

2) 已具备防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑的措施；

3) 已制定开启封门的措施。

(2) 初始顶进5m～10m范围内，增加测量密度，机头或首节管允许偏差为：轴线位置3mm，高程0～3mm。

(3) 顶进应连续施工，除不可抗拒情况下，不得中途停止作业。

(4) 人工挖土顶管应符合下列要求：

1) 管前土质良好及正常顶管地段，管前开挖长度300mm～500mm，铁路道轨下管前挖土长度不宜大于100mm，并随挖随顶，在道轨以外管前挖土长度不得超过300mm，同时应遵守管理单位对挖掘、顶进的有关规定；土质不良地段，管前开挖长度不得大于300mm。

2) 正常顶管地段管顶部位最大超挖量宜控制在15mm以内，管底部位135°范围内不得超挖。在不允许土层下沉的顶管地段，管道周围不得超挖。

(5) 在顶进过程中遇到下列情况之一时，及时采取措施，方可继续顶进。

1) 发生塌方或遇到障碍物。

2) 后背倾斜或严重变形。

3) 顶铁发现扭曲迹象。

4) 管位偏差过大，且校正无效。

(6) 对顶施工时，在顶至两管端相距约1m时，宜从两端中心掏挖小洞，使两管能通视，校核两管中心线及高程，进行纠偏、对口。

(7) 顶进过程中，顶铁拆装及使用应符合下列要求：

1) 顶铁应无歪斜扭曲现象，安装应直顺。

2) 每次换放顶铁时，应换可能安放的最长顶铁。

(8) 测量与纠偏

1) 工作竖井内的测量控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处。

2) 顶进过程中加强对中心线及高程要一镐测量一次，并及时纠偏。

3) 顶管纠偏采用渐近方式，可采用挖土法、支顶法等纠偏方式。

(9) 减阻方式可采用触变泥浆减阻。

6. 管道接口

顶管完成后，管道接口应按设计要求进行处理。

1.7.3.3 季节性施工

1. 雨期施工工作坑内设积水坑；工作坑应搭设防雨篷。

2. 在工作坑四周设临时围堰，采取有效排水设施，防止雨水流入工作坑内。

1.7.4 质量标准

1.7.4.1 基本要求

1. 接口必须密实、平顺、不脱落。

2. 内涨圈中心应对正管缝，填料密实。

3. 管内不得有泥土、石子、砂浆、砖块、木块等杂物。

1.7.4.2 实测项目顶管允许偏差，见表1-54

1.7.5 成品保护

1.7.5.1 在现场运输、存放和施工过程中保护好管口。

1.7.5.2 同一顶坑向相反方向顶进时，先顶距离长管段，后顶距离短管段，用顶完管段做后背时，应在管端加护铁，保护管口。

1.7.6 应注意的质量问题

1.7.6.1 管底标高偏差较大时，应严格执行测量放样复核制度，每次测量前，要先检查测量仪器是否移动，出洞口管节经测量后要垫实。

1.7.6.2 为防止管端破损，应在顶进过程中认真控制好方向，纠偏不要大起大落。适当增加垫板的厚度或降低垫板硬度，尽量扩大在张角大时的受压面积。

1.7.6.3 为防止管接口渗漏，在吊装过程中应采用专用吊具，严禁用钢丝绳直接套入管口吊运，以防损坏管口及钢套环。

1.7.6.4 为防止管节飘移，在软土层中顶进混凝土管时，可将前3～5节管与工具管连成一体。

1.7.6.5 为防止地面沉降应严禁超挖，顶进完成后要及时进行注浆。

1.7.7 环境、职业健康安全管理措施

1.7.7.1 环境管理措施

1. 在油压系统下应设隔油层，以免造成污染。

2. 采取措施使机械噪声量控制在规定范围之内，防止噪声扰民。

3. 渣土分类堆放，及时消纳。

4. 在现场出入口设立清洗设备，对运土车辆进行冲洗和覆盖，避免运土车辆污染公共道路及扬尘。

1.7.7.2 职业健康安全管理措施

1. 顶进时，顶铁上方及侧面不得站人，并应随时观察有无异常迹象，以防崩铁。

2. 起重设备安装后在正式作业前应试吊，吊离地面100mm左右时，检查重物、设备有无问题，确认安全后方可起吊。

3. 竖井支护要有专项施工技术方案。竖井四周要设安全护栏和上、下工作坑安全爬梯。

4. 工作坑的总电源箱必须安装漏电保护装置，工作坑内一律使用36V以下的照明设备。

5. 起重设备专人检验、安装，持证上岗，并必须遵守有关安全操作规程。

6. 在出土和吊运材料时，起重设备下严禁站人。