38-顶管施工技术标准

1 前言

施工技术现状

非开挖顶管施工技术在近年得到广泛的应用。由于它不需要开挖面层，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道，节省大量投资和时间。这项技术的快速发展也使市政工程需敷设的大量上、下水道、煤气、电力、通信工程以及建设地下人行通道等综合管道时，对城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低。顶管技术在经济、生态和环境上又有许多优点，是真正的无污染、高效率的施工技术。

适用范围

城区水污染治理的截污管施工；在能源供应中液化气、天然气输送管、施工；动力电缆、宽频网、光纤网等电缆的管道施工；城市市政地下工程中穿越公路、铁路、建筑物下的综合通道及地铁人行通道施工都可以采用顶管敷设管道的施工技术，以减小投资和降低对周围环境的影响。

适用于非开挖顶管掘进施工。

2 顶管机设备适应性分析及选型

顶管机设备介绍

顶管机主要有敞开式掘进机、多刀盘土压平衡掘进机、单刀盘土压平衡掘进机、刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机、偏心破碎泥水平衡掘进机、岩盘掘进机、矩形顶管机。

顶管机适应性分析

多刀盘土压平衡顶管掘进机

多刀盘土压平衡顶管掘进机把通常的全断面切削刀盘改成四个的切削搅拌刀盘，它尤其适用于软粘土层的顶管。如果在泥土仓中注入些粘土，也能用于砂层的顶管。另外，由于采用了先进的土压平衡原理，对地面及地下的建筑物、构造物、埋设物的影响较小。用它可以安全地穿越公路、铁路、河川、房屋以及各种地下公用管线，其最小覆土深度可以相当于一倍管外径左右。从无数的施工实例证明，用此机进行顶管施工作业，不仅安全、可靠，而且施工进度快、效率高。与单刀盘土压平衡掘进机相比，具有价格低廉、结构紧凑、操作容易、维修方便和质量轻等特点。它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。它与泥水式顶管施工相比，最大的特点是排出的土或泥浆一般都不需要再进行泥水分离等二次处理。施工占地小，对周围环境污染也很少。它与手掘式及其他形式的顶管施工相比较，又具有适应土质范围广和不需要采用任何其他辅助施工手段的优点。如采用输土泵的方式出土，顶进效率也很高，平均24小时可顶进15-20米。

但是它的缺点也很明显，由于不是全断面切削，切削不到的部分只能通过挤压进入机头，因此迎面顶力较大，只适合于软土地质情况下施工。

刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机

刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机适用于需穿越建筑物、构造物、埋设物等对地面沉降要求很小的情况，此种机头的刀盘是一个直径比掘进机前壳体略小的具有一定刚度的圆盘。圆盘中还嵌有切削刀和刀架。刀盘和切削刀架之间可以同步伸缩，也可以单独伸缩。不论刀盘停在哪一个位置上，切削刀架都可以把刀盘的进泥口关闭。刀盘加压装置是安装在主轴中的油缸，刀架伸缩油缸则安装在刀盘加压装置的上方。刀盘可伸缩式掘进机的工作原理如下：刀盘前土压力过小时，它就往前伸；刀盘前土压力过大时，它就往后退。刀盘前伸时，应减小进泥口开度并加快推进速度；刀盘后退时，应加大进泥口开度并降低顶速。就可使刀盘前的土压力控制在设定的范围内。使用此种掘进机地面隆沉极小，经验丰富的操作人员可使地面隆沉控制在10mm以内。由于采用了泥水作为运输介质，在顶进的过程中无需停顿出泥，因此它的顶速也很快，24小时可顶进20-30米。缺点也很明显：由于进泥口开度，在含有直径大于6cm砾石的土层中无法施工。

单刀盘土压平衡式掘进机

单刀盘土压平衡式掘进机适用于地质为黄土的情况下施工。有以下优点：

（1）、适用的土质范围非常广；

（2）、施工后地面沉降小；

（3）、弃土的处理比较简单；

（4）、可在复土层仅为管外径0.8倍的浅土层中施工；

（5）、有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良功能。

（6）、开口率达100％，土压力更切合实际。

偏心破碎泥水式掘进机

偏心破碎泥水式掘进机适用于地质为强风化岩的情况下，此机种与普通泥水掘进机的最大不同点是其头部。壳体内的泥土仓是一个前面大、后面小的喇叭口，喇叭口的内壁是用耐磨焊条堆焊的一圈环形焊缝。安装在壳体泥土仓内的是一个前面小、后面大的锥体，锥上也堆有一环环形焊缝。切削刀呈辐条形焊接在该锥体上，且略微向前倾斜。刀盘的正面焊有坚固而且耐磨的切削刀头，所有这些构成一个刀盘。在掘进机工作时，刀盘一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎的石块只有比泥土仓与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。另外，由于刀盘运动过程中，泥水仓和泥土仓中的间隙也不断的由最小变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头的功能以外还能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓中，从而保证了掘进机在砂土及黏土中正常工作。一般情况下，刀盘每分钟能旋转4--5转，每当刀盘旋转一圈时，偏心的轧碎动作达20-23次。此机型破碎能力是所有具有破碎功能的掘进机中最大的，破碎的最大粒径可达掘进机直径的40%～45%之间，破碎的卵石强度可达200Mpa。特点一就是它几乎是全土质的掘进机。它可以在N值从0～15的黏土，N值1～50的砂土以及N值10～50的砾石层等所有土质中使用，而且推进速度不会有太大的变化。特点二是破碎粒径大，可达掘进机直径的40%～45%之间。特点三是施工精度高，施工后的偏差极小。特点四是由于有偏心运动，进土的间隙又比较小，即使用清水作为进水，也能保持挖掘面的稳定。特点五是可以进行长距离顶进及曲率半径比较小的曲线顶进。特点六是施工速度快，每分钟可进尺100mm～180mm之间。特点七是结构紧凑、维修保养简单、操作方便。无论在工作坑中安装还是在接收井中拆除都很方便。

敞开式掘进机

敞开式掘进机适用于顶进管道轴线附近可能存在大的石块，桩基础等不明障碍物。此顶管机具有排障方便、成本低廉的特点。地下水位较高的话可采取井点降水等辅助施工方法。另外，对于含水量较少并且N值大于18的黄土和强风化岩，也可采用敞开式掘进机顶进。敞开式掘进机在类似于农田对地面沉降要求不严格的情况下也可采用。此种机型的缺点是顶速慢、遇到流沙土层难以控制出土量，因此沉降也是大于以上几种顶管掘机的。

网格水冲式掘进机

网格水冲式掘进机具有土压式以及泥水式顶管机的优点，这种掘进机头在遇到障碍物时工人可进入泥水仓排除障碍物，而且由于采用水力出泥，顶进速度也不受出泥速度的影响，因此当土质条件较好时是一种经济实用的掘进机。但这种掘进机也有它的局限性，首先要求土质比较软，土体的孔隙比要小，而且要求有足够的清水作为水源，泥浆处理以及用电量都很大，使用成本较高。当遇到沙土层时，由于沙土的透水系数很大，用于平衡正面土压力的气压很容易从沙土的间隙泄露，因此也就很难做到平衡，因此在沙土中顶进沉降很难控制。

岩盘顶管机

岩盘顶管机适用于地下水含量较高的中风化岩以及弱风化岩，该机型的刀头类似于牙轮钻，可以在岩石中顶进，也是一种全土质的机型，但该机种的造价很高，目前在国内是一项空白。

选型原则及依据

选型原则：按照适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行顶管机的选型。

选型依据：拟建场地工程地质及水文地质条件，管道埋深、线路走向、施工条件及周边环境，参考国内外已有顶管工程实例及相关的顶管技术规范。

选型确定

根据工程项目拟建场地工程的地质条件及对顶管机的要求以及结合国内外顶管的施工经验，合理的进行顶管机的选型，使所选顶管机能满足工程施工对地质条件、周边环境保护的要求。

根据对各种顶管机的适应性的分析，在进行顶管机选型时可参照表2-1进行选定：

表2-1顶管机选型适用情况表

顶管施工工艺特点

顶管技术是极为更要的一种都市铺设管道的施工手段，采用顶管施工法铺设管道具有如下优势：

（1）顶管施工是顶管铺管技术的一种，其在国外已广泛使用，在国内也己逐渐普及。由于不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，其至能在建筑物底下穿过，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法。

（2）顶管施工不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管寿命亦大于开挖法埋管。

（3）采用房下顶管施工法能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大的经济效益。

（4）顶管工艺不仅仅用于管线铺设，它还具有灵活的排管施工方式。它在管棚施工方面也具有优势。管棚施工是指在地下构筑物施工前，先利用密排的钢管作成各种断面形状的管棚，对地面建筑物在施工过程中起到保护作用或者是为了达到某种特殊要求而采取的一种辅助施工措施。

（5）顶管施工范围的扩大，顶管机械的性能越来越适应各种土质。顶管特别适用中小型管径管道的非开挖铺设。与其它非开挖设备相比，其具有独特的优点。

施工工艺流程

    顶管施工工艺流程如下图3-1所示：

图3-1 顶管施工工艺流程图

顶管工作井端头地基加固

（1）地基加固目的

顶管机在进出洞之前工需对洞口进行地基加固，一方面用作出洞口止水，防止顶管机出洞时涌水漏砂；另一方面加固洞口地基，防止机头出洞时“磕头”。

（2）常见地基加固形式及方法

顶管进出洞口地基加固形式常见的有水泥土搅拌桩和高压旋喷桩两种形式，水泥土搅拌桩大多采用双轴或三轴水泥土深层搅拌桩，高压旋喷桩采用二重管法或三重管法高压旋喷桩进行加固。

1）、水泥土深层搅拌桩施工方法

①施工工艺流程

施工工艺流程如下图3-2所示：

图3-2深层搅拌桩施工工艺流程图

②施工方法

A桩位放样：由现场技术员根据设计图纸和测量控制点放出桩位，桩位平面偏差不大于50mm。在两侧定位架上以设计间距，用红色油漆做好标记，保证搅拌桩每次准确定位。

B开挖沟槽：开挖过程中，根据基坑围护内边控制线，采用挖机开挖，清除地下障碍物。

C调整桩架垂直，桩机移位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，移位要做到平稳、安全。桩机定位后，由当班机长负责对桩位进行复核，偏差不得大于2cm。

D桩机垂直度校正：在桩架上焊接一半径为5cm的铁圈，10m高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在1.5%内。

E桩长控制标记：施工前应在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长。

F水泥浆液拌制：施工前应搭建好可存放水泥的拌浆平台，对相关人员技术交底。

G搅拌桩机钻杆下沉与提升：按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液。钻杆提升速度不得大于0.5m/min，均匀、连续的注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。

H注浆、搅拌、提升：开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，按要求提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵。

I在每天施工完毕后，向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

2）、高压旋喷注浆加固方法

①施工工艺流程

高压旋喷施工工艺流程见图3-3如下：

图3-3高压旋喷施工工艺流程图

②施工方法

A将钻机安置在现场精确测设的孔位上，使钻头对准孔位中心。钻机安装定位要准确、水平、稳固。钻机就位后须作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，钻杆垂直度＜1%。

B钻孔的目的为了将注浆管插入预定的地层中。钻孔位置与设计孔位偏差不得大于50mm。

C喷射注浆管插入预定深度后，由下至上同时喷射浆液及空气（水）。注浆时随时检查浆液初凝时间、浆液流量、浆液压力、旋转提升速度及空气压力、空气流量（水压力、水流量）等参数是否符合设计及规范要求，并随时做好记录。

D钻杆的旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆继续旋喷时，其搭接长度不小于100mm。

E施工完毕后，冲洗干净注浆管等机具设备，管内机内不得残存水泥浆。

F将钻机等机具设备移至新孔位。

顶进前施工准备工作

（1）出洞口地基加固

出洞口地基加固须在顶管出洞前完成且加固强度指标须符合设计要求。

（2）地面准备工作

1）进行施工水电、通道、排水、照明等设备的安装。

2）施工材料、设备及机具须齐备满足工程的施工要求，管材、止水橡胶圈等备有足够的余量。

3）建立测量控制网，并经过监理的复核、认可。

（3）井内准备工作

1）制作安装井内下落梯；井内下落梯安装要求牢固，且必须安装防撞笼。

2）止水圈安装

顶管机本体通过洞口完全进入土体的全过程中，顶管机与洞口建筑空隙的止水密封，是保证顶管机顺利出洞的先决条件，洞口圈的止水密封一旦失去作用，不仅使开挖面土体平衡遭到破坏，而且将导致泥水的流失，造成顶管机周边的土体损失，从而引起洞口土体坍塌等严重后果，故必须在洞口设置密封性能良好的止水装置——止水圈。

止水圈部件由三个部分组成：橡胶圈、压环、压板。首先以膨胀螺丝圆D7=10/1040打好膨胀螺丝，然后将橡胶圈套在膨胀螺丝上，再将压环压在橡胶圈上，最后再将压板压在压环上，并上紧螺丝，压板可以沿着径向方向在50mm的范围内移动，从而控制橡胶圈的压紧程度。压板可以保证压紧止水橡胶圈，并在地下水压力太大时，防止橡胶圈翻出。

3）导轨安装和固定

导轨的作用是引导复合聚乙烯管按设计的中心线和坡度顶进，保证管节在进洞之前位置正确。导轨安装是否牢固与准确对管道的顶进质量影响较大，因此，安装导轨必须符合排水管的轴线、标高以及坡度的要求。导轨采用钢轨。

导轨安装好后，用角铁或槽钢固定在工作井的两壁和前导墙上。之后浇筑素混凝土加固，混凝土面低于导轨顶面10cm左右。

4）后靠背的下井及安装

后靠背平面应与顶进轴线垂直，可以采用千斤顶辅助安装，并使得后靠背与后座墙之间保留有100mm左右的空隙，用来填充混凝土。后靠背安装好后，要用角铁和后座墙固定连接。

5）激光架的安装

激光系统是引导顶管机正确顶进和纠偏的示位系统，其重要性可想而知。 激光系统由激光经纬仪、激光架和标靶组成。激光架的几何轴线要基本和顶进轴线垂直，以易于激光经纬仪对中。同时，要在激光架旁准确地做好激光经纬仪的对中点，确保激光经纬仪架好后，在顶进轴线上。

6）千斤顶的安装

在固定好导轨和后靠背，并安装好激光架后，就可以吊装千斤顶。几组千斤顶的整体几何中心轴线要和顶进轴线重合，千斤顶要尽量贴实后靠背。

7）浇筑后靠背素砼

后靠背和后座墙之间的空隙，要用素砼充填密实。

顶管出洞段施工

（1）顶管出洞施工步骤

设备调试→顶管机头靠近洞口→拆出洞口封门→顶管机切削加固土体→机头切口进入原状土、提高正面土压力值至理论计算值。

（2）出洞段顶进施工

1）拆出洞口封门的准备工作

对全套顶进设备做一次系统调试，在顶管机进入加固区时，应特别注意刀盘在穿越加固层时的切削性能。在确定顶进设备运转情况良好后，把机头靠近洞口封门10cm～50cm。

2）洞口封门拆除

洞口封门拆除前相关人员应详细了解现场情况和封门图纸，分析可能发生的漏水情况，并准备相应措施，制订封门拆除顺序和方法，分工明确，并由专人统一指挥，保证封门拆除迅速和安全

3）顶进施工

封门拆除后，应立即开始顶进机头，由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘，顶进速度应放慢。另外，可能会出现螺旋机出土困难，必要时可加入适量清水来软化或润滑水泥土。顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”，宜适当提高顶进速度，使正面土压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。

（3）出洞段施工参数

顶管机从始发井出洞后，应尽量减少水土流失，控制好地面沉降。应不断根据地面沉降数据的反馈进行参数调整，及时摸索出正面土压力、出土量、顶进速度、注浆量和压力等各种施工参数最佳值，为正常段施工服务。

顶管正常段顶进施工

（1）施工参数控制

1）正面土压力的设定

土压平衡式顶管机是利用土压力平衡开挖面土体，达到支护开挖面土体和控制地表沉降的目的，平衡土压力的设定是顶进施工的关键。

正面土压力采用Rankine压力理论进行计算：

P＝K0γZ

P：管道正前方的侧向土压力

K0：软粘土的侧向系数（参考《基坑开挖手册》）

γ：土的容重

Z：覆土深度

以上的理论计算值，只能作为土压力的最初设定值，随着顶进施工，土压力值应根据实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。

2）出土方案及出土量控制

在管节内铺设一根16kg/m轨道，采用1台平板车和1只3.0 m3土箱出土运输方案。在主顶平台上固定一台卷扬机用作拖动平板车的动力。

在顶进过程中，应尽量精确地统计出每节的出土量，力争使之与理论出土量保持一致，确保正面土体的相对稳定，减少地面沉降量。

（2）顶进轴线控制

在顶进过程中，应合理控制顶进速度，保证连续均衡施工，避免出现长时间搁置情况；不断根据反馈数据进行土压力设定值调整，使之达到最佳状态；严格控制出土量，防止欠挖或超挖。

（3）地面沉降控制

1）顶管施工前对全套机械设备进行彻底检查，保证顶进时具有良好的性能。

2）严格控制顶管的施工参数，防止超挖、欠挖。

3）严格控制顶进的纠偏量，尽量减少对正面土体的扰动。

4）施工顶进速度不宜过快，一般控制在15mm/min左右，尽量做到均衡施工，避免在途中有较长时间的耽搁。

5）在穿越过程中，必须保持持续、均匀压浆，使出现的建筑空隙被迅速充填，保证通道上部土体的稳定。

6）克服“背土”现象，利用在机头壳体顶部安装的压浆管和开设的压浆压注减摩泥浆，使土体和壳体上平面之间形成一泥浆膜，以减少土体与壳体的摩擦力，防止背土现象的发生。

7）注意克服顶管机机头旋转现象，除压浆纠转技术措施外，可利用该顶管机两套的刀盘驱动系统分别驱动两个刀盘进行相对或相反方向运转，两个螺旋输送机采用一个坐旋、一个右旋，以达到顶管机总体的力矩平衡。

8）选择具有资质的监测单位进行工程全过程监测，以准确、及时地了解路面、管线的沉降情况，并在顶进施工中根据反馈数据及时调整各类施工参数，保证道路和管线的安全。制定周密的顶管穿越道路、管线的施工监控方案及监控计划并严格执行。

（4）管节减摩注浆

为减少土体与管道间摩阻力，在管道外壁压注触变泥浆，在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果，在施工期间要求泥浆不失水，不沉淀，不固结。

1）泥浆配比（按公斤每立方米计）见下表3-2。

表3-2  泥浆配比表

压浆系统分为二个的子系统。一路为了改良土体的流塑性，对机头内及螺旋机内的土体进行注浆。另一路则是为了形成减摩泥浆套，而对管节外进行注浆。

3）压浆设备及压浆工艺

采用泥浆搅拌机进行制浆，按配比表配制泥浆，纯碱和CMC应预先化开（CMC可以边搅拌边添加），再加入膨润土搅拌20分钟，泥浆要充分搅拌均匀。

压浆泵采用HENY泵，将其固定在始发井口，拌浆机出料后先注入储浆桶，储浆桶中的浆液拌制后需经过一定时间方可通过HENY泵送至井下。注浆压力控制在0.05MPa左右。

4）压浆施工要点

① 压浆应专人负责，保证触变泥浆的稳定，在施工期间不失水，不固结，不沉淀。

② 严格按压浆操作规程施工，在顶进时应及时压注触变泥浆，充填顶进时所形成的建筑空隙，在管节四周形成一泥浆套，减少顶进阻力和地表沉降。

③ 压浆时必须遵循“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则。

④ 压浆顺序

地面拌浆→启动压浆泵→总管阀门打开→管节阀门打开→送浆（顶进开始）→管节阀门关闭（顶进停止）→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接2寸总管→循环复始。

⑤ 压浆量的计算(每节管节)

为了保证注浆效果，注浆量应取理论值的2～3倍。

（5）止退装置

当顶管掘进机的断面较大时，需设置止退装置。实际施工中，即使管节顶进了较长距离，前端阻力大，每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节仍会一起后退20～30cm。当顶管机和管节往后退时，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体面得不到稳定支撑，易引起机头前方的土体坍塌，若不采取一定的措施，路面和管线的沉降量将难以得到控制。

在前基座的两侧各安装1套止退装置，当油缸行程推完，需要加垫块或管节时，将销子插入管节的吊装孔，再放进钢垫块和钢板在销座和基座的后支柱间。管节的后退力通过销子、销座、垫块传递到止退装置的后支柱上。止退装置和基座焊接在一起，把管节稳住。为了减少管节的后退力，在管节上插入销子，在止退前应将正面土压力释放到0.09MPa左右。

顶管进洞段施工

（1）接收井封门形式

为了防机头进洞时洞内土体的塌方，在接收井洞门内预先浇注20～30cm厚的混凝土挡墙，作为接收井的封门形式。顶管机进洞时须凿除混凝土挡墙。

顶管接收井洞门封门结构见下图3-4:

图3-4 洞门封门结构图

（2）顶管机姿态复测

当顶管机头逐渐靠近接收井时，应加强测量的频率和精度，减少轴线偏差，确保顶管机能准确进洞。对洞门位置的坐标测量复核，并根据实际标高安装顶管机接收基座。

顶管贯通前的测量是复核顶管所处的方位、确认顶管状态、评估顶管进洞时的姿态和拟订顶管进洞的施工轴线及施工方案等的重要依据，使顶管机在此阶段的施工中始终按预定方案实施，以良好的姿态进洞，正确无误地座落到接收井的基座上。

（3）顶管进洞

因接收井洞门和管节间存在25cm的周边间隙，顶管机头进洞时容易引起水土流失，严重时会导致路面沉降、损坏地下管线，所以必须采取相应的措施，让顶管机头顺利进洞。

1）在顶管到达距接收井6m后，开始停止第一节管节的压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管进洞前形成完好的6m左右的土塞，避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。

2）在顶管机切口进入接收井洞口加固区域时，应适当减慢顶进速度，调整出土量，逐渐减小机头正面土压力，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定。

3）当顶管机头距离围护结构50cm左右时，暂停推进，凿出围护结构后，顶管机继续推进，缓慢地靠上接收井墙壁。此时要掌握好实际顶进距离和主顶的压力，当主顶压力突然升高，立即停止推进。

4）凿除洞门内的混凝土墙，迅速将顶管机头推进接收井，第一节管节离接收井内壁约30cm时停止推进，将机头与管节脱开。

5）用300吨吊车将顶管机头逐段吊出接收井。接受井内预制40cm宽的钢筋砼作接收架的基础，接收架采用δ=30钢板（3m×1m）和轨道（38kg/m）制作。

顶管进洞后的施工

（1）顶管机吊出

顶管机吊出接收井的具体实施步骤如下：

1）清除机头土压仓内和螺旋机内的土体；

2）拆除刀盘、螺旋机系统相关的液压和电线电缆；

3）拆除两台螺旋机，将拆下的螺旋机用出土小车拉至工作始发井，吊上地面；

4）通过伸缩纠偏千斤顶和加设垫块使机头与管节脱开，机头整体向前顶出，并平稳地落在接收平台上；

5）利用300吨吊车将顶管机头吊出接收井。

（2）浆液置换

顶管机头吊出接收井后，马上用砖头砌墙，将两头洞门与管节间的间隙封堵。注入双液浆，置换出触变泥浆，对管节外的土体进行加固。双液浆的水玻璃和水泥重量比为1：6。

浆液置换结束后尽快将管节和工作井钢洞门用钢筋连成一体，浇注混凝土，和工作井内壁浇平。

（3）管节间嵌缝

顶管施工结束后，管节间的缝隙采用双组分聚硫密封膏填充。嵌缝前必须将缝隙内的杂质、油污清理干净，做到平整、干净、干燥。配制好的聚硫膏在缝两侧先刮涂一遍，第二次在缝中刮填密封膏到所需高度。要求压紧刮平，防止带入气泡而影响强度和水密性。密封膏表干时间为24h，7天后才达到80％强度，在密封膏在未充分固化前要注意保护，防止雨水侵入。

顶管施工测量

（1）、顶进轴线架设

按业主所提供的城市坐标点连接出洞和进洞之间的两点坐标及高程，以坐标值的计算建立坐标系。

（2）、建立施工顶进轴线的观测台

按坐标系放样后靠观测台（后台），使它精确地移动至顶管轴线上，用它正确指挥顶管的施工，以后按施工的情况，决定定期复测后台的平面和高程位置。

（3）、坡度计算

按三等水准连测两井之间的进出洞的高程，计算实际顶进坡度。

（4）、顶管施工测量

在后台架设全站仪一台，在井壁上设置后视控制点（顶进轴线）测顶管机的前标和后标的水平角和竖直角的全测回，计算出顶管的头尾的平面和高程偏离值，正确指导顶管施工。

（5）、注意问题

顶管施工初次放样及顶进中测量极为重要，另外由于顶管后靠位置在顶进中可能发生变化，后台的布置应保持固定不动，确保顶管施工测量的正确性。

管节生产及运输

每环管节为一整体，管节厚度500～1000mm，管节两端分别预埋钢套环和钢环，管节内还预留对称压浆孔和起吊孔及翻身孔。

（1）、管节生产

矩形管节制作模具采用可拆式，并具有足够的刚度和精度的内外模和底模三大部分组成的整体性良好的钢结构模具。

钢套环、钢环和钢筋笼采用机械成型和专用靠模焊接的制作工艺，钢筋骨架在标准模架上定位焊接成型，并采用专用吊具由行车将钢筋笼骨架整体吊运和入模。

管节采用自拌混凝土，用混凝土料斗经行车作短途水平运输至模具上方，按照对称、均匀和分层三要求向模内布料，经高频插入式振捣器振捣后成型，然后采用帆布覆盖钢模自然养护。

（2）、管节的运输

1）管节出厂运至工地时，管节应承口朝下平稳地放于有专用支架的运输车辆的车斗内。

2）管节运输、堆放时下面应搁置柔性材料的垫料，管节运输时不要使其损坏。

3）配备能满足施工需要的管节运输车辆，确保顶管推进连续性。

4）装卸、搬运及运输时，对混凝土管节的棱线部分，采取适当的防护措施，以防止损坏。

5）管节接头等附件，必须分别打包，注明品种、数量后再运输。

6）运输和搬运过程中损坏的管节，必须按技术负责人的指示，作废、修理等处理。

（3）、贮存及堆放

1）管节应按生产日期及型号排列堆放整齐，并应搁置在柔性垫条上，垫条厚度要一致，搁置部位上下一致。

2）管节堆场坚实平整，堆放整齐，堆放高度在生产地点不超过一层。

3）管节贮存时须充分注意不要让管节产生有害的裂纹或永久性变形等，需要选择适当的贮存场所和贮存方法，以免因其自重造成的贮存场所不均匀下沉和垫木变形而产生异常应力和变形。不要让油类、泥等污损管节。

4）管节接头必须按要求做好防腐处理，不要让这些附件因接触到雨水和露水等产生锈蚀，不要粘附灰尘、砂粒等，以防降低品质。

4 机械设备配置

机械设备配置原则：满足工程的设计要求和工期要求，以最合理的施工设备配套，提高设备的利用率，保证提供设备的良好状况，确保施工的顺利完成。

顶管施工机械设备配置如下表4-1所示：

表4-1顶管施工机械设备配置表

根据顶管工程施工生产安排及各工序需用工种人数，按照计划安排，合理组织管理人员和施工人员。其劳动力计划如下表5-1所示：

表5-1 劳动力计划表

顶管后靠安装质量控制要点

（1）后靠位置及高程控制

后靠自身的垂直度、与轴线的垂直度对今后的顶进也至关重要。钢后靠根据实际顶进轴线放样安装时，与始发井内衬墙预留一定的空隙，固定后在空隙内填C20素砼，使钢后靠与墙壁充分接触。这样，顶管顶进中产生的反顶力能均匀分部在内衬墙上。钢后靠的安装高程偏差不超过5mm，水平偏差不超过7mm。

（2）质量检查

顶管施工时主顶是依靠后靠作为支座给管节和顶管机提供推力，顶管后靠位置在顶进中可能发生变化，因此在施工过程应随时检查后靠位置是否有松动现象，如有应及时进行加固处理，以保证后靠均匀的给主顶供反力。

洞口密封装置质量控制要点

（1）螺孔位置复核及安装

为了防止顶管机始发掘进时土体或水从间隙处流失，工作井内衬墙施工时在洞圈预埋环状钢板，顶管出洞前安装止水装置。安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致，并用螺丝攻清理螺孔内螺纹。安装顺序为帘布橡胶带→环形钢板→扇形铰链板，自上而下进行。安装时环形钢板的压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶带紧贴洞门，防止顶管始发后触变泥浆浆液泄漏。

（2）渗漏水处理

顶管机始发掘进时土体或水从顶管与洞门间隙处流失，工作井内衬墙施工时在洞圈预埋环状钢板，顶管出洞前安装止水装置。如果在顶管出洞过程中出现大量水或土体从顶管机与洞门间隙处流失，应采取如下措施进行处理：

1）、收紧橡胶帘布，使其紧贴顶管机，防止土体或水从顶管机与帘布间泄漏。

2）、对顶管出洞口压注双液浆液，达到固结土体和止水的目的。

洞门封堵墙拆除质量控制要点

准确测量定出隧道洞门中心线，对洞口进行放样开凿。洞门砼凿除前，通过设置的观察孔察查加固土体情况，确定加固土体达到要求后，才能进行洞门砼的凿除除工作。

封堵墙凿除时在接收井内搭设工作平台，采用人工凿除，对封堵墙混凝土进行井字形分格，先凿除井格下的混凝土，最后一排钢筋暂不切割，准备起重设备，由下而上切割洞门井格上的钢筋，切割一块并快速吊除，待洞门混凝土拆除完毕，顶管机迅速靠上洞门土体，以防土体因暴露时间过长引起坍方、涌水现象。

顶管顶进质量控制要点

（1）顶管轴线控制

初期顶进顶管机头先行入土，应均匀出土，控制好初始偏差，并及时调整后座千斤顶合力中心来控制初始偏差，确保机头初始状态稳定和轴线顺直。推进距离较短时，需尽早调整好参数，结合地面沉降数据，调整出土速度，控制好正面土压，确保地面沉降量控制在+10mm～-30mm之间。顶管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以避免土体出现较大的扰动及管节间出现张角。

（2）管节减摩

制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。为使顶进时形成的建筑间隙及时用润滑泥浆所填补，形成泥浆套，达到减少摩阻力及地面沉降。压浆时必须坚持“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则，注浆压力控制在0.5kg/cm2左右。

顶管出洞质量控制要点

（1）顶管磕头防治

顶管始发基座为钢结构，位置按设计轴线准确放样，焊接成整体吊入井下就位。钢轨中心与洞门中心位于同一竖直面内，为防止顶管机出洞时发生磕头现象，始发基座纵坡比设计坡度大2‰，底面的工字钢与预埋的钢板焊接，并对两侧加设支撑加固，防止顶管推进时发生侧移。安装时按照测量放样的基线吊入井下就位、固定。始发基座水平轴线的垂直方向与后靠架的夹角偏差＜±2‰，顶管姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±3‰。

（2）土体大量流失防治

为防止进出洞时，大量的土体从洞口流入井内，造成洞口外侧地面大量沉降，应采取如下措施进行控制：

1）、洞口土体加固应提高施工质量，保证加固后土体强度和均匀性；

2）、洞口封门拆除前应充分做好各项准备工作；

3）、洞门密封圈安装要准确，在顶管推进的教程中要注意观察，防止顶管刀盘的周边刀割伤橡胶密封圈。密封圈可涂牛油增加润滑性；洞门的扇形钢板要及时调整，改善密封圈的受力状况；

4）、在设计、使用洞门密封时要预先考虑到顶管机壳上的凸出物体，在相应位置设计可调节的构造，保证密封的性能。

5）、对洞口进行注浆堵漏，减少土体的流失。

7 安全注意事项

顶管进出洞风险分析及预防措施

（1）进出洞风险分析

通过施工实践中总结，顶管施工进出洞风险因点如下： 

1）、加固质量或效果不佳，导致洞门混凝土凿除时坍方，影响工程及人身安全

2）、洞口密封装置安装质量不佳，导致渗漏，严重者可导致坍方

3）、后靠支撑系统或基座设计不牢靠或加工、安装质量控制不严，导致在顶管就位或推进时损坏。

（2）预防措施

1）、在洞门凿除前，首先开挖样洞，确认加固情况良好时方可凿除洞门，否则必须进行补充加固。在凿除洞门混凝土时，应安排人员进行现场专职监护，一旦有险情发生，首先应立即停止洞门混凝土凿除，同时用木材或型钢类材料进行支护，用叠包的方式进行临时封堵，以控制险情的扩大，然后采取加固补强措施直至正面土体稳定。

2）、对于洞门止水装置，选用有丰富的施工经验的人员进行施工，施工中加强管理，保证其安装质量，确保顶管进出洞安全。

3）、在推进过程中合理控制顶管的总推力，且尽可能使千斤顶合理编组，使之均匀受力。采用素混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处的缝隙，除充填密实外，还必须确保填充材料强度，使推力能均匀地传递至工作井后井壁。在构件受力前还应做好填充混凝土的养护工作。对体系的各构件必须进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性验算。各连接点应采用合理的连接方式保证连接牢靠，各构件安装要定位精确，并确保电焊质量以及螺栓连接的强度。

顶管下穿管线及道路应急处理措施

（1）、技术措施

顶管顶进速度是保证切口土压力稳定、正面出土量均匀的主要手段，在顶进时不断调整速度，找出顶进速度、正面土压力、出土量三者的最佳匹配值，以保证顶管的顶进质量，让顶进设备以最和顺状态工作。

1）严格控制顶管的施工参数，防止超、欠挖。

2）顶进过程中应严格控制顶管顶进的纠偏量，尽量减小对正面土体的扰动。

3）施工过程中顶进速度不宜过快，一般控制在15mm/min左右，尽量做到均衡施工，避免在途中有较长时间的耽搁。

4）在穿越道路或建筑物过程中，必须保证持续、均匀压浆，使出现的建筑空隙能被迅速得到填充，保证管道上部土体的稳定。

5）顶管结束后，及时打开管节上的注浆孔，压入水泥-水玻璃双液浆置换管道外的触变泥浆，防止触变泥浆泌水后引起地层沉降。

（2）、应急处理措施

1）成立应急处理小组，制定应急预案，并做好充分准备，一旦出现异常情况，立即启动应急预案。在施工过程中保持与管线、道路相关单位的密切联系。

2）尽可能在路面预留跟踪注浆孔备用，每条通道上设置两排注浆管，排距为3m，轴向注浆管间距为5m，一旦路面出现严重沉降，及时进行双液注浆，注浆量视实际情况而定，确保管线差异沉降量控制在10mm以内。跟踪注浆采用两种不同配比的双液浆，配比分别如表7-1、表7-2：

              表7-1   缓凝双液浆配比表（1m3）                 单位：kg

工程简介

上海轨道交通9号线一期R415标中春路站为地下二层岛侧混合式站台、站前折返车站，车站全长439.24m。车站附属工程7号出入口为下穿沪松公路的地下通道，由顶管始发井、接收井及一条长44.725m的矩形顶管隧道和出入口斜坡段组成。顶管工作井围护结构采用φ850SMW工法桩，顶管始发井位于沪松公路南侧，净空尺寸为9.2m×8m，深度10m，内衬墙厚80cm；顶管接收井设在沪松公路北侧，紧靠车站主体结构，呈四边形结构(5m×8m)，与顶进轴线垂直，内衬墙厚80cm，始发井及接收井均采用明挖顺作法施工。

顶管出洞口由于受上水管影响，采用φ800双重管进行加固，加固区纵向宽度为沿顶管通道纵向3m，横向宽度为10.8m，深度为地面下16m；顶管进洞口采用三轴水泥土搅拌桩进行加固，加固区纵向宽度为沿顶管通道纵向2m，横向宽度为10.6m，深度地面下16m；顶管后靠部位采用三轴水泥土搅拌桩进行加固，加固区宽度为3m，长度为10.8m，深度为地面下16m。

采用4m×6m偏心多轴土压平衡式矩形顶管机进行掘进施工，顶管推进坡度+0.2%，平均覆土厚度为4.4m。顶管结构全部采用预制矩形钢筋混凝土管节，管节接口采用“F”型承插式，接缝防水装置采用锯齿型止水圈和双组分聚硫密封膏。管节外形尺寸为6000mm×4000mm，管壁厚为500mm，长度为1.5m，单节重约33.7t，共29节。管节混凝土强度为C50，抗渗等级为S8。

顶管施工在②褐黄～灰黄色粉质粘土、③灰色淤泥质粉质粘土中作业，顶管将穿越沪松公路，地下管线有上水管、电力电缆、上水管、电话电缆、路灯线、煤气管等管线。各种管线中φ700煤气管和上水管管底距顶管顶部距离最近，仅为1m左右。

施工情况

7号出入口顶管工作井自2006年10月27日开始施工，于2007年2月15日施工完成。顶管机于3月12日进场，前期设备安装及调试工作进展顺利，顶管机于2007年3月24日出洞。考虑到对工作井出洞处φ300给水管进行保护，顶管出洞口加固变更为φ850高压旋喷桩，较之原设计的φ850水泥土搅拌桩强度更大。因此，出洞过程较为困难，磨桩时间相应延长。顶进过程中遭遇部分硬土夹层（主要为②３层灰色粉砂，局部还夹杂薄层粉性土）及局部水泥块，对施工过程中的轴线控制极为不利，给工程的施工带来了极大的困难。自进入原状土后，机头姿态不断走高，最高时为顶进距离为21m时超出设计轴线335mm。为此，经过多次专题例会，针对每一阶段的实际情况，分别采取了如下措施对顶管机姿态进行纠偏： 

（1）、在顶管后体下部利用顶管机本身的4个取土孔（海底仓）对顶管机下部进行取土，取土方式为人工取土，同时在顶管机后三节管节的底部各开2个φ150mm的取土孔，对顶管底部进行取土，以达到使顶管机标高不断下降的目的。详见图8-1，图8-2，图8-3。

图8-1螺旋机内取出的水泥块                       图8-2各类取土工具

                       图8-3工人抢修堵塞的螺旋机

（2）、采取在顶管机后部增加压铁的方法对顶管机进行压重，在顶管中后期的施工过程中我们共在顶管机后部增加了20吨的压铁，以使顶管机姿态在掘进过程中不断下降。

通过采取上述措施并在工程实践中及时总结，不断优化，顶管高程逐渐走低，进洞时切口标高仅比设计洞门中心高+22mm，顶管机于2007年5月2日顺利进洞。顶管推进过程中对沪松公路车量及人流通行基本无影响，管线沉降位于正常值范围内。

工程经验

（1）、顶管工程在条件允许的情况下，应尽量增加顶管的埋深（≥1.5D），增加覆土重量，防止由于覆土厚度不够顶管机姿态发生上偏而给施工带来较大的难度。

（2）、顶管轴线控制较盾构轴线难度大，在进行顶管姿态控制时应做到早纠、勤纠，一旦出现姿态偏移量较大的情况，很难纠正到设计轴线上来，同时在纠偏的过程中对土体挠动较大，周围地表及管线沉降较大，对周边环境保护的难度较大。

（3）、顶管顶进过程中应加强监测频率，严格监控地面尤其是顶管机头正前方地面变化情况，由此作为制定顶进参数的重要依据。

（4）、对于重要管线需采取悬吊保护或其他主动保护措施，保证管线的沉降在允许范围内，把对周边环境的影响减小到最低。

关键图片

图8-4顶管机下井

图8-5顶管机主顶安装

图8-6顶管机正常推进

图8-7顶管机进洞

图8-8顶管机进洞

图8-9顶管机解体吊出

图8-10浆液置换

图8-11管节嵌缝

图8-12成型通道