手掘式顶管施工作业指导书

手掘式顶管施工作业指导书

（目录）

一、概述 (2)

二、适用范围 (3)

三、顶管施工的基本原理 (3)

四、手掘式顶管施工工艺流程 (3)

五、长距离顶管施工 (15)

六、手掘式顶管施工中的常见问题及处理方法 (17)

七、顶管施工发展趋势 (24)

一、概述

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，因此与开挖法埋管相比，顶管法施工有以下优点：

1、顶管施工是非开挖铺管技术的一种，其在国外已广泛使用，在国内也逐渐普及。由于不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，甚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，管路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，减少动迁房，缩短管线长度，有很大的经济效益。

顶管施工最早始于1896年美国的太平洋铁路铺设工程施工中，我国的顶管施工最早始于何时，已无确切的资料记载，据了解，在上世纪五十年代初，北京、上海等一些城

市已开始进行顶管试验；我市最早进行顶管施工约在上世纪八十年代初，最早的顶管施工都是些手掘式顶管，设备也比较简陋，在1964年前后，上海开始试验机械式顶管施工；经过50余年的发展，顶管施工已随方兴未艾的城市建设越来越普及，顶管施工已发展成为一门非开挖施工技术，应用领域也越来越宽；目前，机械式顶管施工已在沿海城市得到普及，顶管施工理论也日臻完善，但在西安地区，手掘式顶管施工仍是现今管道施工

中普遍采用的施工方式。

二、适用范围

本施工方法适用于能自立的土中，如粘土、亚粘土，在采取注浆或降水的辅助施工后，可适用于砂性土，砂砾土等。此法不适用于岩层，明水河床等地质情况。

采用本施工方法可敷设穿越地面构（建）筑物、管径在1.0~2.5m的给水管道、排污管道、工业地下管道等。

三、顶管施工的基本原理

顶管施工就是利用人工或机械挖土，借助于主顶油缸及管道中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接受坑内吊起；与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。四、手掘式顶管施工工艺流程

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

1、施工准备

⑴、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。

⑵、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；

④、工程用地、交通运输及排水条件；

⑤、施工供水、供电条件；

⑥、工程材料、施工机械供应条件；

⑦、结合工程特点和现场条件的其他情况和资料。

⑶、顶管工程施工前，施工单位应编制实施性施工组织设计、基坑开挖及支护专项方案、用电施工组织设计等。

⑷、顶管工程施工前，施工单位应接受建设单位组织的有关单位向施工单位进行的现场交桩，并办理交桩手续。

⑸、临时水准点和管道轴线控制桩的设置应便于观测且必须牢固，采取保护措施并经常校核。

⑹、对已建管道、构筑物等与新建管道衔接的平面位置和高程，开工前应进行校对复核。

2、工作坑位置及开挖尺寸确定

⑴、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、有可利用的坑壁原状土作后背；

②、工作坑尽量设在沿线检查井及交汇折点、变管径检查井处；

③、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；

④、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。

⑵、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+S

L=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2m

L—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1.5m

L3—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+h3

H2=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、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。目前西安地区手掘式顶管施工普遍采用的支护方式是板撑支护和钢筋混凝土逆作法支护，板撑支护主要用于土质稳定、无地下水、管道埋深较浅的工作坑，混凝土逆作法支护主要用于土质不稳定、管道埋置较深、地下水位高的工作坑。在砂层地段，工作坑开挖前往往还要进行预支护，目前西安地区广泛采用的是高压旋喷桩预支护。

4、基础及导轨安装

⑴、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。

⑵、工作坑导轨宜选用钢质材料制作，并应有足够的刚度，一般采用重型钢轨，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，丙机场检查校核。

⑶、两导轨间距可按照下式计算：

A=2√(D-h+e)(h-e)

式中：D-管外径(mm) h-导轨高度(mm) e-管外底距基础的距离（一般为10-25mm）

⑷、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：±2mm

5、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、利用坑壁原土作后靠背时，后背土壁应铲修平整，并使壁面与管道顶进方向垂直。具体做法是：在平直的土壁或撑板前横排15cm×15cm方木，与土壁或撑板贴紧，方木前可设置立铁，立铁前再横向叠放15cm×40cm横顶铁；方木应卧到工作坑底以下一定深度（1m左右），使顶镐的着力中心高度不小于方木后背高度的1∕3。

⑵、利用混凝土墙作后靠背时，由于主顶油缸较细，对于后靠背的混凝土墙来说只相当于几个点，如果把主顶油缸直接抵在座墙上，则后座墙极易损坏，为防止此类事件发生，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，称之为后靠板，这样后座墙就不易损坏了。

6、顶管设备安装

⑴、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。主顶油缸是管子推进的动力，其额定顶力一般为2000KN-5000KN，行程有0.25、0.5、0.8、1.2m，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-42MPa之间，高的可达50MPa；主顶油缸宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；当主顶油缸多于一台时，宜取偶数，且其规格宜相同；当规格不同时，其行程应同步，并应将同规格的主顶油缸对称布置；主顶油缸的油路应并联，每台主顶油缸应有进油、退油的控制系统。

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。

⑵、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直顶铁、环形顶铁、弧形顶铁、和马蹄形顶铁四种；安装后的顶铁轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁的允许联接长度，应根据顶铁的截面尺寸确定。顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并随时观察顶铁有无异常现象。

⑶、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，找一防雨篷布为工作棚，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。

⑷、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Φ40MM），当在基坑四周固定时，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50crn。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。

⑸、顶管工作坑允许偏差应符合下表的规定。

注：表中H为后背的垂直高度，L为后背的水平长度。

⑹、顶管工作坑坑内布置

7、管道顶进

⑴、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。