《液压顶管施工工艺》-------2009.5.28
1、液压顶管法施工的原理
工程施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井,工作井内设置坚固的后座,吊进油压千斤顶以及要顶进的混凝土管,接好照明,油管等管线, 然后用油压千斤顶缓慢顶进,通过人工开挖方式，将混凝土管顶进。在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向,边顶进边排土边调整,直至将混凝土管顶至接收井内。工作流程如下：现场勘察与探测测量放线工作坑设置设备进场安装液压顶管场地清理竣工验收
工作场景：
上图仅是主机及工作坑示意图，加上附属机械及材料、备件等，整个工作坑场地面积需20㎡才能满足施工需要。
2、液压式顶管施工技术方案
2.1测量放线
根据规划施工，先用经纬仪在现场地面上准确放出管道铺设的中线控制桩，控制桩必须保护好，待工作坑挖好后，再用经纬仪将管道中线
控制桩引至工作坑保护好，确保施工使用时管道中线的准确度。
2.2 工作坑设置
1、工作坑设置及规格
为节约成本和优化施工，根据施工图设计基础，采取检查井所在位置设置工作坑，避免修筑检查井时重复开挖，且检查井间距70m，符合一次性顶搞施工要求。工作坑底部为矩形，坑底尺寸为5m（长度）×4 m（宽度），高度H（3.6～5.8m）根据污水管道设计埋深确定。
2、工作坑土方开挖
工作坑挖土采用机械开挖，并与人工配合操作。土方开挖前先做好定位放线工作，对施工范围内的地下管线及构筑物进行技术交底，查明地下管线走向及埋深。并设专人会同相关单位对地下管线进行监护，确保地下管线及构筑物的安全。首先开挖上层土，采取从上往下逐层开挖的方式，严格遵循“分层开挖、严禁超挖”及“大基坑小开挖”的原则。工作坑边不准堆积弃土，不准堆放建筑材料、存放机械、水泥罐及行车。基槽边外部荷载不得大于15kpa。槽边不得有常流水，防止渗水进入基槽及冲刷边坡，降低边坡稳定。工作坑挖掘支护完成后，立即进行彩钢板围挡，并设立醒目施工安全警示标志。
3、工作坑支护设置
根据施工设计和现场情况分析，为防止工作坑坡面坍塌，坑壁应作支护处理。采用20mm厚木板（或采用钢模板）钢管支撑，满铺设置，保证工作井能顺利施工。
4、工作坑排水
液压顶管要求操作坑内无水作业，基坑底面的浮泥应清除干净并保持平整和干燥。施工期间若出现暴雨天气，坑内四周以土筑0.3m宽，0.4m高土埂拦水，坑内挖0.3m×0.3m边沟，将雨水以3‰坡率引往集水坑，及时用Φ50口径污水泵排出，不致浸泡边坡和影响作业。
5、工作坑底板设置
土方支护完成后即可浇筑底板混凝土垫层。坑底面应尽量整平；清除浮泥，防止封底混凝土和基底间渗入有害杂质；底脚与封底混凝土接触面处的泥污应予清除；底板垫层混凝土强度为C10，厚度为100mm。底板预埋导轨以便于管道顶进。
6、工作坑后基座设置
由于该路段地下土质强度不够，不能作为天然后背墙，另设整体式后座墙做为后背，后座墙的整体强度需保证在设计顶进力作用下不被破坏，后座墙尺寸设计为1 m×0.8m×1m，混凝土强度为C25，为现场浇筑钢筋混凝土，内置φ12@200×200的钢筋笼。后座墙完成后加垫20mm的厚钢板组成装配式后背墙，满足顶管的最大顶力。
如下图所示：
工作坑剖面图
工作坑平面图
2.3顶力计算与后背设计
本工程是将混凝土墙加垫钢板作为千斤顶的后背墙。
1、后背结构及抗力计算
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。
所以，应进行强度和稳定性计算。本工程采用现浇整体式后座墙组合钢板结构，这种后背安装方便，安装时应满足下列要求：使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
①顶力计算
推力的理论计算：（以Φ800mm计算）
F=F1十f2
其中F—总推力
Fl一迎面阻力F2—顶进阻力
F1＝π/4×D2×P (D—管外径0.96m，P —控制土压力)
P＝Ko×γ×Ho
式中Ko—静止土压力系数，一般取0.55
Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值5.23m
γ—土的湿重量，取1.9t/m3
P＝0.55×1.9×5.23＝5.47t/m2
F1=3.14/4×0.96×2×5.47＝8.24t
F2＝πD×f×L
式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取1.6t/m2
D—管外径0.96m
L—顶距，取值70m
F2＝3.14×0.96×1.6×70＝337.61t。
因此，总推力F=8.24+337.61＝345.85t。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。工作井（Φ800mm顶管）设计允许承受的最大顶力为600t，管材轴向允许推力600t，主顶油缸选用两台(根据现场实际情况
定)300t(3000KN)级油缸。油缸顶力控制在300t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力600t。因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
②后背的计算
后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形即象是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。
后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶在余面后背上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工案例，施工时应对后背的强度和刚度计算
后靠背受力计算公式
式中：
R-总推力之反力（一般大于推力的1.2－1.6）
a－系数（取1.5－2.5之间），此处取2
B－后座墙的宽度（M）此处取1米
γ－土的容重（KN/M3)
H－后座墙的高度(m)，此处取1米
Kp-被动土压系数
c-土的内聚力（kPa) 一般情况下取10
h-地面到后座墙顶部土体的高度（M），此处取4米
按上式计算，工作井后背加护套后能承受432T顶力＞实际顶力345.85T。完全能满足要求。
2.4设备安装
在起始工作坑基础上按设计铺设顶管导轨，距起始工作坑壁2m外
安放液压站设备及操作人员，主顶油缸固定在支架上，与管道中心的垂线对称。
①两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致；
②导轨安装的允许偏差应为：
轴线位置：3mm
顶面高程：0～+3mm
两轨内距：±2mm
③安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常检查校核。
④千斤顶宜固定的支架上，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。
⑤油泵宜设置在千斤顶附近，油管应顺直、转角少。
⑥顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫，当顶力接近管节材料的允许抗压强度时，管端应增加U形或环形顶铁。
⑦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。
⑧下管时工作坑内严禁站人，当管节距导轨小于50㎝时，操作人员方可近前工作。
⑨严禁超负荷吊装。
2.5导轨
要求设置牢固可靠、轨距、高程正确。一般可直接用坑底作为导轨基础，其导轨采用P38(每米38kg)、长3m两根，导轨内距45cm，安装
后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常检查校核。
2.6顶管
①采用手工掘进时，工具管进入土层过程中，经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。在正常情况下，每顶进一节混凝土管节测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。另外，指示轴线在顶进工程中，必须利用联系三角形法定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。
②在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程方向进行测量，“勤测勤纠”，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，改变方向，从而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。
施工过程中，及时了解工具管的趋势对纠偏十分有利。如果轴线偏差较小，且趋势较好(沿设计方位)，就可省去不必要的测量和纠偏，提供更多的顶进时间；如轴线偏差较小，但工具管前进趋势背离设计轴线方向，则要及时进行有效的纠偏，使工具管不致偏离较大。
③要求勤挖勤顶，不可超挖和欠挖。
2.7接口处理
对管道的设置位置、标高进行检查，确实无误后，才进行管道接口
处理。接口是管道的薄弱环节，易发生渗漏，若管接口施工质量差，管道接口在外力作用下容易产生开裂。混凝土管节表面应光洁、平整，无砂眼、气泡，接口尺寸符合设计规定，接口应保持清洁无油污，接口防水采用V型切口，用纯水泥砂浆对管进行处理，再用1：2水泥砂浆对切口进行封抹，最后采用树脂漆和玻璃纤维进行两次封堵，直到达到闭水要求，满足设计要求及国家验收规范。
2.8 场地清理
施工产生的工程土、垃圾采用施工车拉至指定地点卸下，做好场地清理工作，给后续施工单位创造条件。检查井的砌筑、土方回填及恢复路面由专业施工队伍负责，并达到设计要求。
2.9 顶管注意事项
①通风设施
由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。通风设施为坑内设置鼓风机向施工管道内排送新风将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。
②电源布置
⑴动力用电
由于管道内的电机采用380V动力电，因此，进入管道的动力电必须做到二级保护和接地保护措施，动力电源线设置在操作人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。
⑵照明用电
由于管道内的空气湿度较大，因此，采用36V低压照明电，低压电须通过变压器降压。灯具采用防水防爆灯具。
③顶管注意事项
工具管纠偏后，刃脚后形成一个空隙，管道顶进时周围的土体会塌入空隙，造成地面沉降。为避免这种情况，在顶管顶进时，要及时测量，勤测勤纠，避免大角度纠偏。