室外管道的不开槽法施工文档格式.docx
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1—单向坑；
2—双向坑；
3—交汇坑；
4—多向坑
（2）工作坑的尺寸
工作坑应具有足够的空间和工作面，方能保证顶管工作顺利进行。
其尺寸和管径大小、管节长度、埋置深度、操作工具及后背形式有关。
工作坑的尺寸可按图14-3所示由公式进行计算。
图14-3工作坑尺寸图
1—管子；
2—掘进工作面；
3—后背；
4—千斤顶；
5—顶铁；
6—导轨；
7—内涨圈；
8—基础
1）工作坑的宽度：
W=D1+2B+2b（4.1）
或中W——工作坑底部宽度（m）；
D1——管道外径（m）；
2B+2b——管道两侧操作空间及支撑厚度，可取2.4~3.2m。
2）工作坑的长度：
L=L1+L2+L3+L4+L5（m）（4.2）
式中L——矩形工作坑的底部长度（m）；
L1——工具管和长度（m），当采用管道第一节管作为工具管时，钢筋混凝土管不宜小于0.3m，金属管不宜小于0.6m。
L2——管节长度（m）;
L3——出土工作间长度（m）;
L4——千斤顶长度（m）;
L5——顶管后背的总厚度（m）
3）工作坑的深度：
当工作坑为顶进坑时，其深度按公式（4.3）计算
H1=h1+h2+h3（4.3）
当工作坑为接收坑时，其深度按式（4.4）计算。
H2=h1+h2（4.4）
式中H1——顶进坑面至坑底的深度（m）;
H2——接收坑地成至高底的深度（m）；
h1——地面至管道底部外缘的深度（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。
但不应小于该处井室的基础及垫层厚度（m）。
（3）工作坑的基础
为了防止工作坑地基沉降，影响管道顶进位置的准确性，应在坑底修筑基础，常用基础形式为混凝土基础和枕木基础。
含水弱土层通常采用混凝土基础，混凝土基础的尺寸根据地基承载力和施工要求而定。
一般混凝土的宽度比管径大40cm为宜，长度至少为管长的1.2~1.3倍，通常采用2节管长，基础的厚度为20~30cm、强度等级为C10~C15。
当地下水丰富、土质很差时，混凝土基础可铺满全基坑，基础厚度和强度等级也可适当增加。
当土质密实、管径较小、无地下水、顶进长度较短时，可采用枕木基础，枕木基础用方木铺成，其平成尺寸与混凝土基础相同。
根据地基承载力的大小，枕木基础又分疏铺和密铺两种。
枕木一般采用15cm×
15cm的方木，疏铺枕木的间距为40~80cm。
（4）导轨
导轨设置在基础之上，其作用是引导管子按照设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土中之前位置正确。
导轨有钢导轨和木导轨两种，其长度以满足施工要求为准，一般等于基础的长度。
1）轨道距离：
施工中应首先选用钢导轨，钢导轨一般采用轻型钢轨，管径较大时，也可采用重型钢轨，如图14-4所示。
两根钢轨的距离控制在管径的0.45~0.6倍之间。
图14-4
2）导轨的安装方法及技术要求：
由于导轨是一个定向轨道，其安装质量对管道顶进工作影响很大。
因此安装后的导轨应当牢固，不得在使用中产生位移；
并且要求两导轨应顺直、平行、等高或略高于该处管道的设计高程，其纵坡应与管道设计坡度相一致。
安装导轨时，应首先利用垂球和直尺确定导轨的间距和平面位置，然后测出导轨各点的实际高程，并与设计高程相比较，确定导轨的高程调整量后进行安装。
当钢轨安装在混凝土基础上时，可在浇筑混凝土基础时，在混凝土基础内预埋作为轨枕的方木，如图14-6所示。
导轨用道钉固定在方木上，或者在混凝土基础内预埋工字钢或槽钢，将钢轨放在预埋件上，用电焊接钢轨与预埋件焊牢；
也可以在浇筑混凝土时，在道钉周围预留孔洞，钢轨稳好后，穿上鱼尾地脚螺栓，浇筑二次混凝土。
导轨的安装精度必须满足施工要求。
其允许偏差为：
轴线3mm；
顶面高程0~+3mm；
两轨内距±
2mm。
图14-6基础预埋方木稳轨
（5）后背与后座墙
后背是千斤顶的支撑结构，承受着管子顶进时的全部水平顶力，并将顶力均匀地分布在后座上。
后背应具有足够的强度、刚度和稳定性，当最大顶力发生时，不允许产生相对位移和弹性变形，此外要考虑后背是临时结构，应力求节约。
1）后背形式：
常用的后背形式有原土排木后背、刚板桩后背、管后背和人造重力式后背。
当管道埋置较深，顶力较大时，也可采用沉井后背或地下连续墙后背。
后座墙主要采用原土座墙，这种后座墙造价经济、修建方便。
一般的粘土、亚粘土、砂土都可做原土后座墙。
根据施工经验，原土后座墙的长度一般不小于7m，选择工作坑的位置时，应尽量考虑利用原土后座墙。
a、原土排木后背：
当顶力较小，土质良好，无地下水或采用人工降低地下水效果良好时，可采用原土排木后背，其结构形式如图14-8所示。
该后背紧贴垂直的原土后座墙密排15cm×
15cm或20cm×
20cm的方木，其宽度和高度不小于所需的受力面积，排木外侧立2~4根立铁，一般为40号工字钢，放在千斤顶作用点位置，在立铁外侧放一根大刚度横铁，千斤顶作用在横铁上。
b、钢板桩后背：
当顶力较大，土质较好，且有地下水或降水效果不理想时，可采用钢板桩后背，其形式如图14-9
图14-8原土排木后背图14-9钢板桩后背
1—方木；
2—立铁；
3—横铁；
4—基础；
5—导轨1—钢板桩；
2—横铁；
3—封闭框架支撑；
4—导轨；
5—基础
板桩式后背的修筑在工作坑开挖以前，先用型钢（槽钢、工字钢）打入土中，以免开挖工作坑时扰动板桩后壁土座。
工作坑开挖一定深度后，在靠近工作坑顶部及拟顶管上部一定距离用封闭框架进行支撑，这样既能保证结构安全，也不影响下管和出土。
工作坑开挖完毕后，在钢板桩外侧放一根大刚度横铁，以便千斤顶作用在横铁上。
2）后背受力：
为了保证顶管后背的稳定，后座墙土体不发生破坏，应使顶管发生的最大顶力小于后座土体的允许抗力，故应对顶力和后座墙土抗力进行计算。
以保证后背和后座墙土体结构稳定。
2工作坑的质量标准
1、在工作坑内外设置中心控制桩。
2、将地面的临时水准点用水准仪（精度指标不低于3mm）引入工作坑的底部，设置两点，选择不易碰撞及不遮挡测量视线的地方设置。
3、工作坑的中心桩与水准点设置必须牢固可靠，要经常校对并保证准确。
4、中心桩应设可靠的延长柱。
5、管道中心桩的位置，要考虑到后背中基础变形的影响。
项管工作坑的质量标准表13-1-7
序号
项目
允许偏差
检验频率
检验方法
范围
点数
1
工作坑每侧宽度，长度
不小于设计规定
每座
2
后背
垂直度
0.1%H
挂中线用尺量
水平线与中心线的偏差
0.1%L
用垂线角尺
3
导轨
高程
+3mm
用水平仪测
中线位移
左3mm
右3mm
用经纬仪测
注：
表内H为后背的垂直高度（单位：
m）；
L为后背的水平长度（单位：
m）.
二、顶管设备
1、液压千斤顶
液压千斤顶的构造形式分活塞式和柱塞式两种。
其作用方式有单作用液压千斤顶及双作用液压千斤顶，由于单作用液压千斤顶在顶管使用中回镐不便（卧用回镐时，需用外力压回），所以一般采用双作用活塞式液压千斤顶。
液压千斤顶由控制箱和千斤顶组成，有手动控制及电动控制。
（1）液压控制箱：
一般用电泵驱动，可将油箱、高压油泵、液压操纵箱安装成一个整体。
（2）千斤顶（顶镐）
千斤顶的生产种类很多，其规格与性能可根据现行有关标准及生产厂的产品说明选用。
顶管一般采用顶力为2000kN~4000kN的千斤顶，行程有0.25、0.5、0.8、1.2、2.1m……等。
（3）液压工作用油在顶管施工中经常采用的是普通液压油。
2、顶铁
顶铁是顶管过程中传递顶力的工具，它可延长千斤顶的行程，并且扩大管节端部的承压面积。
顶铁由各种型钢制成，其强度和刚度应经过核算。
顶铁根据安放位置与使用作用的不同，可分成顺铁、横铁和立铁。
顺铁是在顶进过程中与顶镐的行程长度配合传递顶力，在顶镐与管子之间陆续安放。
顶铁的形式一般有矩形、圆形、弧形等，其断面参见图13-2-1.2的（a）、（b）、（c）
（a）矩形顶铁
（b）圆形顶铁
（c）弧形顶铁
图13-2-1.2顶铁示意图
圆形或弧形顶铁，主要用于保护管子端面，使端面传力均匀，其材料可用铸钢或用钢板焊接成型内灌注C28混凝土。
圆形或弧形顶铁端面必须与管子端面形状吻合（企口或平口）。
3、其他辅助设备及工具
（1）工作台及棚架
1）工作台：
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，中间留下管和出土的方孔为平台口，在平口上设活动盖板（装有滚动轮与导轨。
）
承重平台主梁必须根据荷载计算选用（管重、人重及其他附加荷载），主梁两端伸出工作坑壁搭地不得小于1.2m。
平台口的尺寸（长×
宽）为：
长度L=l1+0.8（13.2.2-1）
宽度B=D1+0.8（13.2.2-2）
式中l1——管子长度（m）；
D1——管外径（m）。
2）棚架：
即起重架与防雨（雪）棚合成一体，罩以防雨棚布为工作棚。
起重机卷扬机、滑轮或电葫芦门式架，应根据起重量核算配备，参见示意图13-2-2.1、13-2-2.2。
图13-2-2.1卷扬机起重台与棚架示意图
1—棚架；
2—卷扬机；
3—活动盖板；
4—滚轮轨；
5—方木；
6—槽钢；
7—工字钢；
8—工作坑撑木
图13-2-2.2电动葫芦门架示意图图13-2-2.3工具内涨圈示意图
（2）测量仪器
1）水准仪一台
2）经纬仪或激光经纬仪一台
（3）常用工具
顶管用的工具有内涨圈（参见图13-2-2.3）、硬木楔、水平尺、特制短高程尺、钢尺、垂球、小线、出土小车等。
（4）管道临时联结设备
为了保证管子顶时中不产生错口和偏斜，提高管道的整体性，应在第一节管子顶完后，将拟顶的第二节管子和已入土的第一节管子进行临时联结，所用设备称为临时联结设备。
通常采用钢板焊成的装配式内涨圈，如图14-15所示。
内涨圈一般由10mm左右厚的钢板焊接而成，宽度300~400mm。
为了提高刚度，可在装配点附近焊肋加固。
安装时，将涨圈放于相邻两节管口处，调整螺栓使涨圈与管内壁涨紧，从而将两节管子联结起来。
除装配式内涨圈以外，有些地区使用钢制圆环内涨圈，如图14-16所示。
圆环现涨圈的直径略小于管子的内直径。
安装时，涨圈放于管口处，涨圈上部与管子的间隙用木楔卡牢。
近年来，为了进一步提高顶进管道的整体性，保证接口质量，在管道临时联结方面，除了使用传统的内涨圈外，在管道的外壁增加了外套环，使物管道之间的连接更加牢固，并为管道接口创造了更优越的条件。
安装外套环的管子需做特殊处理，即在管口外壁做成凹槽，如图14-17所示。
安装外套环时，先将外套环放进凹槽之外，拧紧螺栓使套箍紧管子，然后对接口处进行焊接，构成封闭套环，最后再将螺栓及法兰用气割切除，形成光滑表面。
外套环可作为永久接口的一部分，管道就不再拆除。
图14-17管口处理及外套环安装
1—管口处理；
2—外套环安装
（5）运土设备：
一般采用双轮手推车在和内运土。
再由垂直运输设备运送至地面。
三、施工程序及操作方法
1、施工程序
（1）制定施工方案，主要内容包括工作坑的位置和尺寸，顶管后背的结构形式，掘进方式，下管和出土方法，顶进设备的确定，降低地下水的措施，保证质量及安全的措施等。
（2）测量放线，根据设计图纸的要求，将顶管工作坑的位置测设到地面上，并引测复试时水准点。
（3）降低地下水位，一般采用人工降低地下水位的方法并应在工作坑内设置排水沟、集水井作为备用。
（4）开挖工作坑并进行支撑。
（5）安装设备。
主要包括顶进设备、出土和下管设备、测量设备、照明和通风设备等。
（6）顶进操作。
顶进操作包括挖土、运土、顶进、更换顶铁及测量校正等工作，可按两个循环进行，如图14-18所示。
（7）拆除涨圈，运出工作坑，进行管子接口。
（8）拆除设备。
（9）在工作坑内砌筑检查井。
（10）最后还土。
图14-18顶进操作图
2、操作方法
（1）挖土与运土：
管前挖土是保证顶进质量及防止地面沉降的关键。
由于管子在顶进中是顺着已挖好的土壁前进的，所以管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的正确性，因此管前周围超挖应严格控制。
在一般顶管地段，土质良好，可超越管端30~50m。
在铁路道轨下不得超越管端以外10cm，并随挖随顶，在道轨以外最大不得超过30cm，同时应遵守其管理单位的规定。
在不允许土下沉的顶管地段（如上面有重要构筑物或其他管道），管子周围一律不得超挖。
在一般顶管地段，上面允许超挖1.5cm，但在下面1350范围内不得超挖，一定保持管壁与土基表面吻合，参见图13-3-2.1。
在土层松散或有流砂的地段顶管时，为了防止土方坍落，保证安全和便于挖土操作，在首节前端可安装管帽（帽檐伸出的长度取决于土质，参见图13-3-2.2）。
将管帽顶入土中后便可在帽檐下挖土。
管前挖土深度，应视土质情况和千斤顶的工程行程而定，一般为千斤顶的出镐长度。
如果超挖过大，土壁开挖形状不易控制，容易引起管位偏差和上方坍塌。
特别松软土层，应对管顶上部土进行加固，或在管前安装管帽。
操作人员工作时，要警惕土方垮塌伤人，控出的土及时外运。
图13-3-2.1超挖示意图图13-3-2.1管帽示意图
帽檐的长度（L），应根据土质情况定，有关的经验计算公式为：
L=（13.3.2）
式中L——帽檐的长度（mm）；
D——管子的外径（mm）；
——土壤的内摩擦角（0）。
（2）顶进：
1）顶进开始时，应缓慢时行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进。
2）顶时中若发现油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因并经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。
3）挖出的土方要及时外运，及进顶进，使顶力限制在较小的范围内。
顶进是利用千斤顶出镐在后背不动的情况下，将管子推入土中。
其操作过程如下：
4）安装U型顶铁或圆形并挤牢，待管前挖土满足要求后，启动油泵，操纵控制阀，使千斤顶进油，活塞伸出一个行程，将管子推进一段距离。
5）操纵控制阀，使千斤顶反向进油，活赛回缩。
6）安装顶铁，重复上述操作，直到管端与千斤顶之间可以放下一节管子为止。
7）卸下顶铁，下管，在混凝土管接口处入一圈油麻辫、橡胶圈或其它柔性材料，管口内侧留有10~20mm的间隙，以利接口和应力均匀。
8）在管内口安装内涨圈。
如设计有外套环时，可同时安装外套环。
安装工具胀圈（临时连接）时，为了防止钢筋混凝土管在顶管中错口，有利于导向，顶进的前数节管中，在接口处应安装内胀圈，通过背楔或调整螺栓，使胀圈与管壁胀紧成为一个刚体。
胀圈一定要对正接口缝隙，安装牢固，并在顶进中随时检查调整（工具胀圈参见13-2-2条的图13-2-2.3）。
9）重新装好U型顶铁或环形顶铁，重复上述操作。
顶时时就遵照“先挖后顶，随挖随顶”的原则。
应连续作业，尽量避免中途停止。
程实践证明，在粘性土层中顶进时，因某种原因使连续施工中断，重新起顶时，顶力将会增加50%~100%。
但在饱和砂土中顶进中断后，重新起顶时，顶力会比中断前的顶力小。
这一点施工中应引起注意。
另外在管道顶进中，发现管前方坍塌，后背倾斜、偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除障碍后再继续顶进。
四、测量与校正
1、测量放样
（1）在顶第一节管（工具管）时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过30cm，保证管道入土的位置正确；
管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过100cm。
（2）中心测量：
顶进长度在60m范围内，可采用垂球拉线的方法进行测量，要求两垂球的间距可能地拉大，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差（参见图13-3-3-3.1）。
一次顶进超过60m应采用经纬仪或激光导向仪测量（即用激光束定位）。
图13-3-3.1小线垂球延长线法测量中心示意
（3）高程测量：
用水准仪及特制高程尺（参见图13-3-3.2），根据工作坑内设置的水准点标高（设两个），测头一节管前端与后端管内底高程，以掌握头一节管子的走向趋势。
测量后应与工作坑内另一水准点闭合。
（4）激光测量：
用激光经纬仪（激光束导向）安装在工作坑内，并按照管线设计的坡度和方向调整好，同时在管内装上标示牌（接受靶，参见图13-3-3.3），当顶进的管道与设计位置一致时，激光点即可射到标示牌中心，说明顶进质量无偏差，否则根据偏差量进行校正。
（5）全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，应测出错口的高差。
2、校正（纠偏）
顶管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓缓进行，使管子逐渐复位，不能猛纠硬调，以防产生相反的结果。
常用的方法有以下3种：
（1）超挖纠偏法：
偏差为1～2cm时，可采用此法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位置。
（2）顶木纠偏：
偏差大于2cm，在超挖纠偏不起作用的情况下可用此法。
用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上，另一端斜撑在垫有钢板或木板的管前
图13-3-3.2管端高程尺图13-3-3.3激光测量标示牌
土壤上，支顶牢固后，即可顶进，在顶进中配合超挖纠偏法，边顶边支。
利用顶进时斜支撑分力产生的阻力，使顶管内阻力小的一侧校正。
（3）千斤顶纠偏法：
方法基本同顶木纠偏法，只是在顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。
3、对顶接头
对顶施工时，在顶至两管端相距约1m时，可从两端中心掏挖小洞，使两端通视，以便校对两管中心线及高程，调整偏差量，使两管准确对口。
五、触变泥浆减阻顶进
为了减少顶进阻力，增大顶进长度，并防止坍方，一般采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壁之间的摩擦阻力。
这种泥浆除起润滑作用外，静置一定时间泥浆固结，产生强度。
泥浆在输送和灌注过程中具有流动性、可泵性。
灌注主要从顶管前端进行，顶进一定距离后，并应从后端及中间进行补浆。
1、应用触应泥浆的设备
（1）泥浆封闭设备；
包括前封闭管（前端刃脚工具管设封闭环）及后封闭圈，主要作用是防止泥浆从管端流出。
（2）调浆设备：
包括拌合机及储浆罐等。
（3）灌浆设备：
包括泥浆泵（或空气压缩机、压浆罐）、输浆管、分浆罐及喷浆管等。
前封闭管的外径比所顶管子的包径大40～80mm为宜，即管外形成一个20～40mm厚的泥浆环。
前封闭管前端应有刃脚，顶进时切土前进，使管外土壤紧贴前封闭管的外壁，以防漏浆，或者在前封闭管前另行安装具有刃脚并有调向设备的顶进工具管。
一般前端注浆工具管的形状参见图13-3-4.1。
工作坑内管子的穿越面如土质容易坍塌时，可灌筑混凝土挡土墙，同时代替后封闭圈的作用。
在混凝土墙中应预埋喷浆管及为安装封闭圈用的螺栓（参见示意图13-3-4.2）。
混凝土墙预留洞的直径比前封闭管的外径大10～20mm为宜。
2、触变泥浆的材料
（1）触变泥浆的主要成分是膨润土，掺入碱（碳酸钠）和水配制而成。
（2）触变泥浆的配合比参考表13-3-4.1。
图13-3-4.1前注浆工具管示意图图13-3-4.2后封闭圈示意
触变泥浆配比（重量比）表13-3-4.1
膨润土的胶质价
膨润土
水
碱（碳酸钠）
60～70
100
524
2～3
70～80
1.5～2
80～90
614
90～100
膨润土的胶质测定方法如下：
1）将蒸馏水注入直径25mm，容量100ml的量筒中，至60～70ml刻度处；
2）称膨润土试料15g，放入筒中，再加水至95ml刻度，盖上塞子，摇晃5min，使膨润土与水混合均匀；
3）加入氧化镁1g，再加水至10ml刻度，盖好塞子，摇晃1min；
4）静置24h使之沉淀，沉淀物的界面刻度即为膨润土的胶质价。
（3）为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入凝固剂（石灰膏）。
但为了在施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂（工业六糖）和塑化剂（松香酸钠）。
以上掺入剂的配比可参考表13-3-4.2。
触变泥浆掺入剂配比（重量比，以膨润土为100）表13-3-4.2
石灰膏
工业六糖
松香酸钠（干重）
42
0.1
28
石灰膏的含水量为110%，实际石灰占膨润土的比重为20%。
3、触变泥浆一般拌合程序
（1）将定量的水放水搅拌罐内，并取其中一部分水溶化碱；
（2）在搅拌过程中，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐内，搅拌均匀；
（3）将溶化的碱水倒入搅拌罐内（碱水必须在膨润土搅拌均匀后加入），再搅拌均匀，放置12h后即可使用。
4、触变泥浆掺入凝固剂时的拌合程序
（1）用规定比例的水分别将工业六糖及松香酸钠溶化；
（2）将溶化的工业六糖放入石灰膏内，拌合成均匀的石灰浆；
（3）再将溶化的松香酸钠放入石灰浆内，拌合均匀；
（4）将上述拌合好的掺入剂，按规定比例倒入已拌合好并放置12h的触变泥浆内，搅拌均匀，即可使用。
5、触变泥浆使用应注意的事项
（1）注浆孔的布置宜按管道直径的大小确定，一般每个断面可设置3～4个，并具备排气功能。
（2）搅拌均匀的泥浆应静置一定时间后方可灌注
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