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顶管工作坑是顶管施工时在现场设置的临时性设施，工作坑包括后背、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作后背；

泥水平衡式顶管施工及应用

　摘要：介绍泥水平衡式顶管施工原理以及在市政、电力、交通等行业中的应用建筑节能施工方案（金色领地花园四期工程），比较分析该施工方式的特点。

　　应用随着日新月异的现代化城市建设进程，我们在为治理环境、解决供水、供电等问题作设施配套建设时，通常采用开槽埋管的办法进行工程施工。在市区较繁华的街道、在城市绕城主干道、在刚建成的高等级公路主线上，往往能见到许多次围着安全栏，昼夜作业的开挖场面。施工的地段，一幢崭新的楼房被拆除，车辆被限速绕道通行，深度开挖引起了周围构筑物不同程度的沉降，修复后的路面几年后尚在不停下陷。这一切越来越被人们所重视。近几年，在管线穿越公路主干线时，虽然采用了人工顶管施工方法，但是，由于挤压式短距离顶管施工而引起路面隆起，人工挖掘式顶管施工而引起的路面沉陷时有发生。如何有效的解决以上问题？一种新型的顶管施工技术——泥水平衡式顶管施工工艺，已从日本引进，并在上海、广州等地广泛地应用。

　　这是一种没有开挖那种混乱场面的管道开挖技术，一种在地面下工作的系统，它是一种全遥控的技术，使工人们远离危险环境下的工作方式，加上自动平衡的技术来防止地表隆起和沉降，使管道在垂直和水平方向上达到正负1英寸的精确度，这种革命性的技术称作为顶管施工。顶管施工技术是一种管道铺装技术，无需开挖地面，有具大推力的液压千斤顶可用在有遥控装置的顶管掘进机的后方，使掘进机及紧随其后的管道穿越土层，达到预先设计的位置上，这就称为顶管工程。挖掘发生在顶管机的前方，被挖掘物质通过泥浆循环系统用泵排出，到达地表。

　　微型顶管掘进技术有4个方面优于其它隧道开挖技术：

　　1）、微型顶管掘进机是一种遥控技术，可降低工作强度和提高工作地点的安全性；

　　2）、按照表面土压由掘进机进行土压平衡，实际上消除了地下运动及地表沉降，保持了地下土质的原状性；

　　3）、当有地下水存在时，顶管机无需排水，而且微型顶管掘进机能设计成在各种土壤条件下进行施工；

　　4）、微型顶管掘进机能在几乎所有的土壤中铺设管道，从而不破坏地下环境，无需使用昂贵的注浆及抽水技术，其最终结果是完成一条完整的管道线，加上绝对小的地表破坏。

卢沟桥某污水干线下段工程机械顶管施工方案

1.2.1工程简介  本标段为下段，工程包括D2400mm，D2600mm钢筋砼圆形管道，2100×2500mm钢筋砼拱形沟，2300×2100mm钢筋砼方沟及检查井等。1.3施工方法选择鉴于以上工程、水文地质条件及工程特点，《招标文件》第二卷技术规范的要求，对于本工程选择以下具体的施工方法：（1）2300×2100mm钢筋砼方沟采用明开槽施工。（2）D2600mm钢筋砼圆形管道拟采用常规式顶管法施工。（3）D2400mm钢筋砼圆形管道拟采用加泥式土压平衡顶管法施工。（4）2100×2500mm钢筋砼拱形沟采用浅埋暗挖法施工。D2400mm钢筋砼管采用加泥式土压平衡顶管法施工，这样有以下优点：①采用加泥式土压平衡顶管可以进行长距离顶进施工，可大大减小施工临时占地范围，减少社会导行及施工导行的范围，具有良好的经济效益和社会效益。②采用加泥式土压平衡顶管设备，可以使顶管机头前方被挖掘的土体与周边的土体保持相同的土压力，起到良好的土体平衡和稳定作用，可以有效的减少施工的即时沉降，在顶进过程中进行同步注浆，可有效控制后期的地面沉降，确保管线上方建筑物、道路和其它公用设施的安全和正常使用。

0引言　　现代非开挖铺管技术是指利用岩土导向、定向钻进等手段，在地表不挖槽的情况下，铺设、更换或修复各种地下管线的施工新技术。该技术社会经济效益显著，尤其可在一些无法实施开挖作业的地区铺设管线，如穿越公路、铁路、建筑物、河流、古迹保护区、闹市区、农作物及植被保护区等。该技术现已广泛用于燃气、电信和电力等工程部门。　　现代的非开挖地下管线施工法自20世纪70年代陆续开始大量出现，包括：水平导向钻进、水平定向钻进、方向可控的水平螺旋钻、冲击矛、夯管锤、微型逐道、旧管更换与修复、顶管掘进机等。　　现代方法与传统方法相比有以下特点：　　(1)引入了管线轨迹的测量和控制；　　(2)大大提高了铺管能力(长度2000m，直径3m)；　　(3)快速高效；　　(4)增强了在复杂地层条件下施工的能力；　　(5)使管道的原位修复成为可能。1非开挖技术分类(按施工工艺)　　非开挖技术措施按施工工艺可分为：导向钻进铺管技术、遁地穿梭矛铺管技术、顶管掘进机铺管技术、顶管铺管技术。1．1导向钻进铺管技术　　(1)施工优点　　①导向仪导向，快速高效准确；②钻孔方向易控制，施工场地要求简单；③导向探测与管线探测相结合有效调整钻头，避开管线，适合复杂地层条件下施工。　　(2)适用范围　　用于铺设电力、通信、煤气和自来水管线，铺管直径、长度和材料范围较宽，适合1000mm以下管径，主要有PE管铺设和钢管铺设。1．2遁地穿梭矛铺管　　(1)施工方法　　①拉管法；②顶管法。　　(2)施工优点　　①冲击力大，穿透性强；②速度快，工期短；③可穿越流泥流沙和卵石带；④适宜各种管材。　　(3)适用范围　　①适宜于铺设各类13～150mm；②小管径长度＜50m或距离较长的；③钢管或铸铁管最大口径可达1．5m最大长度可达100m。1．3顶管掘进机铺管技术　　(1)优点　　①高功率、高效率；②采用泥水平衡掘进施工法，可进行大管径超长度施工；③噪音小、无污染。　　(2)适用范围　　隧道、涵洞和大口径管道。1．4顶管铺管技术　　(1)设备　　①导向探测仪；②导向钻机；③液压顶管机。　　(2)施工方法　　①导向钻孔定向；②液压顶进、人工挖掘。　　(3)优点　　①造价低；②定向准确、精度高、安全、无噪音污染；③可适用于各种地质条件；④适用于大口径小场地各种管道施工。　　(4)适用范围　　适用于铺设3000mm以内钢管、混凝土管、铸铁管、其它材质管道可采用套管法铺设。2工程实例　　我司常用的非开挖技术采用导向钻管法，以下以东明河顶管工程实例详细介绍导向钻管的技术。　　(1)工程概况　　岐江河东明大桥西侧穿越工程位于中山市东明大桥西侧，穿越地点选在东明大桥侧河道，离南岸桥支墩38m位置，两岸河堤之间宽度为112m，水深5m。由于石岐河水位受涨潮退潮影响，航道需正常通航，不能封航，因此工程采用定向钻技术，以非开挖方式进行煤气管道穿越。该工程为一条φ273×9钢管穿越，穿越长度约为280m，最大穿越深度：自然地面以下10m；钻机入土点位于河南侧，出土点位于河北侧。入土角度为10°，出土角度6°，钻进曲率半径为488m。该工程为小型穿越，定向钻技术具有相对成本较低，工期短，不阻碍交通等优点，随着工艺的不断改进，该种施工工艺在管道燃气、自来水、电力和电信部门已开始普遍使用。现以上例子介绍一下其具体操作过程及注意事项。　　(2)编制依据　　①《输油输气管道线路工程施工及验收规范》SY0401—98；②《水平定向钻进管线铺设工程技术规范》CSTT；③《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》SY／T4079—2003；④《长输管道线路工程施工及验收规范》SYJ4001—98；⑤《原油和天然气输送管道穿越工程设计规范穿越工程》SY／170015．1—98；⑥《输气管道工程设计规范》GB50251—94；　　(3)现场条件　　施工场地平坦，穿越地段高低不平，钻机场地位于河南侧，出土端位于河北侧。此地段交通运输较为方便，便于钻具的运输。电源采用自备发电机解决。　　(4)机械性能和相关参数　　FDP—30钻机具有优越的钻进性能，加上特制的辅助助力装置，使回拉能力达到80t，扭矩1．6万N·m。主机配有先进的液压动力系统，泵阀采用世界上最先进的力士乐产品，回转动力采用世界上最先进的波克兰电机，动力源采用进口的康明斯发动机。优良的设备加上高素质的员工，是我们顺利完成该条非开挖管线施工任务的保证。　　(5)施工方法　　①导向钻管法的施工工艺　　地质勘察→穿越曲线设计→测量磁方位角→钻机就位→钻导向孔→扩孔→回拖→环境保护→地貌恢复　　②导向钻管法的工作原理　　水平导向钻机的工作原理是：在施工时，按照设计的钻孔轨迹(一般为弧形)，采用可从地表钻进的钻机先钻一个近似水平的导向孔，然后在导向钻头后换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设工作管线，然后进行反向扩孔，同时将待铺管线回拉入钻孔内，当全部钻杆被拖回时，铺管工作同时也就完成了。此工程根据地质情况计划采用分级扩孔，共分2级扩孔，再回拖管线的方法，进行穿越施工。　　③设备就位、安装、调试　　钻机就位前对机施工场地进行平整(20m×30m)，保证设备通行及进出场。设备及材料存放场地须高出自然地面不小于15cm，推平、碾压，并设断面不小于0．3m×0．3m的边沟。打好轴线后，根据入土点、入土角度结合现场实际情况使钻机准确就位。钻机设备、泥浆设备、固控设备安装完成后，对设备进行调试、检查、测试，确保设备安全运行。控向设备仪器安装完成后，对其进行调试，确保导向孔的精度。入土端泥浆储运坑(2m×4m×2m)及出土端泥浆储运坑(2m×3m×2m)。多余泥浆由吸污车集中清运。浆储运坑(2m×4m×2m)及出土端泥浆储运坑(2m×3m×2m)。多余泥浆由吸污车集中清运。　　④钻导向孔　　本穿越工程穿越段地质条件暂按Ⅱ类土考虑，根据地层情况，选择并设计出导向孔轨迹曲线。钻导向孔的成功与否关键在于如何防止塌方的问题，故此在钻导向孔时按照地质构造的不同详细制定出合理的泥浆配比方案，规定在不同的地质情况下选用不同的泥浆配方，该工程中需加适量大分子聚合物及一些多功能处理剂，增加泥浆的粘度、降低泥浆的失水，使其性能控制在密度1．02～1．05g／cm。左右、粘度45～55s、失水10mL，以利于更好的保护孔壁，提高泥浆在孔洞中的悬浮携带能力。在造斜段使用的泥浆中添加适量的润滑剂，降低孔壁的摩擦系数，从而可以防钻具粘卡。　　为保证预扩孔及回拖工作的顺利进行，钻导向孔时要求造斜段应严格按设计曲线钻进。经过对轴线及钻机就位情况进行校准，检查无误后方能开始钻进施工。探头装入探头盒后，标定、校准后再把导向钻头连接到钻杆上，转动钻杆测试探头发射信号是否正常，回转钻进2m后方可开始按照设计轨迹进行穿越。控向设备宜采用有缆控向系统，以提高钻进的准确性，导向孔完成后经检查合格后方可进行预扩孔。　　⑤预扩孔及磨孔　　a．预扩孔采用一台FDP—30型导向钻机进行预扩孔，边扩孔边打入泥浆，视旋转压力及回拉压力逐渐加大扩孔级别。预扩孔采用导向钻机进行预扩孔，边扩孔边打入泥浆，视旋转压力及回拉压力逐渐加大扩孔级别。　　b．扩孔次数需视钻机回转压力及回拖压力而定。扩孔级别如下：　　使用φ320mm螺旋扩孔钻头扩一遍。　　使用φ450mm螺旋扩孔钻头扩一遍。　　c．扩孔前要做好泥浆循环系统的准备工作，FDP—30型导向钻机配套的泥浆系统工作性能，每小时的最大工作流量为5m3，则泥浆泵每一个工作日的最大循环流量为120m3，在入土点、出土点旁各开挖一个泥浆坑，并配有清运泥浆的专用设备。保证施工现场的清洁卫生，做到文明施工。　　⑥拖管　　a．拖管采用专门的回拖器，同时采用边打泥浆边旋转回拖的方法。从而保证钢管防腐层不被破坏。　　b．旋转分动器采用特制的结构。　　c．扶正器与工作管的连接要牢固，并要求工作管与拉管器的连接要牢固、安全、密封，作到可靠。　　d．采用小比重高粘度泥浆，加入适合地质结构的泥浆处理剂和管孔润滑剂等措施以减少回拖时的阻力，减小钻机工做负载。　　e．在φ273×9钢管回拖前，验证扩孔后孔内是否有充足泥浆，以便回拖中起到护壁润滑作用。　　f．经确认钢管焊接、防腐合格后，将钢管拖人端与回拖器连接牢固，检查所有回拖系统(含设备、工艺保障措施)是否处于最佳状态。　　g．回拖前，在待回拖φ273×9钢管下，每间隔20m摆放1个托辊，并用吊车配合，以防止在回拖中擦伤钢管外壁。　　h．回拖启动后，要作到平稳、匀速(回拖中不能停留)，速度控制在0．08m／s。操作手时刻观察回拖压力变化，及时上报，以便采取必要措施，使钢管顺利回拖成功。　　i．拖管时，大部分泥浆将循环使用，需挖两个坑暂存，一个为泥浆倒坑一个为净化好的泥浆坑。　　⑦地形地貌的恢复　　工作管回拖完毕后，清理现场并撤出所用施工设备，恢复场地的地形地貌。　　施工过程图详见图1。　　该工程的顺利完成，创造了中山市有史以来最大的以定向钻非开挖方式过河的管道煤气工程历史，将使石岐河以北的城区及港口镇居民和工商企业能够用上安全、清洁、方便及源源不断的港华代天然气，促进该地区经济快速发展，提高人民生活水平，并为明年天然气的到来奠定了基础。3结语　　上述的非开挖技术，不但减少路面开挖，降低施工费用及解决一些在传统开挖术不能施工的问题，而且在修复旧管道及安装难度高的工程时；在西气东输、广东LNG工程中大规模的管道管网的铺设；天然气作为清洁环保能源的普及使用，使其在天然气置换工程时；为保证向客户供气不致大幅间断，和安装分区调压阀及管道时；在环型管网完成后，如需要更新旧有的煤气管道时，发挥了相当大的优势。非开挖技术代替土建施工(挖槽埋管法)，这不但燃气施工技术上又一跃进，还体现了施工技术的高速发展和科技现代化。

图1歧江河东明大桥西侧穿越工程穿越曲线

　　注：(1)本图所注单位为m；(2)曲率半径488m。最大深度10m；(3)入土点在河南侧，入土角α=10°(4)出土点在河北侧，出土角β=6°(5)水平穿越长度280m。

非开挖:顶管施工方法简单介绍

6.1.1　顶管的施工设计应包括以下主要内容：

　6.1.1.1　施工现场平面布置图；

　6.1.1.2　顶进方法的选用和顶管段单元长度的确定；

　6.1.1.3　工作坑位置的选择及其结构类型的设计；

　6.1.1.4　顶管机头选型及各类设备的规格、型号及数量；

　6.1.1.5　顶力计算和后背设计；

　6.1.1.6　洞口的封门设计；

　6.1.1.7　测量、纠偏的方法；

　6.1.1.8　垂直运输和水平运输布置；下管、挖土、运土或泥水排除的方法；　

　6.1.1.9　减阻措施；

　6.1.1.10　控制地面隆起、沉降的措施；

　6.1.1.11　地下水排除方法；

　6.1.1.12　注浆加固措施；

　6.1.1.13　安全技术措施。

6.1.2　管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：

　6.1.2.1　在粘性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施；

　6.1.2.2　在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法；

　6.1.2.3　在粘性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法；

　6.1.2.4　在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法；

　6.1.2.5　在顶进长度较短、管径小的金属管时，宜采用一次顶进的挤密土层顶管法。

6.1.3　采用手掘式顶管时，应将地下水位降至管底以下不小于0.5mm处，并应采取措施，防止其他水源进入顶管管道。

6.1.4　顶管施工中的测量，应建立地面与地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处。

6.2.1　顶管工作坑的位置应按下列条件选择：

　6.2.1.1　管道井室的位置；

　6.2.1.2　可利用坑壁土体作后背；

　6.2.1.3　便于排水、出土和运输；

　6.2.1.4　对地上与地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全施工的措施；

　6.2.1.5　距电源和水源较近，交通方便；

　6.2.1.6　单向顶进时宜设在下游一侧。

6.2.2　采用装配式后背墙时应符合下列规定；

　6.2.2.1　装配式后背墙宜采用方木、型钢或钢板等组装，组装后的后背墙应有足够的强度和刚度；

　6.2.2.2　后背土体壁面应平整，并与管道顶进方向垂直；

　6.2.2.3　装配式后背墙的底端宜在工作坑底以下，不宜小于50cm；

　6.2.2.4　后背土体壁面应与后背墙贴紧，有孔隙时应采用砂石料填塞密实；

　6.2.2.5　组装后背墙的构件在同层内的规格应一致，各层之间的接触应紧贴，并层层固定。

6.2.3　工作坑的支撑宜形成封闭式框架，矩形工作坑的四角应加斜撑。

6.2.4　顶管工作坑及装配式后背墙的墙面应与管道轴线垂直，其施工允许偏差应符合表6.2.4的规定。

　　　工作坑及装配式后背墙的施工允许偏差(mm)　　　　　　　表6.2.4

项目  允许偏差  工作坑每侧  宽度  不小于施工设计规定  长度  装配式后背墙  垂直度  0.1%H  水平扭转度  0.1%L  

　　注：1.H为装配式后背墙的高度(mm)；

　　　　2.L为装配式后背墙的长度(mm)。

6.2.5　当无原土作后背墙时，应设计结构简单、稳定可靠、就地取材、拆除方便的人工后背墙。

6.2.6　利用已顶进完毕的管道作后背时，应符合下列规定：

　6.2.6.1　待顶管道的顶力应小于已顶管道的顶力；

　6.2.6.2　后背钢板与管口之间应衬垫缓冲材料；

　6.2.6.3　采取措施保护已顶入管道的接口不受损伤。

6.2.7　当顶管工作坑采用地下连续墙时，应符合现行国家标准《地基与基础工程施工及验收规范》的规定，并应编制施工设计。施工设计应包括以下主要内容；

　6.2.7.1　工作坑施工平面布置及竖向布置；

　6.2.7.2　槽段开挖土方及泥浆处理；

　6.2.7.3　墙体混凝土的连接形式及防渗措施；

　6.2.7.4　预留顶管洞口设计；

　6.2.7.5　预留管、件及其与内部结构连接的措施；

　6.2.7.6　开挖工作坑支护及封底措施；

　6.2.7.7　墙体内面的修整、护衬及顶管后背的设计；

　6.2.7.8　必要的试验研究内容。

6.2.8　地下连续墙墙段间宜采用接头箱法连接，且其接缝位置应与井室内部结构相接处错开。

6.2.9　槽段开挖成形允许偏差应符合表6.2.9的规定。

　　　　　　　槽段开挖成形允许偏差(mm)　　　　　　　　　　　表6.2.9　

项目  允许偏差  轴线位置  30  成槽垂直度  

　　注：1.轴线位置指成槽轴线与设计轴线位置之差；

　　　　2.H为成槽深度(mm)。

6.2.10　采用钢管作预埋顶管洞口时幕墙吊篮专项施工方案(专家评审后修改）2015-03-26，钢管外宜加焊止水环，且周围应采用钢制框架，按设计位置与钢筋骨架的主筋焊接牢固；钢管内宜采用具有凝结强度的轻质胶凝材料封堵；钢筋骨架与井室结构或顶管后背的连接筋、螺栓、连接挡板锚筋，应位置准确，联接牢固。

6.2.11　槽段混凝土浇筑的技术要求应符合表6.2.11的规定。

　　　　　　　　槽段混凝土浇筑的技术要求　　　　　　　　　表6.2.11

项目  技术要求指标  混凝土配合比  水灰比  ≤0.80  灰砂比  1:2～1:2.5  水泥用量  ≥370kg/m3  坍落度  20±2cm  混凝土浇筑  拼接导管检漏压力  >0.3MPa  钢筋骨架就位后到浇筑开始  <4h  导管间距  ≤3m  导管距槽端距离  ≤1.50m  导管埋置深度  >1.00m，<6.00m  混凝土面上升速度  >4.00m/h  导管间混凝土面高差  <0.50m  

　　注：1.工作坑兼做管道构筑物时，其混凝土施工尚应满足结构要求；

　　　　2.导管埋置深度系指开浇后下沉浇筑时，混凝土面距导管底口的距离；

　　　　3.导管间距系指当导管管径为200～300mm时JJF 1790-2019 绝缘电阻表型式评价大纲，导管中心至中心的距离。

6.2.12　地下连续墙的顶管后背部位，应按施工设计采取加固措施。

6.2.13　开挖工作坑，应按施工设计规定及时支护，可采用与墙体连接的钢筋混凝土圈梁和支撑梁的方法支护，也可采用钢管支撑法支护。支撑应满足便于运土、提吊管件及机具设备等的要求。