顶管施工常见施工工艺有手掘式、土压平衡式、气压平衡式、泥水平衡式等四种，泥水平衡式又按掘进方式分刀盘切削和水力切削式，后三种工艺采用三种不同的理论，均是利用掘进机前端的密封舱，通过保持密封舱内的土压、泥水压力或空气压力以维持掘进断面土体稳定。手掘式顶管是非压力平衡式施工技术，施工时，机头内不含掘进机，只是一个工具管，通过人工挖土、人工出土的方式，将土体挖除，其掘进断面是开放式的（土压力已卸荷），当土层中含有地下水时，还需排水、降水。

顶管施工的出土方式包括泥水循环式、螺旋式和人工式（分别对应于泥水平衡式、土压平衡式和手掘式三种工艺）。泥水循环式出土是通过泥浆循环系统将掘进密封舱内土体排除；螺旋式出土是先通过螺旋输送机将土体从密舱内输出；人工式出土则是直接人工开挖、人工运土。

该工程根据现场土质情况，工期要求，污水埋设深度，将考虑采用人工掘进式顶管法施工，更能保证工期进度及质量要求。但施工中要做好排水及支护工作，确保施工安全。

五、施工顺序

本工程施工顺序为：施工顶进工作坑及接收坑、制作砼管——施工定向钻进引导孔——顶进设备安装——吊装砼管到轨道上——装顶铁——开启油泵顶进——人工出泥——管道贯通——拆工具管——砌检查井——回填壁后压密注浆密实——闭水试验。

六、施工总进度计划

在计划安排上尽量使各工序完全连接，各项工作同时开展，本工程进度计划要求在50天内完成。

七、施工平面布置

在现场设顶管工作坑和管道堆放场地。水泥库、钢筋加工工棚各一座，顶管用的混凝土管在工厂预制，现场设混凝土管堆放场地，用汽车运到工作坑口。

工程用铁件井盖和井圈到市政园林局指定的厂家购买。

顶管施工工艺流程图

工作井施工

引导孔施工

设备安装

管子作加工管子吊装就位

测量及纠偏挖土

开机顶进

排土

管道贯通

砌检查井

回填、壁后注浆

现场设工地办公室、工人休息棚、工具杂品库。

由于受场地限制，材料按工程进度要求，分期、分批运送到现场，按平面布置堆放。施工场地设置标志牌和标志线，夜间设标志灯。开挖土方随挖随运到弃土场堆放，部分土方堆放在临时堆土场，供检查井回填土用。

临时用电采用380V三相五线制，接到工作井或接收井位置，坑内照明采用36V安全交流电源供电。

八、施工准备工作

（一）生产准备

（1）进行施工测量和现场放线工作。

（2）确定管线范内及施工需用场地内有障碍物，如管线、电线杆、树木及附近房屋的准确位置。

（3）平整场地，修通至工作坑道路。尽量利用正式道路及路基。

（4）按施工平面布置图修建临时设施，安装临时水、电线路，并试水、试电、修好临时排水沟。

（5）进钢模板，钢筋网和顶管用非标准设备的加工作。

（6）平整场地，进施工准备工作，订购需铁井盖、井圈。

（二）技术准备

（1）审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行设计要求和施工技术交底。

（2）编好顶管施工工艺卡，作好顶管施工操作人员的再培训工作。

（3）绘制临时工程及施工非标准设备工具图纸，对模板、钢筋等进放样。

九、主要项目施工方法

（一）施工前的准备工作

1、制订施工方案

顶管施工前，进行详细调查研究，根据场地地质情况，编制行的施工方案。

（1）通过提供的资料和现场勘察，掌握了本工程下列情况：

A、管道埋深约8m，管内径1350mm，管材为钢筋混凝土且接口要求用F形接口及口内填环氧沙浆；

B、管道沿线水文地质资料表明：管道穿越土层为淤泥质土、淤泥质砂层，管道处于地下水位以下，水量较大；

C、现场地势较平坦，交通运输方便，水源、电源、宿舍、办公等场地甲方协助解决；

（2）编施工方案主要内容

A、确定工作坑位置和尺寸，顶管后背的结构和验算；

B、确定掘进和出土的方法，下管方法和工作平台支搭形式；

C、进进顶力计算，选择顶进设备：是否采用中继间、润滑剂等措施，以增加顶管段长度；

D、遇有地下水时，采取的止排水方法；

E、顶进水泥管时，确定每节管长，管间止水要求，防腐绝保护层的防护措施；

F、保护工程质量和安全的措施。

2、工作坑的布置

工作坑是顶管施工的工作场所。其位置可根据以下条件确定：

（1）根据地管线设计排水管线可选在检查井处；

（2）单向顶进时，应选在管道下端，以得利排水；

（3）考虑地形和土质情况，有无可利用的原样土做后背；

（4）工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离；

（5）距水、电源较近的地方等。

本工程根据检查井的设置、地形及地表建筑物分布，设置7个顶管工作坑，1个接收井。

3、工作坑的尺寸

工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，坑底长、宽尺寸可按如下公式：

底宽 W=D+（2.4~3.2）

式中 W------工作坑底宽度(M);

D-------被顶进管子外径(M);

底长 L=L1+L2+L3+L4+L5

式中 L-------工作底长(m);

L1------管子顶进后,尾端压在导轨上的最小长度,混凝土管一般留0.3m;

L2------每节管子长度(m);

L3------出土工作间隙,根据出土工具确定,一为1.0~1.5m;

L4------千斤顶长度(m)

L5------后背占工作坑厚度(m)。

考虑到坑内后背采用混凝土墩和钢板，壁后灌注水泥浆加固，本工程工作坑确定为4×3.5m，接收井确定为Φ2500mm，坑内设集水坑。

4、顶管工作井支护

顶管工作坑场地地质条件较差，开挖工作面附近往来车辆较多，所以工作坑开挖过程中必须有可靠的挡土措施。本工程工作井采用钢板桩加两道钢支撑支护,采用沉井式钢筋砼护壁，人工分层开挖工作井，互相搭接100mm，确保其止水效果。接收井采用人工挖孔桩钢筋砼护壁制作，互相搭接100mm。

5、工作坑导轨设置及基础加固

工作坑底根据土质、管子重量及地下水情况，做好基础，以防止工作坑底下沉，导致管子顶管子顶进位置的偏差。

（1）导轨

作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土之前位置正确。导轨安装牢固与准确与否对管子的顶进质量影响较大。因此，安装导轨必须符合管子中心、高程和坡度的要求。

本工程采用4.5米长双排30#槽钢作导轨。

(2)基础

采用钢筋混凝土基础,当工作坑底土质松软,有地下水时,应采用强度为C20混凝土封底,厚度为50CM,混凝土底板漏水处应灌注水泥浆。

6、顶管工程力学参数确定

顶管过程是一个复杂的力学过程，她涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的推力和后背承载能力。

顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管土压力、管壁摩阻力。

（1）工具管切土压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料，软土层一般为20—30t/M²。

F₁=S₁×K₁

其中 F₁——顶管正阻力（t）

S₁——顶管正面积（m²）

K₁——顶管正阻力系数（t/m²）

F₁=S₁×K₁=πr²×K₁=62t

r=d/2=（1.35+0.135×2）/2=1.62/2=0.81

K₁取30t/m²

(2)管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力有大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1—0.5t/ m²之间。

F₂=S₂×K₂

其中F₂——顶管侧摩擦力（t）

S₂——顶管侧面积（m）

F₂=S₂×K₂

=πDL×K₂

=331t

K₂取0.5 t/m²

通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间加泥浆减阻、管外壁形态规则和表面光洁、减少管道拐弯。

机管总阻力为以上两种阻力之和:

F= F₁ +F₂

=62+331

=393t

考虑地下工程的复杂性及不可预见因素,顶管设备取1.2倍能力储备,设备顶进能力应为 472吨。

7、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，要进行强度和稳定性计算。

本工程采用厚钢板后背，这种后背设置简单，安装时应满面足下列要求：

A、千斤顶的着力点中心高度不小于后背高度的1/3；

B、后背垫铁采用70mm厚钢板。

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相一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形现象是正常的。顶管时，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，千斤顶支承在斜面后背上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。
根据顶进需要的总顶力，核算后背受力及后背挖孔桩的长度，使后靠背所受的剪力小于其允许值。

后背抗力计算，可按挡土墙计算方法确定。

场地土层从上至下可分为：

（1）杂填土： C₁=10KPa Φ₁=15 ° r₁=18.0KN/M³h₁=2.4M

（2）淤泥质土：C₂=7KPa Φ₂=10 ° r₂=16.5KN/M³h₂=2.5M

（3）淤泥质砂：C₃=5KPa Φ₃=30 ° r₃=17.5KN/M³h₃=3.1M

加权平均 C=7KPa Φ=19 ° r=17.3KN/M³

E_P= rH²K_P+2CH K_P

=2333KN/m

所以后背抗力

P=E_P×B=2333×3=6999KN/m

其中 B为后背宽度，取3米。

8、顶进设备

顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。

（1）千斤顶

千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程拟采用两台500吨液压千斤顶。千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4~1/5处为宜。

（2）高压油泵

由电动机带动油泵工作，选用额定压力62MPa的ZB-500注浆泵，经分配器，控制阀进入千斤顶。

（3）顶铁

顶铁是传递和分散顶力的设备，要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动。可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。

（4）其它设备

工作坑上设活动式工作平台，平台用30号工字钢梁，上铺15×15cm方木。工作坑井口处安装一滑动平台，作为下管及出土使用。在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机，其起重量应大于管子重量。工作棚用彩瓦遮盖，以防雨水及阳光，便于人员在不同气候下的正常操作。

（二）施工定向钻进引导孔

（三）挖土与顶进

工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行开挖空心思和顶进。

首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行曲管前端挖空心思土。

5-2-1 顶进施工

顶进利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子扒向前进，其操作过程如下：

（1）破除砼护壁预留洞，防止洞口挡土、止水钢圈破坏。

（2）安装好顶铁挤牢，管前端达一定长度后，启动油泵，斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

（3）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

（4）添加顶铁，重复上述操作，直到需要安装下一节管子为止。

（5）卸下顶铁，下管，用钢套环连接混凝土管，保证管与管之间的连接安全。

5-2-2 顶管管节接头形式及防水措施

由于本管道为污水管道，为防止污水渗漏和地下水涌入，管节间必须有可靠的防水措施。

本工程砼管采用刚性T形钢圈的接头形式，接头内采用环氧砂浆填塞。

5-2-3 顶管工作面排水

顶管工作应尽量从下游向上游方向进行，地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。

5-2-4 不良地层事故处理技术措施

在顶管过程中，由于泥水平衡压力控制不当或停顿时间过长，可能会造成突水冒顶事故和工作面塌方事故。

发生突顶时：应该逐渐降低工具管内泥水压力，使泥水压力略小于地下水压力，关闭冲泥水枪和吸泥泵，启动千斤顶缓慢顶进一段距离，待遇顶力升高，采用小水力冲泥，间歇启动吸泥泵排泥，做小量排泥。

发生塌方时：应该逐渐升高工具管内泥水压力，使用权泥水压力略大于地下水压力，嵯闭冲泥水枪和吸泥泵，启动千斤顶缓慢顶进一段距离，待遇顶力升高，采用小水力冲泥，间歇启动吸泥泵排泥，做小量排泥。

5-2-5 管道渗漏的治理

对管道渗水和漏水点，先凿V形槽，埋入导水水管，用双快水泥封闭管周，待水泥有一定强度后，用手动泵压入水泥水玻璃浆液封堵。

5-2-6 管内作业面通风

在顶管中，通风是一个不容忽视的问题。因为在顶进过程的时间比较长，人员在管子内要消耗大量的氧气，久而久之，管内就会出现缺氧，影响作业人员的健康。另外，在掘进过程中遇到一些土层内的有害气体散出，会影响作业人员的健康，还有，在作业过程中还会有一些尘浮游在空气中。也会影响作业人员的健康，最后还有焊接过程中有许多有害烟雾，它不仅影响作业人员的健康，而且也影响测量。有以上这些问题都必须指靠通风来解决。

由于本工程施工管道长度不大，本工程采用鼓风式通风，选用小型风扇。在施工人员下井前必须先通风，并利用类对有害气体进行检测。

5---2---7、顶管坑内检查井的砌筑

管道完成后，按设计图在坑内用砖砌筑检查井，井内外批防水砂浆。待砂浆达到一定强度后，回填石屑至管顶面，用水冲实，其上用土回填，分层夯实。

5-2-8

九、带井闭水试验

在顶管施工完成后，对各井位之间管道沿线接缝采用管道内分围堰挡水检查、堵漏。最后按验收规范的比例，在理工程师指定的井，封闭管道两端，进行灌水法带井闭水试验。

闭水试验按以下程序进行：

1、试验管港口灌满水后浸泡时间不得少于24h。

2、当试验水头达规定水头时开始计时，观测管道的渗水量，直到观测结束时，应向试验管道内补水，保持试验水头恒定，渗水量的观测时间不得小于30min。人负责水位下降变化符合验收标准，再通知理工程师对其进行验收。

十、工程质量保证措施

为确保本工程的施工质量，在施工过程中采用如下措施：

1、责任承包制度：施工全过程衽责任承包制，项目负责人、工程师、明

确职责，对工程质量、施工安全进行承包、奖优罚劣。

2、值班制度：实行工程技术人员现场值班制度，保证施工期间，施工现场技术人员在岗在位。

3、开好碰头总结会：施工班组，值班负责人开好施工碰头会，及时布置施工计划，解决施工难题。

4、严把材料进场关：所有材料均应有产品合格证，出厂检验报告，水泥、钢材均应进行复检，质量不合格产品不准进入施工现场。

5、加强施工质检工作，由质栓员对每每道工序进行质量检查。

6、工程技术负责人对工程进度，质量和安全情况全面了解，发现问题及时处理。

十一、施工安全保证措施

1、成立安全领导小组，队、工班设立安全员负责安全教育和安全的超前控制。加强安全教育，提高全员安全意识。主要是安全第一的教育，本职工作安全检查基本知识技能教育，操作规程，排除险情和应急措施的教育，遵守规章制度和岗位作业标准教育。

2、严格执行有关安全检查和生产制度和安全技术操作规程。认真进行安全检查技术教育和安全检查技术咨询，对安全关键部位进行经常性的安全检查，在醒目的位置悬挂施工及施工安全标志牌，及时排除不安全检查因素，确保安全施工。建立检查落实制度经常召开例会，会前布置，会后检查落实做到超前控制；在工地树立安全检查措施和责任负责制人姓名标识牌。抓好现场管理，开展文明施工，经常保持现场“三通一平”良好状况，以易燃、易爆等危险口若悬河按规定存放，严格看守，严格领发手续。

3、工作井上部设安全平台，周围设护栏杆，井口高出地面30厘米，防止井周围物体落入井内，井内上下层立体交叉作业，设安全网，安全挡板，井下作业戴安全帽。

4、吊车、起重设备由专人操作和专人指挥，统一信号，预防发生碰撞。吊车靠近工作井边坡行驶时，加强对地基稳定性检查，防止发生倾翻事故。

5、加强机械设备维护、检查、保养。机电设备由专人操作，认真遵守用电安全检查操作规程，防止超负荷作业。采用三相五线制，井内照相馆明采用36V低压电。

6、作好防洪、防雨、防雷措施，机电、起重工业设备及钢管脚手架做好接地。定期和不定期开展安全检查评比工作，查违章，查隐患，查措施，抓落实，表扬先进，树典型，使安全工作常备不懈。

7、夜间在施工现场设置的照明及警示灯光安排专人巡查，以确保完好有效。

十二、文明施工和环境保护措施

施工场地位于市区，交通繁忙，对现场的文明施工施工管理及提高环境保护意识是很有必要的，也是文明礼貌施工的一项重要措施。

1、认真学习环境保护法，并执行当地环保部门组织环境监测，调查和掌握环境状态，督促全体职工做好环境保护工作，并认真接受业主和环保部门的监督指导，加强施工管理，衽文明施工，对环境有污染的废物，需排放时，必须经过处理，并经有关部门贞意后送到指定地点掩埋或销毁。

2、按规定的场地、道路进行作业，不乱挖乱弃，天气干燥，注重道路洒水养护，降低粉尘对环境的污染，雨季做好沟渠疏通，防止填料因水剥离冲入下水道或河流造成污染。

3、加强饭堂和工人宿舍的管理，防止油烟和生活垃圾对环境污染。

4、及时修理机械设备，防止跑、冒、漏油，已污染的地面要及时清理。

5、工程竣工后，认真清理沿线杂物，拆除临建，并将上述垃圾至监理工程师指定地点。

6、在市区交通繁忙的道路上施工，施工区域必须作好严密的围蔽；作好明显的交通指示和交通疏散工作。机械设备必须摆放整齐、安全。

十三、保修承诺及措施

按照国家《给排水管道工程施工及验收规范（GB50268-97）》规定要求，签订工程质量保修书，同意留3%合同造价作为质保金，工程竣工验收合格后，保修期为一年，定期派人回访并对所负责施工的工程内容及时进行无偿保修。

该工程根据现场土质情况，工期要求，污水管埋设深度，将考虑采用全封闭式泥水平衡顶管法施工。保证工期进度及质量要求。在顶管施工的分类中，把用水力切削泥土以及虽然采用机械切削泥土须采用水力输送弃土，同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力这一类顶管形式都称为泥水式顶管施工。

在泥水式顶管施工中，要例挖掘面上充满泥水，因为泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜，它可以阴地下水向挖掘面里面渗透透，同时，该泥水本身又有一定的压力，因此，它就可以用业平衡地下水压力和土压力。

泥水顶管施工有以下优点：

1、适用的土质范围比广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用。

2、可有效保持开挖空心思面的稳定，对所顶管子周甲的土体扰动比较小。因此，采用泥水式顶管，特别是采用泥水平衡式项客施工引起的地面沉降也比较小。

3、与其化类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层则表现的更为突出。所以适宜于长距离顶管。

4、工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它彩泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土等容易发生危险的作业。

5、由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行。所以它作业时的进度比较快。

泥水平衡压力：在封的冲泥舱内加泥水压力平衡地下水压力，是妨止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路在面破坏，地表设施受损；压力过大，会增大主千顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。

泥不平衡压力阻力计算如下：

F₃=πD²×P/4=22t

其中 F₃——顶管泥水阻力（t）

P取1.013×10⁵Pa

D=1.62