普通顶管施工技术

□古小辉（河南省水利第二工程局)

地下管线穿越铁路、公路、渠堤、土坝等设施时，采用顶管施工技术，在不影响正常的道路交通、不破坏地表建筑物的情况下，采用简易的施工设备完成地下管线的敷设，较之传统施工方法有明显的优势。大唐信阳发电有限责任公司2×660MW超临界机组补给水管线安装工程施工中，其管线多次穿越107国道、信潢公路、城市道路，均采用了普通顶管施工技术，取得了良好的施工效果。

一、施工准备

开工前，首先详细了解穿越地段的地下设施的性质、类型分布、走向、大小及其重要性等，同时请相关设施的管理部门到现场指定位置，并采取相应的保护措施。

编制作业指导书，制定工艺流程，进行技术交底，顶进设备、辅助设备及各种材料准备齐全、管线用材运至现场，并经检验合格。

二、测量放线

根据业主提供的中心控制点，用经纬仪测量出套管中心线的位置，确定出套管穿越的中心桩、施工带边线桩，撒上白灰线。

根据施工管道直径放出工作坑的位置和尺寸，一般为管道直径两侧各保证1m工作面。

三、工作坑布置和处理

（一）工作坑布置。

管道长度一般为2.0～2.5m，液压千斤顶行进总长度一般为1.5m。故工作坑设计净尺寸一般为4.0～4.5m，深度则视设计高程确定。承受顶进反力的作业坑墙体用混凝土浇筑成钢筋混凝土直墙，混凝土面上部高出管口顶部0.5m，下部根据土质情况开挖出0.3～0.5m的齿槽，以便更好承受顶进反力。钢筋采用Φ12Ⅱ级螺纹钢，钢筋网片规格200mm×200 mm。工作坑其他三侧坑壁采用砖砌墙体或混凝土墙体。具体根据工程地质情况而定。为防雨水流入坑内影响施工，工作坑顶部用遮阳棚、四周筑土埂围护，并在合适位置挖沟槽将地面水妥善引排，以保护工作坑墙体的稳定。工作坑和接收坑必要时加打互扣槽钢，以保障施工安全。

（二）工作坑的基础处理及导轨布置

工作坑基础处理，首先将坑底抄平夯实，处理分为两层，底层为0.1m厚的碎石基础，其上再浇筑0.2m厚的C20混凝土作为工作坑坑底，控制其坡度和高程与设计图纸一致。浇筑前在导轨位置埋设钢筋，待坑底混凝土达到一定强度后将导轨焊接在之前埋设的钢筋上。

四、顶管设备选择

（一）液压控制箱

由电动机驱动、收油箱、高压油泵、液压操纵箱安装成整体。顶进开始时，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶出，千斤顶活塞退回时油压不得过大，速度不得过快。

（二）千斤顶

选用顶力为5000kN，行程为1.5m的液压千斤顶，千斤顶固定在支架上，并且与管道中心线的垂线对称，其合力作用应该在管道中心的垂直线上，位置位于管道总高的1/4～1/5处。

（三）起重设备

在工作坑的中间地面部位焊接龙门架，龙门架中部设置一个定滑轮，通过安装在工作坑旁边的5T卷扬机与定滑轮结合，组合起重设备。

（四）顶铁

顶铁应该有足够的长度，采用型钢焊接成型，焊缝不得高出表面，顶铁相邻面互相垂直，在顶铁上安装锁定装置，单块放置时保持稳定。

（五）施工降排水

在工作坑一角设置一集水井，井深低于工作坑地面0.5m，用两台潜水泵日夜抽水，防止地下水涌出或地表水进入顶管工作坑内。

五、顶进施工

顶进前，全部设备经过检查，并且经过试运转；检查导轨上的中心线，坡度和高程符合设计要求，防止流动土或者地下水进入工作坑。

顶进时将一节套管放置于导轨上，套好接力钢套管头，并且收紧接力钢套固定螺丝，装好铁环，调好顶的位置，不得松动。用经纬仪、水准仪校正其平面与高程位置，使其达到设计要求；派 2人至管内，1人在工作面挖土，1人用小车收土运至工作坑，再用起重设备将土运往地面；启动千斤顶，将管顶进，用千斤顶顶进口，每节管分四次顶入，原则上每次顶0.5m，千斤顶行程终了，复位千斤顶，加塞垫块后复顶。第一节套管顶入工作面后，使其预留约0.3～0.5m管子在导轨上，供作下一节套管顶进前稳定作用，下一节套管在导轨上与第一节套管接口处内外部均用钢制套环作接口连接使用，这样可以保证混凝土管道顶入后接口处平整，沉降均匀（大直径顶管在出厂时已有外钢套环）。

套管接触或者切入土层后，应自上而下分层开挖；在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管道下部135°范围内不得超挖；管道顶部以上超挖量≤1.5cm。

采用手工挖掘进行时，套管进入土层过程中，每顶进30cm测量不少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每顶1m测量不少于一次，纠偏应该增加次数，测量控制的方法为：在待顶管顶首端固定一个小十字架，在坑内悬架一台水准仪，使水准仪十字线对准十字架，顶进时，如果出现十字架与水准仪十字线发生偏离，则表明管道中心线发生了偏差；若十字架相对于管道位置不变，只要量出十字架交点偏离的垂直距离，即可读出待顶管顶进中的高程偏差。

六、施工测量控制

为了使管道按照规定的方向前进，在顶进过程中必须不断观测管节前进的轨迹，当发现偏离设计位置时，就要及时地进行校正。因此要求顶管自始至终都要在测量工作的严格控制之下。

（一）顶进前的准备阶段测量

包括工作坑的方位、高程，标定管道中心线，设立临时水准点等。开始顶进的第一节管测量工作非常重要，第一节管顶得好，位置正确，以后的管子才能顶好。

（二）顶进过程中的测量

主要是对工具管和首节管进行测量，此种测量观测频繁，正常顶进时每顶进30～40cm就应测量一次，顶进第一节管时，测量的顶进间隔距离更要小些。除对工具管和首节管频繁测量外，每顶进40～60cm还需对整个顶进管进行复测，主要是检查中间管节有无下沉现象。

（三）工程竣工测量

一般是每节管都应测量，根据测量结果绘出竣工图。

（四）地面观察测量

观察地面有无沉陷和隆起。开始顶进前，要选好基线（即管道设计的中心线）和基点（即临时水准点）。基线和基点一定要设置牢靠，在整个施工过程中不能发生移动，特别是基线若方向稍有移动则可能形成很大的误差，基线设置好后，就以此基线为准测量顶管的中心。中线的测量方法可根据顶距的长短、精度要求的高低而不同。常用的方法有：三点移线法、经纬仪测量、连通管测量法、激光测量。

七、纠偏措施

当偏差为10～30mm时，在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，以使迎面阻力减小，而在对方的一侧不超挖或者留坎，使迎面阻力增大，形成力偶，让首节管子调向逐渐回到设计位置，称为挖土校正法；当偏差>30mm或者采用挖土校正法无效时，用圆木或方木一根，一端顶在管子偏向设计一侧内管壁上，另一端支在垫有木板的管前土壤上，支架稳固后开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子产生的分力，使管子得以校正，或者配合挖土校正法在超挖的一侧前端壁支上一个5～15t的小千斤顶，千斤顶底座上接一根短顶木，利用小千斤顶的顶力使管子调向，然后在继续顶进中，逐渐回到设计位置；采用挖土校正无效时，采用架垫钢板校正法，在顶管的终端与顶管之间的适当位置垫置一个角度，顶进时即可使顶管逐渐回到设计位置。

八、结语

根据在该项目中完成的多次顶管施工的实际情况来看，普通顶管法一般适用于顶入的管节内径≥800mm的钢筋混凝土管和钢管，顶进总长度一般不超过60m。地下土质均一、稳定的地段，施工的坐标误差一般可控制到1cm以内。但当管径>1800mm时，工作面土壁可能会出现稳定性问题，尤其是土质松散或遇到地下水时。