顶管设计与施工

1、顶管工程安全等级与设计工作年限，其中一级，设计工作年限为100年；二级，设计工作年限为50年；

2、勘探孔布设应符合下列规定：

1）勘探孔宜在管线两侧交错布置；

2)非过水管线结构与勘探孔宜距3m～5m，过水管线宜布置在管线结构外侧6m～12m 处；

3)应在始发或接收洞口外侧2m～3m 处各设置至少一个勘探孔，当覆盖层厚度大于10m 时，应在洞口两侧各布设一个勘探孔，洞口外侧的连续取土孔应不少于1 个；

4)勘探孔平面布置间距可根据场地复杂程度取30m～50m，当场地情况复杂或顶进大断面管线时，勘探孔平面布置间距宜不大于20m；在工作井选址处、顶进工法变换处、地质单元交界和地层突变段应加密勘探孔；

5)勘探孔应分为一般性勘探孔与控制性勘探孔，勘探孔底深度宜深于待建管线底部，一般性勘探孔超出长度宜不少于1.5 倍～2.0 倍管线截面对角线长度，控制性勘探孔超出长度宜不少于2.5倍～3.0 倍管线截面对角线长度；当遭遇不良地质条件时，勘探孔深度宜根据设计需要加深；

3、顶进井反力墙、井壁结构及背后土体承载力应满足顶进施工最大顶力的要求。顶进井应设置钢筋混凝土底板，接收井可按需设置。仅做施工用的临时接收井可不做钢筋混凝土内衬。穿墙孔位置的井壁结构应进行加固。

4、顶进井尺寸应符合下列规定：

2 顶进井的最小净宽度宜按下式计算：

3 顶进井的最小深度宜按下式计算：

4 穿墙孔尺寸可按下式计算：

图5.2.2 顶进井尺寸设计

1—顶管机；2—管节；3—顶环；4—顶铁；5—工作井；6—油缸架；7—反力墙；8—导轨

5 井壁横截面宜为圆形，也可采用矩形或多边形；圆形井壁的截面厚度不应小于300mm，矩形或多边形截面井壁的截面厚度不宜小于400mm；

6 井壁混凝土强度等级不宜低于C25；竖向钢筋牌号不宜低于HRB400；竖向连接和支承的构造措施应满足结构极限状态要求，竖向钢筋不得采用绑扎连接；

7受到穿墙孔削弱或被截断的逆作井环，应在井外或井内设置加固措施；

8工作井洞口止水装置设计应符合下列规定：

1）应结合工作井的具体条件、地层特点确定止水装置构造；

2）顶进井可根据埋深采用橡胶法兰、帘布橡胶板、气囊、钢丝刷并压注油脂等措施，不得有漏泥、漏水现象；

3）顶进井的预留洞口顶以上覆土深度超过10m 且地层为透水层时，应设置井壁预埋钢环，宜采用双层止水橡胶板；覆土深度超过15m 时，应设置井壁预埋钢环，宜增加钢丝刷止水装置；

4）接收井可采用加固洞口土体的方式进行止水。

图5.2.9 双道橡胶止水装置构造

1—井壁侧墙；2—锚固钢筋；3—止水橡胶帘布；4—压板；5—翻板；6—中间止水钢环；7—固定螺栓；8—预埋洞口钢环

9顶管设计与管节制作

9.1 钢筋混凝土管节构造应符合下列规定：

1）管节纵向钢筋的最小配筋率不宜低于0.2%，间距不宜大于150mm。当混凝土强度大于C60 时，最小配筋率宜增加0.1%；

2）注浆孔宜均匀布置在管节外周，处于同一断面的注浆孔数量宜为3 个～6 个或根据注浆需求定制；

3）矩形截面管节的顶、底板与侧壁连接处宜设置腋角。

9.2 钢质管节构造应符合下列规定：

1）管节间采用焊接连接应根据现行国家标准《钢结构焊接规范》GB 50661 确定焊接坡口形式；

2）钢质管节的长度不宜小于6m，长距离顶管所用管节的长度可适当增大。

9.3 管节接头构造应符合下列规定：

1 ）接头应满足顶进时轴向荷载的传递要求，当发生小幅偏斜时，应仍具有防水能力；

2）钢承口焊接应满焊，并应采取防止钢承口焊接变形的措施；

3）顶进管节接头防水形式宜采用柔性钢承口或柔性钢承插口，可根据防水需求选用单胶圈或双胶圈接头；

4 ）管节之间接头处传力面应设置环状传力衬垫，当采用木质衬垫时宜粘贴安装，粘贴时应位置准确、粘贴牢固、表面平整；

5 ）顶管施工完成后，应先将管节接缝清洗、干燥，管节下部的嵌缝槽宜采用聚氨酯密封胶嵌填。

9.4 钢筋混凝土管节材料应符合下列要求：混凝土强度等级宜不低于C50，抗渗等级宜不低于P10；

9.5 管节接头材料应符合下列规定：

1）承口钢环应选用Q235B 及以上标号的板材，板材厚度不应低于10mm；

2）管节接头防水采用弹性橡胶密封圈时，弹性橡胶密封圈的性能指标应符合设计文件及现行国家标准《橡胶密封件给、排水管及污水管道用接口密封圈材料规范》GB/T 21873 的有关规定；

3）管节接头防水采用遇水膨胀橡胶圈时，遇水膨胀橡胶圈的性能指标应满足设计要求和现行国家标准《高分子防水材料第3部分：遇水膨胀橡胶》GB/T 18173.3 的有关规定；

4）管节接头采用其他密封材料防水时，应满足设计要求。

10顶进设计与施工

10.1一般规定

土压平衡顶管法是顶进过程中，在顶管机前端的刀盘切下的土体、岩石碎屑充满泥土仓的同时，用刀盘后的搅拌棒于泥土仓内进行搅拌，在必要时可加入各种土体改良剂，使泥土仓内的土体保持良好的塑性、流动性和止水性，并保持一定的压力以平衡土压力和地下水压力，使用螺旋输送机排出泥土仓内弃土的一种顶进施工方法，设备布置示意图见图1。

图1 土压平衡顶管施工设备布置

1—土压顶管机；2—土压仪表；3—螺旋输送机；4—皮带输送机；5—运土车；6—洞口；7—顶铁；8—主顶油缸；9—反力墙；10—液压泵站；11—龙门行车；12—土体改良注浆设备；13—注浆减阻设备

土压平衡顶管的优点为：1 挖掘面稳定性好，适用的土质范围较广；2 可在浅覆土状态下顶进；3 全封闭土仓采用螺旋输送机排土安全可靠，可排出粒径较大的卵石等；4 弃渣易于运输、堆放和处理；5 减阻泥浆不易被稀释，有利于长距离或曲线顶进；6 施工占地面积较少、噪声小；7 土压力易控制，开挖面稳定，适用于大直径顶管。

土压平衡顶管的缺点为：1 不适用于小直径顶管；2 非连续出土（如采用运土车运输弃渣）时则施工速度较慢；3 一旦顶管机前遇到障碍物，处理较为困难。

土压平衡顶管的施工作业流程如下图所示：

图2 土压平衡顶管的施工作业流程

泥水平衡顶管法是顶管机通过刀具切削岩土体的同时，使泥水仓内保持一定的压力，并让进水管与排泥管在泥水仓内构成循环以运送弃渣的顶进施工方法（见图3），其主要特征是靠刀盘面板和泥水共同来保持挖掘面的稳定及泥水输送弃渣。在掘进过程中，始终以泥水充满封闭的泥水仓，泥水压力高于所处地层地下水压力10kPa~20kPa，防止地下水向泥水仓内渗透或涌入，并在开挖面上形成一层泥膜，阻隔地下水向泥水仓流入的顶管。

图3 泥水平衡顶管施工设备布置

1—运渣车；2—沉淀池；3—泥水处理设备；4—泥水调配设备；5—进水泵；6—进水管；7—液压动力源；8—中央控制台；9—排泥管；10—洞口止水圈；11—流量计；12—排泥泵；13—基坑旁通；14—后靠板；15—主顶油缸；16—顶铁；17—基坑导轨；18—顶进管；19—泥水加压顶管

机泥水平衡顶管的优点为：1 施工速度快、施工精度高、开挖面稳定、地面沉降小；2 施工安全、可靠和施工作业环境较好；3 适用于作业人员无法进入的小口径顶管施工；4 泥水输送弃土为连续作业，大大提高了顶进速度。

泥水平衡顶管的缺点为：1 辅助设备（进排泥管、进排泥泵、泥水分离器等）和泥水处理设备庞大、复杂、占地面积大；2 施工过程水电消耗较高，成本较高；3 顶管机前遇到障碍物处理较为困难；4 大直径顶管施工确保开挖面稳定较难。

泥水平衡顶管的施工作业流程如下图所示：

图4 泥水平衡顶管的施工作业流程

10.2 顶铁的安装和使用应符合下列规定：

1）顶铁宜采用型钢焊接成型，顶铁的强度、刚度应满足最大允许顶力要求；

2）顶铁安装轴线应与隧道设计轴线一致，顶铁与导轨、管节、液压缸之间的接触面不得有泥土等异物；

3）顶铁与管节之间应采用缓冲材料衬垫；

4 ）顶铁与顶推液压缸连接端宜配置顶推液压缸向后拖拽装置；

5 ）顶铁放置导轨上时应保持稳定；

6 ）安装前应检查顶铁规格和状态，不同规格的顶铁不宜混用。

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