施工技术方案城镇给排水技术

7.4.4.1 人工顶管顶力的计算

（1）对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。根据经验公式：

式中 P——总顶力，kN；

n——土质系数；

P0——顶进管子全部自重。

土质系数取值可根据以下两种情况选取：①土质为黏土、亚黏土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～2.0；②土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。取n为2.0。

顶进的每节管自重约为2t，最长段以60m计，每节管长2m，共要顶进33.5节管，则P0=2×33.5=60（t）。

则总的顶力为：P=nP0=2.0×60=120（t）

考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3倍左右的储备能力，设备顶进应力为156t，取总的顶力F=200t，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应为100t。

（2）对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。

根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。

1）工具管正压力。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，硬土层通常在30～60t/m2。大于40t/m2时表明土质较好。

式中 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=S1K1=πr2K1=3.14×0.85×0.85×35=79.40（t）

2）管壁摩擦阻力。管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。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。

式中 F2——顶管侧摩擦力，t；

S2——顶管侧面积，m2；

K2——顶管侧阻力系数，t/m2。

F2=S2K2=πDLK2=3.14×1.7×60×0.5=160.14（t）

顶管阻力为以上两种阻力之和，顶进长度按最长管段60m计算，总顶力：

F=F1+F2=239.54（t）

因此，取总的顶力F=300t，选用两个150t的千斤顶作为顶进动力设备。

7.4.4.2 工作井和接收井的施工

工作井和接收井的施工方法采用人工挖孔护壁法施工。

1.工作井施工

工作井采用人工挖孔护壁支护结构。工作井尺寸净空为4.5m×4m，开挖深度为4.5～8.5m，壁厚30cm。

（1）施工工艺。采用分层开挖，分层浇筑井壁的方法施工，每节开挖护壁的高度最多不超过100cm。

（2）施工流程。

（3）施工技术要求。

1）每层开挖深度不大于1.0m。

2）钢筋搭接长度不小于35d。

3）模板拼装要平整、牢固。

4）层与层之间搭接部分的泥土要清洗干净，并凿毛。

5）护壁的下一节和上一节的搭接长度不小于10cm。

6）钢筋的配置必须按照有关标准和规范进行，浇筑的混凝土必须使用振动棒进行振捣，要浇筑混凝土是否到设计标高，回填300mm厚碎石垫层；底板浇筑；测量控制；绑扎钢筋；立护壁模板；设置足够的支撑，防止“跑模”现象的发生。

7）井内的积水由集水井（长×宽×高为30cm×30cm×40cm）及时排走，抽水时要注意用电安全。

8）严格控制后靠背、洞口墙的水平度和垂直度。洞心的标高和洞口的直径要符合设计要求。

9）浇筑完后，养生72h，才能拆模并开挖下一层。10）第一层护壁必须钩挂在井口周边。

11）确保工作井的净空尺寸满足设备要求。

12）底板的标高要符合设计要求。

2.接收井施工

接收井是直径为2.5m的圆井，其护壁厚30cm，具体配筋方案见设计图纸。

7.4.4.3 顶管工作井内设备安装

1.导轨安装

严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。

（1）由于工作井底板浇筑了原20cm的混凝土，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。

（2）严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。

（3）导轨采用浇筑混凝土予以固定，导轨长度采用2～3m，间距设置为60cm。

（4）导轨必须直顺。严格控制导轨的高程和中心。

2.下管、顶进、出土和挖土设备

采用电动卷扬机下管，用千斤顶、高压油泵作为顶进设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出土设备，用空气压缩机带风镐机作为挖土设备。

3.照明设备(www.xing528.com)

井内使用电压不大于12V的低压照明。

4.通风设备

人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。

风量的计算：

（1）按洞内同时工作的最多人数计算：

式中 Q——所需风量，m3/min；

k——风量备用常用系数，常取k=1.1～1.2；

m——洞内同时工作的最多人数；

q——洞内每人每分钟需要新鲜空气量，通常按3m3/min计算。

现管内有两人工作，一人开挖，一人负责运余泥，取k=1.1，m=2，则有

Q=kmq=1.1×2×3=6.6（m3/min）

（2）漏风计算：

式中 Q——计算风量；

P——漏风系数。

采用φ200PVC管，每百米漏风率一般可控制在2%以下。取P=1.02，则Q供=PQ=6.6×1.02=6.73（m3/min）。

取风量大于7000L/min离心鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备则可以满足要求。

5.工作棚架

作为防雨及安装吊运设备。工作坑上设活动式工作平台，平台用20号工字钢梁。在工作平台上设起重架，井旁边装置电动卷扬机。

7.4.4.4 引入测量轴线及水准点

（1）将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线。

（2）将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。

7.4.4.5 下管

（1）下管前，要严格检查管材，不合格的严禁使用。

（2）第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校正导轨安装的准确性。

（3）要安装护口铁或弧形顶铁保护管口。

7.4.4.6 千斤顶和顶铁的安装

千斤顶是掘进顶管的主要设备，由前面顶力计算可知，本工程最长管段的顶力为300t，拟采用2台150t液压千斤顶。

（1）千斤顶的高程及平面位置。千斤顶的工作坑内的布置采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上部管壁与土壁有间隙时，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）安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。

（3）每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。

（4）顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。

7.4.4.7 顶进施工

工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。顶进施工时，主要利用风镐在前取土，千斤顶出镐在后背不动的情况下将污水管向前顶进，其操作过程如下：

（1）安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

（3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

（4）卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证接口缝隙和受力均匀，保证管与管之间的连接安全。

7.4.4.8 顶进施工中的重点工序

1.测量

（1）测量次数。在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm时，测量一次。

（2）中心测量。根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。

（3）高程测量。使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校正水准点，提高精度。

（4）一个管段顶完后，应对中心和高程再做一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。

2.纠偏

当测量发现偏差在10～20mm时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。

当偏差大于20mm时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。

3.管前挖土要求

（1）在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。

（2）在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135°范围内，不得超挖。

（3）接口的处理。由于顶管的管材为F形接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比（质量比）为：膨胀水泥∶砂∶水=1∶1∶0.3，随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。

7.4.4.9 工作井内管道施工

管道完成后，按设计图在井内用砖砌筑检查井，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，用水充实。