手掘式顶管施工艺
1 总则
1.1 适用范围
顶管工艺的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上或地下建筑物、构筑物等各种设施情况，经技术经济比较后确定。顶管工艺大致可分类为：手掘式顶管工艺、挤压式顶管工艺、土压平衡顶管工艺、泥水平衡式顶管工艺和挤密土层顶管工艺。本标准介绍的是手掘式顶管式工艺。手掘式顶管施工适用于土质较好的黏性土或砂性土层中，且管径在80cm 以上。如地下水位较高，则需要采用井点降水等辅助施工措施；不适用于曲率半径小和软土地层的施工。
1.2 编制参考标准及规范
（l）《给水排水管道工程质量验收规范》GB50268—2001
（2）《市政排水管渠工程质量检验评定标准》GJJ3—1990
（3）混凝土和钢筋混凝土排水管》GB／T11836—1999
（4）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300—2001
（5）《地下防水工程施工质量验收规范》GB50208—2002
（6）《地下工程防水技术规范》GB50108——2001
2 术语
2.1 术语
（1）顶管段单元长度：指不采用中继间时计算所能顶进的管段长度。此长度由管径、管道所处土层性质、千斤顶规格、后背墙允许抗力、管道端部所能承受的允许顶力等因素确定。
（2）工作坑：是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机的始发场所。
（3）接收坑：是接收掘进机的场所。
（4）后背：指根据土的性质设计能承受顶管段单元长度最大顶力的反作用力的后背墙。
（5）顶铁：指管道顶进时，千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件。其作用能将千斤顶集中荷载通过顶铁比较均匀地分在管端并能延伸千斤顶活塞的功能。
3 基本规定
该工艺操作全过程应遵守的标准是《给水排水管道工程质量验收规范》GB50268—2001。
4 施工准备
4.1 技术准备
（1）组织管理人员和技术人员熟悉设计文件及设计交底并进行图纸会审。
（2）会同业主、监理单位进行交桩并做好交桩复核记录；对沿线水准点及轴线控制桩进行加密，并报监理工程师审核。
（3）进行工程量复核并编制详细的工料分析。
（4）编制实施性的作业指导书。
（5）组织技术人员熟悉施工规范并进行书面技术交底和安全交底。
4.2 材料要求
所有材料进场前均应附有生产许可证、产品合格证和相应的检验报告书，并经专职质检员验收合格后方可进场；在材料使用前，必须按规定抽样送检，合格后方可使用。对顶管工艺中最主要的材料钢筋混凝土管材在进场前还必须检查其所有原材料试验报告、混凝土试块抗压强度报告和管材本身的抗压检验报告。材料要求具体如表4.2。
材料要求一览表表2..
4.3 主要机具
主要机具设备如表4.3－l，测量仪器设备如表4.3－2。
主要机具配备表
（以1 个作业班组单端作业为例）表4.3－1
测量仪器配备表
（以一个作业班组施工为例）表4.3-2
作业现场还应配备相应的试验检测设备。
4.4 作业条件
施工前应具备的基本条件：
（1）清理场地，将作业区的障碍物及杂物全部清运干净。
（2）修施工便道，确保大型车辆能进入到作业区。
（3）电源、水源落实。
（4）搭设临时设施。
5 材料和质量要点
5.1 材料的关键要求:钢筋混凝土管材的质量必须符合GB/T11836—1999 的规范要求。
5.2 技术关键要求
该施工工艺的技术关键点为顶力计算和测量控制。顶管的顶力可按下式计算，也可按当地的经验公式确定：P＝frD1［2H 十（2H＋D1）tg2（45°－φ／2）＋ω／rD1］L 十P F
式中P——计算的总顶力（kN）；
r——管道所处土层的重力密度（kN／m3）；
D1 管道的外径（m）；
H——管道顶部以上覆盖土层的厚度（m）；
φ——管道所处土层的内摩擦角（°）；
ω——管道单位长度的自重（kN／m）；
L——管道的计算顶进长度（m）；
F——顶进时，管道表面与其周围土层之间的摩擦系数，若土质为湿砂性土或黏土，一般取0.2～0.4，若土质为干土，一般取0.4～0.6；
P F——顶进时，工具管的迎面阻力（kN），因管前及两侧允许超挖，故取0。
5.3 质量关键要求
顶进过程中的管道轴线和高程控制以及管接口的处理是否密实是整个顶管过程中的质量关键点。
5.4 职业健康安全关键要求
（1）管道埋置较深时必须用鼓风机不断向顶管作业区内输送新鲜氧气，以免缺氧。
（2）工作坑支撑必须牢固，以免坑壁塌方。
5.5 环境关键要求:挖出的土方不能随意乱倒，要集中堆放到指定位置。
6 施工工艺
6.1 工艺流程
施工工艺流程详见图6.1《施工工艺流程框图》。
图6.1 顶管施工工艺流程图
6.2 操作工艺
（1）工作坑选择及开挖
1）工作坑尽量设在检查井位置处，且与接收坑交替布置，这样不仅可以缩短工期，也可以节约费用。工作坊布置图见图6.2-1。工作坑开挖宜采用人工开挖，不宜机械作业，以防扰动坑土质造成塌方。开挖的坡度由土质决定。工作坑深度大于5m 时，中间留用50cm 的土质台阶以缓冲土质的侧向压力。工作坑支撑形式应根据土质及开挖深度情况确定，支撑应满足便于运土提吊管件及机具设备的要求。如采用矩形工作坑，则底部宜符合下列公式要求：
图6.2-1 工作坑布置图
B=D1+S
L=L1+ L2+ L3+ L4+ L5
式中 B 一矩形工作坑的底部宽度（m);
D1——管道外径（m）；
S——操作宽度（m），可取2.4～3.2m；
L——矩形工作坑的底部长度（m）；
L1——工具管长度（m）。当采用管道第一节管为工具管时，钢筋混凝土管不宜小于0.3m；钢管不宜小于0.6m；L2——管节长度（m）；
L3——运土工作间长度（m）；
L4——千斤顶长度（m）；
L5——后背墙的厚度（m）。
2）后背墙的安装：
工作坑后背土壁表面应平整，并与管道轴线垂直；后背墙的面积必须通过顶力的反作用力及土质的情况来确定，后背墙构造如下：
（A）贴土壁立码一层15～20cm 的方木，其宽度应不小于所需的受力面积；
（B）横放一层15～20cm 的方木；
（C）立放2～4 根40 号工字钢，设在千斤顶作用点位置；
（D）后背土壁面应与后背墙贴紧，有孔隙时应用砂石料填密实；组装后背墙的底端应在工作坑底以下，不宜小于50cm。这一规定的目的，是在增加施工工作量不大的条件下，利用后背墙的抗力与其高度的平方成正比的规律，以充分发挥其抗力。
（2）设备安装（见图6.2－2）
图6.2－2 顶管作业坑设备布置图
l 一混凝土管；2 一环形顶铁；3 一弧形顶铁；4 一枕木；
5 一导轨；
6 一主顶油缸；
7 一主顶油缸架；
8 一测量系统；
9 一混凝土底座；10 一后靠背；11 一后座墙S12 一工作井
1）导轨安装
工作坑及后背墙成型后，在槽底安放25cm×25cm 的枕木，枕木项与槽底平，使枕木镶在槽底土层中，间距为0.5m，长度3m，枕木的下面浇筑15cm 厚C20 混凝土，以免枕木下沉，在顺管子方向安放两根重型钢质导轨，长度为5m，导轨与枕木之间应锚固连接，以防滑动。两根导轨之间的轴线应与管子的轴线重合，导轨的间距为：
式中D1——管外径；
h——钢轨高度；
c——管外壁与基础间缝隙，一般取6～8m。
2)千斤顶安装
千斤顶宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的中心应比管中心低5％的管内径左右的垂直线上；当千斤顶多于一台时，宜取偶数，且其规格宜相同；当用多台千斤顶时，其油路应并联，每台千斤
