顶管施工技术及验收规范试行.docx

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顶管施工技术及验收规范试行

1总　　则

　　1．0．1为统一全国顶管施工技术要求，做到技术先进，经济合理，安全可靠，确保施工质量，使顶管

施工规范化，中国非开挖技术协会特组织制定本规范。

　　1．0．2当地下管道或其他管线的铺设可以通过顶进施工方法在交通、建筑、经济和环境保护方面带来

好的效益，应该采用非开挖施工方法。

　　1．0．3本规范适用于敞开式和封闭式顶管施工方法。

根据施工方法的不同，顶管机可分为敞开式顶管

掘进机和封闭式顶管掘进机两大类。

敞开式顶管掘进机有手掘式、挤压式和网格式等；封闭式顶管掘进机有土

压平衡、泥水平衡、混合型等型式。

　　1．0．4本规范适用于所有预制管道的地下非开挖施工，包括常用的断面为圆形、长方形以及其他不规

则形状的管道。

　　1．0．5根据管道的材料和各自的连接方法来选择合适的管道之间的连接方法即：

刚性连接或柔性连接。

　　1．0．6对采用顶管施工方法引起的地表变形和对周围环境的影响，应事先做出充分预测，并使之符合

建设单位的相关要求。

当预计影响难以确保地面建筑物、道路交通和地下管线的正常使用时，应在建设单位的

组织下，会同有关部门商定采取有效的技术措施进行监测和保护。

　　1．0．7当两条平行管道采用顶管法施工时，应贯彻先深后浅、先大后小的原则。

两段管道平行顶进时，

其相邻管壁间最小净距应根据施工地区的地质条件、不同的顶进方法和施工时间等因素来确定。

一般情况下，

相邻顶管外壁的间距应不小于大管道的外径。

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　　1．0．8一般情况下，顶管的覆土厚度不小于3m，或者不小于1．5倍的管道外径，否则应采取相应的

技术措施。

　　1．0．9在进行顶管工程施工设计前，应对施工线路进行工程勘察，调查分析施工区域的水文地质和工程

地质情况，充分掌握与顶进施工有关的现场资料。

施工人员必须根据设计图纸、技术标准和现场施工条件等因素，

认真编写施工组织设计，对操作人员进行详细的技术交底，明确职责分工。

　　1．0．10对于机械化程度较高的土压平衡、泥水平衡和?

昆合式顶管机操作员，应加强专业技术和安全教

育，并须持证上岗。

　　1．0．11应与有关部门签订施工配合协议。

在顶进作业前，对周围的建筑物和地下设施采取相应的防护

措施，避免造成意外事故。

在顶进过程中，应对周围重大建筑物、顶进力、后座墙进行测量监控。

测量监控方案

应纳入施工组织设计或施工技术方案中。

　　1．0．12施工完毕后，管道的伸缩标准应该满足给排水管道、气体输送管道和其他管道的使用要求。

　　1．0．13管道内施工的所有移动电机具和设备，必须有严格的接地措施。

井下、管道内的照明设备

必须用12～36V安全电压。

2术　　语

　　2．0．1非开挖技术Trenchlesstechnology（Nodig）

　　不开挖地表或以最小的地表开挖量进行各种地下管道／管线探测、检查、铺设、更换或修复的施工技术。

　　2．0．2顶进／起始工作坑／工作井Drivepit（Entrypit）

　　为布置顶管施工设备而开挖的工作坑／井，作顶进工作坑／井中一般设置有后背墙以承受施工过程中的反力。

　　2．0．3接收／出口工作坑Receptionpit（Exitpit）

　　为接收顶管施工设备而开挖的工作坑（井），有时也称为目标工作坑（井）（Targetshaft）。

　　2．0．4进人施工Manentrypipejacking

　　施工人员进入管道进行作业的施工方法，公认的进人和非进人管道直径划分一般以900mm为界。

　　2．0．5顶管施工技术Pipejacking

　　在不开挖地表的情况下，利用液压顶进工作站从顶进工作坑将待铺设的管道顶人，从而在顶管机之后直

接铺设管道的非开挖地下管道施工技术。

　　2．0．6微型隧道施工技术Microtunneling

　　微型隧道施工技术也称为小口径自动化顶管施工技术，一般用于铺设小口径管道，在施工中可采用遥控

的方式在地表控制管道的顶进方向。

该工法也可用于铺设直径较大的管道。

　　2．0．7中继站／中继间Intermediatejackingstation—IJS

　　中继站有时也称为中间顶推站、中继间或中继环，其安装在顶进管线

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的某些部位，把这段顶进管道分成若干个推进区间。

它主要由多个顶推油缸、特殊的钢制外壳、前后两个特殊

的顶进管道和均压环、密封件等组成。

顶推油缸均匀地分布于保护外壳内。

当所需的顶进力超过主顶工作站的

顶推能力、施工管道或者后座装置所允许承受的最大荷载时，则需要沿施工的管线安装一个或多个中继站进行

辅助施工。

　　2．0．8顶管机Jackingmachine

　　顶管机是在一个护盾的保护下，采用手掘、机械或水力破碎的方法来完成隧道开挖的机器。

　　2．0．9后背墙Reactionwall

　　后背墙是顶进管道时为顶进工作站提供反作用力的一种结构，有时也称为后背、后座或者后座墙等。

　　2．0．10顶进力Jackingforce（Jackingloads）

　　顶管施工中的顶进力（Jackingloads）是指在施工中推进整个管道系统和相关机械设备向前运动的力，

需要克服顶进中的各种阻力，同时在顶进过程中还不断受到各种外界因素影响（纠偏、后背的位移等）。

　　2．0．11切削头／切削刀盘Cuttinghead（Cuttingwheel）

　　根据地层情况的不同，全断面掘进顶管机可以配备不同形状和结构形式的切削刀盘（或钻头），某些结构

的切削刀盘除了可以进行工作面的掘进之外，还具有平衡土压力的作用。

切削刀盘一般可分为车轮式切削刀盘、

挡板式切削刀盘和岩石切削刀盘三种。

　　2．0．12顶进管道Jackingpipe

　　要顶进的各种管道，通常包括混凝土管道、钢筋混凝土管道、钢管道、玻璃钢管道、铸铁管道和陶土管道

等。

管道的接口要求平直，具有良好的密封性能。

　　2．0．13手掘式顶管机Manualpipejackingmachine

3施工组织设计的编写

　　3．0．1顶管施工属于地下工程，影响施工的因素很多，除了施工工艺方法多、技术要求差异大等特点

外，工程地质条件、原有地下设施和地下障碍物情况以及施工现场环境等因素均可对施工进度、工程质量、

施工安全和施工成本造成影响。

为了保证顶管施工项目的顺利进行，取得良好的经济效益和社会效益，编写

好顶管施工技术组织设计是十分关键的。

　　3．1主要内容

　　3．1．1顶管施工组织设计应包括如下主要内容：

（1）工程概况：

主要介绍施工场地的特征，水文地质和工程地质概况、合同工期、施工设计的各项重要

指标等内容。

（2）业主或发包单位简介。

　　（3）承包商或施工单位简介。

　　（4）施工准备工作计划。

　　（5）施工顺序与施工进度计划。

　　（6）施工方法和施工设备选择。

　　（7）施工平面布置图。

　　（8）施工技术措施（包括工程质量保证和安全施工措施等）和工程监理等。

　　（9）施工区域及施工范围：

施工范围应在施工所在地区适当比例的地图上用较明显的线条表示出来，

并且标明所顶管子的口径、延长米等。

　　（10）工作量：

指标明的主要实物工作量，如工作井、接收井的数量，各类管径顶管的总延长米数。

根据具体情况，也可同时标明货币工作量。

　　（11）劳动力与物资需用计划。

　　3．2工程概况

　　3．2．1工程简介：

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　　首先应对工程所在地的环境、交通、地下公共设施等作一些简明扼要的介绍；其次，应对工程的工作

量、管道埋深、管线走向作一个说明；最后应对工程的特点、难点作一个重点介绍。

　　3．2．2地层条件：

　　对顶管、工作井、接收井所涉及的土层的物理、力学性质进行详细描述。

地层条件不仅是选择顶管工

法的主要依据，也是合理选择辅助施工方法和各种施工计算（如顶进力计算）的依据。

因此，要求其数据可靠、

可信。

如果业主提供的资料不能完全满足要求，承包商应进一步要求业主提供有关资料，或者自己进行一次

比较详尽的勘探，以取得完整的资料。

　　3．2．3地层柱状图：

　　在比较简单、推进距离不长的情况下，可以在地层的纵剖图-亡标明所顶管子的直径、高程和顶进长度。

但是，若顶管施工规模比较大且较为复杂时，就必须每间隔一定距离绘一张地层柱状图。

地层柱状图是把每

一个钻探孔的土质分层，并对其主要特性加以说明，让施工人员能一目了然地了解地层状况。

　　在每一张地层柱状图中，自左至右，其应含有的内容有：

绝对标高、土层深度、柱状图、土层颜色、

土质名称、土层物理力学性质说明、标准贯入值、标准贯入值曲线、顶管所穿过的土层及管径和管内底标高等。

　　3．2．4地面建筑及道路状况：

　　对顶管可能影响到的建筑的结构、基础、使用状况应作一些说明。

必要时应对建筑物已有的裂缝作一

个封头处理。

具体做法是由施工方、业主、监理及当地代表四方，在施工前对可能影响到的建筑物的裂缝端

头用红漆标注出来，对较宽裂缝的宽度用红漆标注在裂缝旁边，并且对这些拍照，做成资料，由四方签字并

各持一份。

遇到受保护的古建筑物及居民房屋应尽可能做得详细一点。

如果需要特别保护的还要制定出其保

护措施，该措施应列入后面的施工计划。

　　3．2．5地下管线及地下构筑物：

4顶管机选型

　　4．0．1顶管施工应主要根据土质情况、地下水位、施工要求等，在保证工程质量、施工安全等的前

提下，合理选用顶管机型。

　　4．0．2为合理选择顶管机型，应首先获得和分析如下相关技术资料：

　　根据所提供的工程地质钻孔柱状图和地质纵剖面图，了解顶管机所要穿过的有代表性的地层条件，同

时研究特殊的地层条件和可能遇到的施工问题。

　　详细分析顶管机所要穿越的各类地层的土壤参数（表4．0．2），然后依据下列几条进行顶管机的选型：

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　　1按土颗粒组成和土的塑性指数，可确定顶管机穿越最具代表性的地层及其最基本的地质依据。

　　2根据土的有效粒径d10和土的渗透系数K等，可确定是否采用人工降水的方法疏干地层。

　　3在环境保护要求很高的砂性土层中进行顶管施工，当地下水压力>98kPa，黏土颗粒含量<10％，

渗透系数>10cm／s，并有严重流砂时，宜采用泥水平衡或开挖面加高浓度泥浆的土压平衡的顶管掘进机施工。

　　4按土的稳定系数NI的计算和对地面沉降的控制要求选择顶管机的结构形式以及地面沉降控制技术措

施，其计算公式见式（4．0．2）。

　　当Nt≥6时，且地面沉降控制要求很高时，因正面土体流动性很大，需采用封闭式顶管机头。

　　当4

5顶进管道

　　5．1顶进管道的基本要求

　　5．1．1所用管材必须满足如下基本要求：

（1）能够抵抗管道内外的侵蚀。

（2）能够承受一定的静、动荷载。

　　（3）能够承受管道内外部的压力。

　　（4）具有良好的过流性能。

　　（5）较低的成本。

　　5．1．2除了满足5．1．1中对管材的基本要求之外，顶管施工的管材还应符合以下要求：

（1）较高的轴向承载能力。

（2）紧密的配合尺寸。

　　（3）端部要乎整、垂直。

　　（4）管道长度方向上应保证平直度。

　　（5）防水接头应设置在管道壁内，不允许突出于管道的内外壁。

　　（6）管道接头应具有传递轴向载荷的能力，同时在发生一定角度的偏斜时应仍具有防水能力。

　　5．1．3管道长度通常以2．0～3．0m为宜，有时也采用1．0～1．25m较短的管节。

对于大

直径的管道，一般应采用较长的管节，这样可以相对减少管接头的次数、提高施工效率。

在通常情况下，

采用的单根管节的长度不宜超过顶管机或微型隧道掘进机的机身长度。

　　5．1．4顶进管道的直径DN（ID）系列为：

250，300，350，400，450，500，600，700，8

00，900，1000，1100，1200，1250，1300，1400，

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1500，1600，1800，2000，2100，2200，2400，2500，2600，2800，3000，3200，3500，4000。

　　5．1．5适合于顶管的管材类型通常包括：

混凝土管道、球墨铸铁管道、石棉水泥管道、陶土管、钢

管和塑料管等。

　　5．1．6顶进管道及其连接处应有足够的抵抗管道内外化学腐蚀和机械损伤的能力，管道的防护措施

应和管道顶进工艺过程以及地层条件相适应。

　　5．1．7管道制造商应提供顶进管道的下列详细资料：

（1）管道的内径。

（2）管道的外径。

　　（3）管道的接头形式。

　　（4）管道连接位置的尺寸。

　　（5）管道长度（平均长度）。

　　5．1．8管道的长度误差应符合表5．1．8中的相关规定。

　　5．1．9管道端面的垂直度应满足下列要求：

（1）管道端面的垂直度定义为如图5．1．9所示的管道末端的角度。

（2）管道端面垂直度要依据线垂直于管道轴的管壁为基准来测量。

如

6顶管工作坑的设计与施工

　　6．1顶进工作坑的设计

　　6．1．1工作坑形状一般有矩形、圆形、腰圆形、多边形等，其中矩形工作坑最为常见。

在直线顶管

中或在两段交角接近180度的折线的顶管施工中，多采用矩形工作坑。

矩形工作坑的短边与长边之比通常为

2：

3。

如果在两段交角比较小或者是在一个工作坑中需要向几个不同方向顶进时，则往往采圆形工作坑；另

外，较深的工作坑也一般采用圆形，且常采用沉井法施工。

沉井材料采用钢筋混凝土，工程竣工后沉井则成为

管道的附属构筑物。

腰圆形工作坑的两端各为半圆形状，而其两边则为直线；这种形状的工作坑多用成品的钢

板构筑而成，而且大多用于小口径顶管中。

　　6．1．2应根据下列条件设计顶管工作坑：

（1）管道井室的位置。

（2）可利用坑壁土体作后座墙。

　　（3）便于排水、出土和运输。

　　（4）对地上、地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全施工措施。

　　（5）距电源和水源较近，交通方便。

　　（6）地下水位以下顶进时，工作坑要设在管线下游，逆管道坡度方向顶进，有利于管道排水。

　　（7）尽可能减少工作坑的数量：

顶进过程中要力求长距离顶进，少挖工作坑。

　　（8）直线顶管工作坑最好设在管道附属构筑物处，竣工后就工作坑地点修建永久性管道附属构筑物。

　　（9）长距离直线管道顶进时，在检查井处做工作坑，在工作坑内可以调头顶进。

在管道拐弯处或转向

检查井处，应尽量双向顶进，提高工作坑的利用率。

　　（10）多排顶进或多向顶进时，应尽可能利用一个工作坑。

　　（11）工作坑的选址应尽量避开房屋、地下管线、池塘、架空电线等不

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利于顶管施工的场所。

　　（12）在一些特殊条件下，如离房屋很近，则应采用特殊方法施工工作坑。

　　6．1．3矩形工作坑的底部尺寸应满足式（6．1．3—1）和式（6．1．3—2）要求：

　　6．1．4工作坑深度应符合式（6．1．4—1）和式（6．1．4—2）要求（图6．1．4）：

7后座墙的设计与施工

　　7．0．1后座墙（reactionwall）是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、

后背或者后背墙等。

在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，顶管施工就要停顿。

后座

墙的设计要通过详细计算，其重要程度不亚于顶进力的预测计算

　　7．0．2后座墙的最低强度应保证在设计顶进力的作用下不被破坏，并留有较大的安全度。

要求其本

身的压缩回弹量为最小，以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率。

在设计和安装后座墙时，应使其满足如下要求：

（1）要有充分的强度在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不致破坏。

（2）要有足够的刚度当受到主顶工作站的反作用力时，后座墙材料受压缩而产生变形，卸荷后要恢复原状。

　　（3）后座墙表面要平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶力损失和发生质量、安全事故。

　　（4）材质要均匀后座墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的后坐力时造成后座墙材料压缩不匀，出

现倾斜现象。

　　（5）结构简单、装拆方便装配式或临时性后座墙都要求采用普通材料、装拆方便。

　　7．0．3后座墙的结构形式一般可分为整体式和装配式两类。

整体式后座墙多采用现场浇筑的混凝土。

装配式后座墙是常用的形式，具有结构简单、安装和拆卸方便、适用性较强等优点。

　　7．0．4采用装配式后座墙时，应满足下列要求：

（1）装配式后座墙宜采用方木、型钢或钢板等组装，组装后的后座墙应有足够的强度和刚度。

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（2）后座墙土体壁面应平整，并与管道顶进方向垂直。

　　（3）装配式后座墙的底端宜在工作坑底以下（不宜小于50cm）。

　　（4）后座墙土体壁面应与后座墙贴紧，有间隙时应采用砂石料填塞密实。

　　（5）组装后座墙的构件在同层内的规格应一致，各层之间的接触应紧贴，并层层固定。

　　（6）顶管工作坑及装配式后座墙的墙面应与管道轴线垂直，其施工允许偏差应符合表7．0．4中的规定。

7．0．5当无原状土作后座墙时，应设计结构简单、稳定可靠、就地取材、拆除方便的人工后座墙。

7．0．6利用已顶进完毕的管道作后座墙时，应符合下列规定：

（1）待顶管道的顶进力应小于已顶管道的顶进力。

（2）后座墙钢板与管口之间应衬垫缓冲材料。

　　（3）采取措施保护已顶人管道的接口不受损伤。

7．0．7在设计后座墙时应充分利用土抗力，而且在工程进行中应严密的注意后背土的压缩变形值，将残

余变形值控制在20mm左右。

当发现变形过大时，应考虑采取辅助措施，必要时可对后背土进行加固，以

提高土抗力。

7．0．8后座反力常用的计算方法一：

　　忽略钢制后座的影响，假定主顶千斤顶施加的顶进力是通过后座墙均匀地作用在工作坑后的土体上，为

确保后座在顶进过程中的安全，后座的

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8顶管施工设备及安装

　　8．1导轨选择与安装

　　8．1．1导轨是在基础上安装的轨道，一般采用装配式。

管节在顶进前先安放在导轨上。

在顶进管道人

土前，导轨承担导向功能，以保证管节按设计高程和方向前进。

　　导轨应选用钢质材料制作，其安装应符合下列规定：

（1）两导轨应顺直、平行、等高，其坡度应与管道设计坡度一致。

当管道坡度>1％时，导轨可按平坡铺设。

（2）导轨安装的允许偏差应为：

轴线位置，3mm；顶面高程，0～+3mm；两轨内距，±2mm。

　　（3）安装后的导轨必须稳固，在顶进中承受各种负载时不产生位移、不沉降、不变形。

　　（4）导轨安放前，应先复核管道中心的位置，并应在施工中经常检查校核。

　　8．1．2导轨应选用钢质材料制作，导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高

程均要与主导轨保持一致，此副导轨用于防止机头进洞后低头。

　　8．1．3目前常用的导轨形式有两种，普通导轨和复合型导轨。

普通导轨适用于小口径顶管，它是用两

根槽钢相背焊接在轨枕上制成的（图8．1．3a），它的导轨面标高与管子内管底的标高是相等的，因此两轨道

之间的宽度B可以根据公式求得：

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　　复合型基坑导轨断面请参见图8．1．3b）。

在每一根导轨上都有两个工作面：

水平工作面是供顶铁在

其上滑动，倾斜的工作面则是与管子接触。

这样一来，复合型导轨的寿命要比普通型大大增长。

为了测量及

导轨安放的方便，导轨的水平工作面仍然与钢筋混凝土管内的管底标高同处一个水平面上。

每一副复合导轨

中还设有六只可以调节高低的撑脚，以便安装。

　　8．2主顶设备及安装

　　8．2．1主顶千斤顶安装于顶进工作坑中，用于向土中顶进的管道，其形式多为液压驱动的活塞式双

作用油缸。

　　1主顶设备主要由下列装置组成：

（1）2～6只主顶千斤顶。

（2）组合千斤顶架。

　　（3）液压动力泵站及管阀。

　　（4）顶铁。

　　2千斤顶的组合布置一般采用以下几种形式：

（1）固定式。

（2）移动式。

　　（3）双冲程组合式。

　　8．2．2千斤顶的安装应符合下列规定：

（1）千斤顶宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上。

（2）当千斤顶多于一台时，应取偶数，且规格相同，行程同步，每台

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9顶进力的计算

　　9．1．1顶管的顶力可按下式计算（亦可采用当地的经验公式确定）：

　　9．1．2采用敞开式顶管法施工时，顶管掘进机的切人阻力可按式（9．1．2）计算：

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　　9．1．3在封闭式压力平衡顶管施工中，迎面阻力可以用式（9．1．3）进行计算：

　　9．1．4曲线顶进时，应分别计算其直线段和曲线段的顶进力，然后累加即得总的顶进力。

直线段的

顶进力仍然按照上述公式来计算，而曲线段的顶进力则可按式（9．1．4—1）进行计算：

　　在曲线段的顶进力计算完毕后，如要接着计算随后的直线段顶进力，可按下述公式进行计算：

10顶进施工

　　10．1顶进施工的一般要求

　　10．1．1顶进钢管采用钢丝网水泥砂浆和肋板保护层时，焊接后应补做焊口处的外防腐层。

　　10．1．2采用钢筋混凝土管时，其接口处理应符合下列规定：

（1）管节未进入土层前，接口外侧应垫麻丝、油毡或木垫板，管口内侧应留有10～20mm的空隙；

顶紧后两管间的孔隙宜为10~15mm；

（2）管节入土后，管节相邻接口处安装内胀圈时，应使管节接口位于内胀圈的中部，并将内胀圈与管

道之间的缝隙用木楔塞紧。

　　10．1．3采用T形钢套环橡胶圈防水接口时，应符合下列规定：

（1）混凝土管节表面应光洁、平整，无砂眼、气泡；接口尺寸应符合规定。

（2）橡胶圈的外观和断面组织应致密、均匀，无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷，安装前应保持清洁，无油

污，且不得在阳光下直晒。

　　（3）钢套环接口无疵点，焊接接缝平整，肋部与钢板平面垂直，且应按设计规定进行防腐处理。

　　（4）木衬垫的厚度应与设计顶进力相适应。

　　10．1．4采用橡胶圈密封的企口或防水接口时，应符合下列规定：

（1）黏结木衬垫时凹凸口应对中，环向间隙应均匀。

（2）插入前，滑动面可涂润滑剂；插入时，外力应均匀。

　　（3）安装后，发现橡胶圈出现位移、扭转或露出管外，应拔出重新安装。

　　10．1．5掘进机进人土层后的管端处理应符合下列规定：

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（1）进入接收坑的顶管掘进机和管端下部应设枕垫。

（2）管