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顶管施工技术规范
顶管施工技术规范
5.1一般规定
5.1.1顶管的施计应包括以下主要内容:
1)工现场平面布置图;
2)顶进方法的选用和顶管段单元长度的确定;
3)工作坑位置的选择及其结构类型的没计;
4)顶管机头选型及各类设备的规格、型号及数量;
5)顶力计算和后背设计;
6)洞口的封门设计;
7)测量、纠偏的方法;
8)垂直运输和水平运输布置;下管、挖土、运土或泥水排除的方法;
9)减阻措施;
10)控制地面隆起、沉降的措施;
11)地下水排除方法;
12)注浆加固措施:
13)安全技术措施。
5.1.2管道顶进方法的选择,应根据管道所处上层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素,径技术径济比较后确定,并应符合下列规定:
1)在粘性土或砂性土层,且无地下水影响时,宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法;当土质为砂砾土时,采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施;
2)在软土层且无障碍物的条件下,管顶以上土层较厚时,宜采用挤压式或网格式顶管法;
3)在粘性上层中必须控制地面隆陷时,宜采用平衡顶管法;
4)在粉砂土层中且需控制地面隆陷时,宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法;
5)在顶进长度较短、管径小的金属管时,宜采用一次顶进的挤密土层顶管法。
5.1.3采用手掘式顶管时,应将地下水位降至管底以不小于0.5m处,并应采取措施,防止其他水源进入顶管管道。
5.1.4顶管施工中的测量,应建立地面与地下测量控制系统,控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处。
5.2工作坑
5.2.1顶管工作坑的位置应按下列条件选择:
1)管道井室的位置;
2)可利用坑壁土体作后背;
3)便于排水,出土和运输;
4)对地上与地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全施工的措施;
5)距电源和水源较近,交通方便;
6)单向顶进时宜设在下游一侧。
5.2.2采用装配式后背墙时应符合下列规定:
1)装配式后背墙宜采用方木、型钢或钢板等组装,组装后的后背墙应有足够的强度和刚度;
2)后背土体壁面应平整,并与管道顶进方向垂直;
3)装配式后背墙的底端宜在工作坑底以下,不宜小于50Cm;
4)后背土体壁面应与后背墙贴紧,有孔隙时应采用砂石料填塞密实;
5)组装后背墙的构件在同层内的规格应一致,各层之间的接触应紧贴,井层层固定。
5.2.3工作坑的支撑宜形成封闭式框架,矩形工作坑的四角应加斜撑。
5.2.4顶管工作坑及装配式后墙的墙面应与管道轴线垂直,其施工允许偏差应符合表5.2.4的规定。
表5.2.4工作坑及装配式后背墙的施工允许偏差(mm)
项目
允许偏差
工作坑每侧
宽度
不小于施工设计规定
长度
装配式后背墙
垂直度
0.1%H
水平扭转度
0.1%L
注:
1.H为装配式后背墙的高度(mm);
2.L为装配式后背墙的长度(mm);
5.2.5当无原土作后背墙时,应设计结构简单、稳定可靠,就地取材、拆除方便的人工后背墙。
5.2.6利用已顶进完毕的管道作后背时,应符合下列规定:
1)待顶管道的顶力应小于已顶管道的顶力;
2)后背钢板与管口之间应衬垫缓冲材料;
3)采取措施保护已顶入管道的接口不受损伤。
5.2.7当顶管工作坑采用地下连续墙时,应符合现行国家标准:
《地基与基础工程施工及验收规范》的规定,并应编制施工设计。
施工设计应包括以下主要内容;
1)工作坑施工平面布置及竖向布置;
2)槽段开挖土方及泥浆处理;
3)墙体混凝土的连接形式及防渗措施;
4)预留顶管洞口设计;
5)预留管、件及其与内部结构连接的措施;
6)开挖工作坑支护及封底措施;
7)墙体内面的修整、护衬及顶管后背的设计;
8)必要的试验研究内容。
5.2.8地下连续墙墙段间宜采用接头箱法连接,且其接缝位置应与井室内部结构相接处错开。
5.2.9槽段开挖成形允许偏差应符合表5.2.9的规定。
表5.2.9槽段开挖成形允许偏差(mm)
项目
允许偏差
轴线位置
30
成槽垂直度
<H/300
成槽深度
清孔后不小于设汁规定
注:
1.轴线位置指成槽轴线与设计轴线位置之差;
2.H为成槽深度(mm)。
5.2.10采用钢管作预埋顶管洞口时,钢管外宜加焊止水环,且周围应采用钢制框架,按设计位置与钢筋骨架的主筋焊接牢固;钢结构或顶管后背的连接筋、螺栓、连接挡板锚筋,应位置准确,联接牢固。
5.2.11槽段混凝土浇筑的技术要求应符合表5.2.11的规定。
表5.2.1l槽段混凝土浇筑的技术要求
项目
技术要求指标
混凝土配
合比
水灰比
≤0.50
灰砂比
1:
2~1:
2.5
水泥用量
≥370kg/m2
坍落度
20土2cm
混
凝
土
浇
筑
拼接导管检检压力
>0.3MPa
钢筋骨架就位后到浇筑开始
<4h
导管间距
≤3m
导管距槽端距离
≤1.50m
导管埋置深度
〉1.00m,〈6.00m
混凝土面上升速度
〉4.00m,
导管间混凝土上面高差
〈0.50m
注:
1.工作坑兼做管道构筑物时,其混凝土施工尚应满足结构要求;
2.导管埋置深度系指开浇后正常浇筑时,混凝土面距导管底口的距离;
3.导管间距系指当导管管径为200一300mm时,导管中心至中心的距离。
5.2.12地下连续墙的顶管后背部位,应按施工设计采取加固措施。
5.2.13开挖工作坑,应按施工设计规定及时支护,可采用与墙体连接的钢筋混凝土圈梁和支撑梁的方法支护,也可采用纲管支撑法支护。
支撑应满足便于运土提吊管件及机具设备等的要求。
5.2.14地下连续墙施工允汁偏差应符合表5.2.14的规定。
表5.2.14地下连续墙施工允许偏差
项目
允许偏差
轴线位置
1OOmm
墙面平整度
粘土层
1OOmn
砂土层
200mm
预埋件
中心位置
lOOmm
混凝土抗渗、抗冻、及弹性模量
符合设计要求
注:
墙面平整度允汁偏差值系指允凸出设计墙面的数值。
5.2.15矩形工作坑的底部宜符合下列公式要求:
B=D1+S
L=L1+L2+L3+L4+L5
式中B---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)。
采用管道第一节管作为工具管时,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)。
5.2.16工作坑深度应符合下列公式要求:
H1=h1+h2+h3
H2=hl+h3
式中H1——顶进坑地面至坑底的深度(m);
H2——接受坑地面至坑底的深度(m);
h1——地面至管道底部外缘的深度(m);
h2----管道外缘底部至导轨底面的高度(m);
h3—基础及其垫层的厚度。
但不应小于该处井室的基础及垫层厚度。
5.2.17顶管完成后的工作坑应及时进行下步工序,经检验后及时回填。
5.3设备安装
5.3.1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,其纵坡应与管道设计坡度一致;
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:
_土_2mm。
3)安装后的导轨应牢固,不得在使用中产生位移,并应经常检查校核。
5.3.2千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,宜取偶数,且其规格宜相同;当规格不同时,其行程应同步,并应将同规格的千斤顶对称布置;
3)千斤顶的油路应并联,每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。
5.3.3油泵安装和运转应符合下列规定:
1)油泵宜设置在千斤顶附近,油管应顺直、转角少;
2)油泵应与千斤顶相匹配,并应有备用油泵;油泵安装完毕,应进行试运转;
3)顶进开始时,应缓慢进行,待各接触部位密合后,再按正常顶进速度顶进;
4)顶进中若发现油压突然增高,应立即停止顶进,检查原因并经处理后方可继续顶进;
5)千斤顶活塞退回时,油压不得过大,速度不得过快。
5.3.4分块拼装式顶铁的质量符合下列规定:
1)顶铁应有足够的刚度;
2)顶铁宜采用铸钢整体浇铸或采用型钢焊接成型;当采用焊接成型时,焊缝不得高出表面,且不得脱焊;
3)顶铁的相邻面应互相垂直;
4)同种规格的顶铁尺寸应相同;
5)顶铁上应有锁定装置;
6)顶铁单块放置时应能保持稳定。
5.3.5顶铁的安装和使用应符合下列规定:
1)安装后的顶铁轴线应与管道轴线平行、对称,顶铁与导轨和顶铁之间的接触面不得有泥土、油污;
2)更换顶铁时,应先使用长度大的顶铁;顶铁拼装后应锁定;
3)顶铁的允许联接长度,应根据顶铁的截面尺寸确定。
当采用截面为20cmX30cm顶铁时,单行顺向使用的长度不得大于1.5m;双行使用的长度不得大于2.5m,且应在中间加横向顶铁相联;
4)顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫,当顶力接近管节材料的允许抗压强度时,管端应增加U形或环形顶铁;
5)顶进时,工作人员不得在顶铁上方及侧面停留,并应随时观察顶铁有无异常迹象。
5.3.6采用起重设备下管时应符合下列规定:
1)正式作业前应试吊,吊离地面10cm左右时,检查重物捆扎情况和制动性能,确认安全后方可起吊;
2)下管时工作坑内严禁站人,当管节距导轨小于50cm时,操作人员方可近前工作,严禁超负荷吊装。
5.4顶进
5.4.1开始顶进前应检查下列内容,确认条件具备时方可开始顶进。
1)全部设备经过检查并经过试运转;
2)工具管在导轨上的中心线、坡度和高程应符合相关的规定;
3)防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑的措施;
4)开启封门的措施。
5.4.2拆除封门时应符合下列规定:
1)采用钢板桩支撑时,可拔起或切割钢板桩露出洞口,并采取措施防止洞口上方的钢板桩下落;
2)采用沉井时,应先拆除内侧的临时封门,再拆除井壁外侧的封板或其他封填措施;
3)在不稳定土层中顶管时,封门拆除后应将工具管立即顶人土层。
5.4.3工具管开始顶进5—10m的范围内,允许偏差应为:
轴线位置3mm,高程0~+3mm。
当超过允汁偏差时,应采取措施纠正。
在软土层中顶进混凝土管时,为防止管节飘移,可将前3~5节管与工具管联成一体。
5.4.4采用手工掘进顶管法时,应符合下列规定(图5.4.4):
1)工具管接触或切人土层后,应自上而下分层开挖;工具管迎面的超挖量应根据土质条件确定;
2)在允许超挖的稳定土层中正常顶进时,管下部135°范围内不得超挖;管顶以上超挖量不得大于1.5cm;管前超挖应根据具体情况确定,并制定安全保护措施;
3)在对顶施工中,当两管端接近时,可在两端中心先掏小洞通视调整偏差量。
图5.4.4超挖示意
a--最大超挖量b--允许超挖范围
5.4.5采用网格式水冲法顶管时,应符合下列规定:
1)网格应全部切入土层后方可冲碎土块;
2)进水应采用清水;
3)在地下水位以下的粉砂层中的进水压力宜为0.4~0.6MPa;在粘性土层中,进水压力宜为0.7—0.9MPa;
4)工具管内的泥浆应通过筛网排出管外。
5.4.6采用挤压式顶管时,应符合下列规定:
1)喇叭口的形状及其收缩量应根据土层情况确定,且应与其形心的垂线左右对称;
2)每次顶进的长度,应根据车斗的容积、起吊能力和地面运输条件综合确定;
3)工具管开始顶进和接近顶完时,应采用手工挖土缓慢顶进;
4)顶进时,应防止工具管转动;
5)临时停止顶进时,应将喇叭口全部切入土层。
5.4.7采用挤密土层法顶管时,应符合下列规定:
1)管前应安装管尖或管帽。
当采用管尖时,其中心角宜为:
砂性土层不宜大于60°;粉质粘土,不宜大于50°;粘土,不宜大于40°;
2)为防止相邻管道损坏及地面隆起,应根据施工设计控制与相邻管道间的净距及距地面的深度。
5.4.8顶管的顶力可按下式计算,亦可采用当地的经验公式确定:
P=fγD1[2H+(2H+D1)tg2(45°-φ/2)+ω/γD1]L+PF
式中P--计算的总顶力(kN);
Γ--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--管道的汁算顶进长度(m);
F--顶进时,管道表面与其周围土层之间的摩擦系数,其取值可按表5.4.8-1所列数据选用;
PF--顶进时,工具管的迎面阻力(kN),其取值,宜按不同顶进方法由表5.4.8-2所列公式计算。
表5.4.8—1顶进管道与其周围土层的摩擦系数
土类
湿
干
粘上,亚粘土
0.2~O.3
0.4~0.5
砂土.亚砂土
0.3~0.4
0.5~0.6
5.4.9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。
5.4.10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;
表5.4.8-2顶进工具管迎面阻力(PF)的计算公式
顶进方法
顶进时,工具管迎面阻力(PF)的计算公式(kN)
手工掘进
工具管顶部及两侧允许超挖
0
工具管顶部及两侧不允许超挖
π×Dnv×l×R
挤压法
π×Dav×l×R
网格挤压法
α×π/4×D12×R
注:
DW--工具管刃脚或挤压喇叭口的平均直径(m);
T--工具管刃脚厚度或挤压喇叭口的平均宽度(m);
R--手工掘进项管法的工具管迎面阻力,或挤压、网格挤压顶管法的挤压力。
前者可采用00kN/m彻,后者可按工具管前端中心处的被动土压计算(kN/m2);
σ---网格截面参数,可取0.6~1.0。
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,井将内胀圈与管道之间的缝隙用木楔塞紧。
5.4.11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)钢套环接口无尤疵点,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力相适应。
5.4.12采用橡胶圈密封的企口或防水接口时,应符合下列规定:
1)粘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,应安装后,发现橡胶圈出现位移、扭转或露出管外,应拔出重插。
5.4.13顶管结束后,管节接口的内侧间隙应按设计规定处理;设计无规定时,可采用石棉水泥、弹性密封膏或水泥砂浆密封。
填塞物应抹平,不得凸人管内。
5.4.14工具管进人土层后的管端处理应符合下列规定:
1)进入接收坑的工具管和管端下部应设枕垫;
2)在管道顶进的全部过程中,应控制工具管前进的方向,并应根据测量结果分析偏差产生的原因和发展趋势,确定纠偏的措施.
5.4.15管道顶进过程中,工具管的中心和高程测量应符合下列规定:
1)采用手工掘进时,工具管进入土层过程中,每顶进30cm,测量不应少于一次;管道进入土层后正常顶进时,每顶进lOOcm,测量不应少于一次,纠偏时应增加测量次数;
2)全段顶完后,应在每个管节接口处测量其轴线位置和高程;有错口时,应测出相对高差;
3)测量记录应完整、清晰。
5.4.16纠偏时应符合下列规定:
1)应在顶进中纠偏;
2)应采用小角度逐渐纠偏;
3)纠正工具管旋转时,宜采用挖土方法进行调整或采用改变切削刀盘的转动方向,或在管内相对于机头旋转的反向增加配重。
5.4.17顶管穿越铁路或公路时,除应遵守本规范外,并应符合铁路或公路有关技术安全规定。
5.4.18管道顶进应连续作业。
管道顶进过程中,遇下列情况时,应暂停顶进,并应及时处理:
1)工具管前方遇到障碍;
2)后背墙变形严重:
3)顶铁发生扭曲现象;
4)管位偏差过大且校正无效;
5)顶力超过管端的允许顶力;
6)油泵、油路发生异常现象;
7)接缝中漏泥浆。
5.4.19当管道停止顶进时,应采取防止管前塌方的措施。
5.4.20顶进管道的施工质量应符合下列规定:
1)管内清洁,管节无破损;
2)允许偏差应符合表5.4.20的规定;
表5.4.20顶进管道允许偏差(mm)
项目
允许偏差
轴线位置
50
管道内底高程
D<1500
+30-40
D≥1500
+40-50
相邻管间错口
钢管道
≤2
钢筋混凝土管道
15%壁厚且不大于20
对顶时两端错口
50
3)为严密性要求的管道应按本规范的有关规定进行检验;
4)钢筋混凝土管道的接口应填料饱满、密实,且与管节接口内侧表面齐平,接口套环对正管缝、贴紧,不脱落;
5)顶管时地面沉降或隆起的允许量应符合施工设计的规定。
5.4.21采用中继间时应符合下列规定:
1)中继间千斤顶的数量应根据该段单元长度的汁算顶力确定,并应有安全贮备;
2)中继间的外壳在伸缩时,滑动部分应具有止水性能;
3)中继间安装前应检查各部件,确认正常后方可安装;安装完毕应通过试运转检验后方可使用;
4)中继间的启动和拆除应由前向后依次进行;
5)拆除中间时,应具有对接接头的措施;中间外壳若不拆除时,应在安装前进行防腐处理。
5.5触变泥浆及注浆
5.5.1采用触变泥浆减阻措施时,应编制施工设计,并应包括以下主要内容:
1)泥浆配合比压浆数量及压力的确定;
2)制备和输送泥浆的设备及其安装规定;
3)注浆工艺、注浆系统及注浆孔的布置;
4)顶进洞口封闭泥浆的措施;
5)泥浆的置换。
5.5.2触变泥浆的压浆泵,宜采用活塞泵或螺杆泵。
管路接头宜选用拆卸方便、密封可靠的活接头。
5.5.3注浆孔的布置宜符合下列规定:
1)注浆孔的布置宜按管道直径的大小确定,每个断面可设置3~5个,并具备排气功能;
2)相邻断面上的注浆孔可平行布置或交错布置。
5.5.4触变泥浆的配合比,应按管道周围上层的类别、膨润土的性质以及触变泥浆的技术指标确定。
5.5.5触变泥浆的注浆量,宜按管道与其周围土层之间环形间隙的1~2倍估算。
5.5.6触变泥浆的灌注应符合下列规定:
1)搅拌均匀的泥浆应静置一定时间后方可灌注;
2)注浆前,应通过注水检查注浆设备,确认设备正常后方可灌注;
3)注浆压力可按不大于o.1MPa开始加压,在注浆过程中的注浆流量、压力等施工参数,应按减阻及控制地面变形的量测资料调整。
4)每个注浆孔宜安装阀门,注浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时,经处理后方可继续顶进。
5.5.7触变泥浆的置换应符合下列规定:
1)可采用水泥砂浆或粉煤灰水泥砂浆置换触变泥浆;
2)拆除注浆管路后,应将管道上的注浆孔封闭严密;
3)注浆及置换触变泥浆后,应将全部注浆设备清洗干净。
5.5.8在不稳定土层中顶管采用注浆加固法时,应通过技术经济比较确定加固方案。
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