手掘式机械顶管施工方案

手掘式机械顶管施工方案

本次设计污水管线过路且过路挖深较深，建议采用顶管施工我方拟定为手掘式机械项管施工。

3．1手掘式项管施工工艺流程

3.1.1顶力计算与后背设计

本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。  后背结构及抗力计算

后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和风度，且压缩变形要均匀。

所以，应进行强度和稳定性计算。本工程采用组合钢结构后背，这种后背安装方便，安装时应满足下列要求：使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。

顶力计算

推力的理论计算：（以Φ2000mm计算） F=F1十f2 其中F—总推力

Fl一迎面阻力 F2—顶进阻力

F1＝π/4×D2×P (D—管外径2.5m P—控制土压力) P＝Ko×γ×Ho

式中 Ko—静止土压力系数，一般取0.55

Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m γ—土的湿重量，取1.9t/m3 P＝0.55×1.9×7＝7.31t/m2 F1=3.14/4×2.5×2×8＝31.4t

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F2＝πD×f×L

式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取0.8t/m2

D—管外径2.5m

L—顶距，取最大值100m

F2＝3.14×2.5×0.8×100＝428t。

因此，总推力F=31.4+428＝459.4t。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。工作井（Φ2000mm顶管）设计允许承受的最大顶力为800t，管材轴向允许推力700t，主顶油缸选用2台(或4台，根据现场实际情况定)300t(3000KN)级油缸。每只油缸顶力控制在250t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力500t。因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。

 后背的计算

后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形即象是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。

后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶在余面后背上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工案例，施工时应后背的强度和刚度计算

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后靠背受力计算公式

式中：

R-总推力之反力（一般大于推力的1.2－1.6） a－系数（取1.5－2.5之间） ，此处取2 B－后座墙的宽度（M） 此处取4米 γ－土的容重（KN/M3)

H－后座墙的高度(m) ，此处取4.5米 Kp-被动土压系数

c-土的内聚力（kPa) 一般情况下取10

h-地面到后座墙顶部土体的高度（M），此处取5米

按上式计算，圆形工作井加护套后能承受1591.5T顶力＞实际顶力500T。完全能满足要求。

3.2．主要设备的选择

顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。 (1) 千斤顶

千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程每个工作井拟配置4台300t液压千斤顶。

千斤顶的工作坑内的布置采用四台组合式，顶力全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，管上半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) 高压油泵

由电动机带动油泵工作，选用额定核动力为31.5Mpa液压油泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。

(3) 顶铁

顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶进压力而不变形，并且便于搬动。

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根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。 (4) 其它设备

工作坑上设活动式工作平台，平台用30号工字钢梁，上铺15×15cm方木。工作坑井口处安装一滑动平台，作为下管及出土使用。在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机，其起重量应大于管子重量。

3.3垂直运输工具的选择

工作坑的垂直运输地面与工作坑的土方，管道与顶管设备的垂直运输采用简易龙门和卷扬机（电动葫芦），并搭设工字钢梁作为地面工作平台。下管采用汽车式起重机吊装。

3.4、顶进设备的选择

本工程根据顶力计算，并结合实际情况，采用工作顶力为300t活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置采用单列式。顶进时着力点位置在管子全高的1/2～1/3之间比较合适。千斤顶与管子之间采用顶铁传送顶力。顶铁用型钢焊拼成各种结构的传力形式，根据安放位置和传力作用不同，用横铁和立铁组合。

3.5、管前挖土与顶进 3.5.1、管前挖土

管前挖土是控制管节顶方向和高程、减少偏差和重要作业，是保证顶质量及管上构筑物安装的关键。 3.5.2、下管

挖土之前应先下管，并做好以下几项工作： a、检查管子

下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。

b、检查起重设备

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起重设备以检查、试吊，确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50㎝时，操作人员方可进前工作。

c、管子就位

第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。 3.6、管前挖土的长度控制

一般是安排一个人挖土。为加快工程进度，每班两个人，轮流开挖。 土方在管内可采用电瓶车进行，也可采用人力斗车进行运输。 土方在工作坑采用电动葫芦进行垂直运输。

在一般地段，土质良好，挖土时可超挖30～50㎝。在铁路道轨下不得超越管端经外10㎝，在道轨以外最大不得超过30㎝，同时应遵守管理单位的规定。 3.6.1、管子周围超挖的控制

在不允许土下沉的顶地段（如上面有重要建筑物或其它管道），管子周围一律不得超挖。

在一般顶管地段，上面允许超挖1.5㎝，但在下面135°范围内不得超挖，一定要要保持管壁与土基表面吻合。 3.7、顶进

采用2台300t/台的液压千斤顶作为主顶。顶进开始时，就缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。

顶进若发现有油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。

挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。 3.8安装工具胀圈

为了有利于导向，顶进的前数节管中，在接口处应安装内胀圈，通过背楔或调整螺栓，使用胀圈与管壁紧成为一个刚体。胀圈一定要对正接口缝隙。安装牢固，并在顶进中随时检查调整。 3.9测量与校正

a、测量

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在顶第一节管（工具管）时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过300㎜，保证管道入土的位置正确；管道进入土书面通知后的正常顶进，测量间隔不宜超过1000㎜。

中心测量：顶进长度在600㎜范围内，可采用垂球拉线的方法进行测量。要求两垂球的间距尽可能的拉大，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。一次顶进超过600㎜采用经纬仪测量。

高程测量：用水准仪及特制高程尺，根据工作坑内设置的水准点，标高（设两个），测头一节管前端管内底高程，以掌握头一节管子的走向趁势。测量后应与工作坑内另一水准点闭合。

激光测量：用激光经纬仪安装在工作坑内，并按照管线设计的坡度和方向调整好，同时在管内装上标示牌，当顶进的管道与设计位置一致时，激光点即射到标示牌中心，说明顶进质量无偏差，否则应根据偏差量进行校正。

全段顶进完后，应在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，应测出错口的高差。

b、校正（纠偏）

顶管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓缓进行，使管子逐渐得位，不能猛纠硬调，以防产生相反的结果。常用的方法有以下2种：

超挖纠偏方法：偏差为10～20㎜时，可采用此方法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位置。

千斤顶纠偏法：方法基本与顶木纠偏法相同，只是在顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。 3.10管道内辅助管道的辅设

管内的辅助管道设置于管道内壁，用钢架将其有序地固定在管壁上。 a、通风设施：

由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。通风设施用一台柴油空压机将压缩空气

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输入空气滤清器，再进入储气桶，经过气压调节阀，将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。

b、电源布置：

在顶管过程中，主要的电源为动力用电和照明用电。 ● 动力用电

由于顶管机械设备采用380V 动力电，因此，动力电必须做到二级保护和接地保护措施，动力电源线设置在操作人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。

●照明用电

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