顶管施工技术及验收规范

.中国非开挖技术协会行业顶管施工技术及验收规范（试行）SpecificationsforConstructionandAcceptanceofPipeJacking中国非开挖技术协会2006年12月前言本规范是受中国非开挖技术协会秘书处的委托，由中国地质大学（武汉）主持编写完成。在本规范的编制过程中，规范编委会进行了广泛的调查研究，认真总结和研讨我国顶管施工技术的实践经验，充分征求了全国有关单位的意见，参考了有关国内和国外的相关标准，邀请了有关部门的专家进行函审，在此基础上，形成初稿。2006年3月，编委会在无锡开会，进一步讨论规范的编写内容，并最终成文。本规范分为总则、术语、顶管机选型、顶进管道、顶管工作坑的设计与施工、后座墙的设计与施工、顶管施工设备及安装、顶进力的计算、顶进施工、施工组织设计的编写、顶管施工质量控制和参考文献共12部分。鉴于本规范系初次编制，在使用过程中，希望各单位结合工程实践和科学研究，认真总结经验，注意数据收集和分析。如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料反馈给中国非开挖技术协会秘书处，以供今后修订时参考。本规程主编单位、参编单位和主要起草人员如下：主编单位：中国地质大学（武汉）参编单位：中国非开挖技术协会秘书处上海市市政工程管理局上海钟仓机械设备有限公司 国土资源部勘探技术研究所绍兴磐石基础工程有限公司福建东辰岩土基础工程公司厦门顶管分公司武汉市拓展地下管道工程有限公司德国海瑞克公司小口径顶管北京代表处中国地质调查局探矿工程研究所主编：马保松(执笔)参编人员（排名不分先后）：何宜章马福海蒋国盛王兆铨冯占义朱文鉴李浩民张光列张雅春陈勇邓化雨余为民刘畅规范编辑工作得到了曾聪、陶永锋等有关单位和个人的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢！《顶管施工技术及验收规范》编委会2006年12月目录2前言51总则62术语73施工组织设计的编写83.1主要内容83.2工程概况93.3施工进度的编制103.4组织机构104顶管机选型135顶进管道135.1顶进管道的基本要求175.2常用的顶进管道尺寸185.3顶进用混凝土管道236顶管工作坑的设计与施工236.1顶进工作坑的设计276.2工作坑的施工方法287后座墙的设计与施工318顶管施工设备及安装318.1导轨选择与安装328.2主顶设备及安装338.3顶铁338.4顶管机的安装和调试348.5导向油缸348.6安装止水圈358.7起重机械及安装358.8安装土方运输设备368.9泥水系统的安装368.10中继站的设计与安装399顶进力的计算4010顶进施工4010.1顶进施工的一般要求4210.2顶管始发4210.3手掘式顶管作业4410.4网格水冲式顶管作业4410.5挤压式顶管作业4410.6多刀盘顶管机的操纵4510.7土压平衡顶管掘进机操作规范4610.8泥水平衡顶管掘进机的操作规范4610.9挤密土层法顶管4710.10注浆减阻5010.11顶管施工测量和导向5210.12顶管接收措施5310.13施工排水5310.14顶进施工记录5411顶管施工质量控制55主要参考文献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当地下管道或其它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，就应该采用这种非开挖施工方法。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、长方形以及其它不规则形状的管道。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对采用的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对地面建筑物、道路交通和地下管线的正常使用时，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。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、泥水平衡和混合式顶管机操作员，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、气体输送管道和其它管道的使用要求。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12V~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drive/entryshaft/pit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reception/exitshaft/pit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/pit）。2.0.4.进人施工manentrypipejacking施工人员可以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入，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，安装在顶进管线的某些部位，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，则需要在施工的管线之间安装中继站进行辅助施工。2.0.8.顶管机jackingmachine/shield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/wheel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手掘式顶管机即是非机械的开放式(或敞口式)顶管机，在施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层，破碎辅助工具主要有镐、锹以及冲击锤等。破碎下来的泥土或岩石可以通过传送带、手推车或轨道式的运输矿车来输送。2.0.14.挤压式顶管机intrusionpipejackingmachine/shield适用于软地层的一种特殊形式的顶管机，在施工中，进入喇叭口形破碎室的泥土，在安装于掘进机下部的螺旋输送装置的作用下通过压力墙，然后再通过砂石泵排出至地表。2.0.15.网格式顶管机bladebalancejackingmachine工作面被网格分成几个部分，目的是减小土体的长度，亦即减小滑移基面的大小。根据顶管机直径的大小，网格可以作为工作人员的工作平台。工作面可以采用水力或机械的方式进行破碎。2.0.16.斗铲式顶管机mechanicalexcavationshield一种敞口式机械挖掘顶管机，其内部装备有挖掘机械，可以实现工作面的分段式挖掘。破碎下来的土石可以通过传送带或者螺旋输送装置输送至后续的运输设备(如传送带，手推车或轨道式的运输矿车等)。2.0.17.土压平衡式顶管机earthpressurebalancemachine/shield土压平衡式顶管机，也称为土压式顶管机或者EPB-顶管机，是一种封闭式的顶管机。在顶进过程中，顶管掘进机一方面与其所处土层的土压力和地下水压力处于平衡状态；另一方面，其排土量与掘进机切削刀盘破碎下来的土的体积处于一种平衡状态。只有同时满足这两个条件，才算是真正的土压平衡。2.0.18.泥水平衡式顶管机slurrypipejackingmachine/shield平衡介质(这里指膨润土浆液)在工作舱中获得一定的压力，以平衡地下水和土层的压力，其破碎室中平衡压力的调节主要是通过泥浆泵控制进出平衡介质的量来实现的。2.0.19.混合式顶管机mixshield混合式顶管机即是通过顶管机的重新设置，可以实现气水平衡、土压平衡、气压平衡和敞口式顶管机任意两者之间的相互组合，以实现对不同地层的广谱适应性。2.0.20.顶管始发starttojack管道顶进施工的开始，即顶管机开始顶入地层。2.0.21.顶管接收receptionofpipejackingmachine指顶管机到达接收坑时的准备和接收工作。2.0.22.曲线顶管技术curvedpipejackingtechnology采用顶管机械使管道的中心线按照预先设计的弧线前进的施工技术，即称为曲线顶管技术。2.0.23.润滑lubrication顶管施工过程中，向管道和地层之间的环状间隙中注入润滑浆液，形成一个比较完整的连续的润滑膜，达到润湿管线，减小管道顶进摩擦阻力的效果。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：·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、工期、施工设计的各项重要指标等内容。·业主或发包单位简介。·承包商或施工单位简介。·施工准备工作计划。·施工顺序与施工进度计划。·施工方法和施工设备选择。·施工平面布置图。·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。·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。·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。·劳动力与物资需用计划。3.2工程概况3.2.1工程简介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上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对顶管、工作井、接收井及辅助施工可能影响到的各种地下管线，应注明所要施工的管道是与其平行还是相交，顶管与它们的间隔、距离都应标明。还要标明该管线的名称、用途、接口、埋设年份及目前使用状况。特别应该引起注意的是那些早已废弃的各种管道，如果调查不充分，会给顶管施工带来麻烦，甚至影响工程的顺利进展。所以，应尽可能取得它们的竣工资料或开挖样洞来获取第一手资料。同样，对于地下废弃的构筑物也要仔细调查清楚。3.3施工进度计划的编制3.3.1施工方法的选择顶管施工方法很多，在选择合适的施工方法时，首先应考虑各类工法的适用条件，然后根据现场情况及设计要求，确定采用何种施工方法。选择工法的原则是要求该工法同时具有适应性、安全性、经济性。然后通过对比、优化，选出最好的工法。3.3.2施工图施工设计图应包括施工平面图和施工纵剖图。为了装订方便，施工图最大图幅不要超过A3，如果实在太小看不清楚，则可以把它分成几页。3.3.3施工数量表及施工计划图这里施工数量除了顶管施工、工作井的施工数量以外，还应包括前期施工准备及后期路面恢复、各种辅助施工的数量，并且全部列入施工计划的总工期中。施工计划图可以是简单的横道图，也可以是施工网络图。较简单的工程可采用前者，较复杂的工程一般应采用后者。3.3.4施工现场布置图及说明这里的施工现场布置应包括临时的基地布置和工作坑的平面布置图，还应包括临时交通布置图及说明。3.3.5工作坑施工及其布置对工作坑地点的选择、施工方法、辅助施工方法、施工进度以及设备布置等都应作详细的说明，并配有必要的附图。另外，对工作坑的受力情况应进行详细的计算，并得到结论，可行还是不可行，安全还是不安全。如果不安全，则应采取措施确保其安全。还应确定主顶千斤顶总推力的大小。3.3.6顶管机及顶管施工原理介绍可结合实际施工情况进行综合说明。其中，还必须有顶推力计算、地面沉降计算等定量计算。如是泥水平衡施工，还必须给出供操作者作为操作依据的土压力、泥水压力、进排泥压力、中继排泥泵等参数。如果采用土压平衡施工方法，则必须给出供操作者作为操作依据的土压力上下限。3.3.7弃土输送方式及处理办法如果是泥水式顶管或微型隧道施工，则应说明泥水管理的流程、泥水处理的方法和泥水管理的主要指标。如果采用手掘式和土压式平衡式施工方法，则应说明弃土的运输及处理方式。3.3.8注浆减阻这里指的是为了减小顶进阻力而必须注入的润滑浆。主要包括注浆设备的选型、注浆现场的布置、注浆材料的选用和配制方法等。注浆现场的布置应包括注浆泵、浆液搅拌装置、注浆管路和材料堆放等的布置。注浆效果的好坏不仅直接关系到顶管施工的进度、质量，而且直接影响到顶管施工的成本。它是顶管施工中不可忽略的重要一环。有时，它还直接影响顶管施工的成败。3.3.9管材和管接口以及管子数量顶管施工最合适的管材是高强度的混凝土管和钢管。混凝土管中最适合顶管的管接口是F型接口。钢管中则是采用K型坡口的焊接接口。应该附上管材的设计图，同时还应对管材所能承受的最大顶进力进行计算，并与总推力的大小进行比较，看是否匹配。主顶工作站的总推力的大小确定，是以工作井能承受的最大推力、管材所能承受的最大推力和全程顶进所必须具有的推力这三者中的最小值为依据的。另外，如果是曲线顶管，还必须考虑张角大小对管材所承受推力的影响。3.3.10机具设备及使用时间一览表3.3.11主要材料使用情况一览表3.3.12测量与记录对测量仪器、测量方法要有说明。如果是复杂的曲线顶管，则应进行详细说明。同时还要有复测或检验测量是否准确的措施。另外，要设计好测量及其它施工数据采集的记录表格，明确记录人员和交表格的时间及方法。需要说明的是，除了方向偏差表格以外，推进距离与实际推力和理论推力之间要有一个对比的曲线，当实际推力小于理论推力时为正常；反之则视为不正常。3.3.13顶管始发和接收措施应根据不同地层条件，制定出可靠的顶管机进出洞措施。顶管机从工作坑中进入土层中称为出洞；顶管机从土层中进入接收坑洞称为进洞。3.3.14基坑降水措施及方法3.3.15照明及供电措施3.3.16中继站的设置及管理如果一次推进距离长，主顶千斤顶推力小于实际总推力的要求，这时就必须设置中继站。中继站的管理可以是集中管理，也可以是各个中继站单独管理。如果中继站较多，单独管理时必须设置好中继站之间的通信联络方法。3.3.17路面恢复方法及措施3.3.18竣工测量与内业资料管理在工程施工完毕，应提交的资料包括：开工报告、完工报告、隐蔽工程检验签证记录、工程初步验收报告、交接书、施工设计图、施工工程竣工图、工程预算表等。3.3.19通风方法说明。3.4组织机构在管理组织网络中，除了绘明施工单位、分包单位之间的联系之外，必须明确施工项目经理，以及以项目经理为首的施工、安全、质量、文明施工等各个部门的负责人。其中安全网络中应标明处理紧急事故的联络方式和方法，文明施工中应有监督电话。在施工组织设计中，有时也可将上述内容进行删除、简化，突出重点，编制成施工大纲。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。详细分析顶管机所要穿越的各类地层的土壤参数（见表4.0.2），然后依据下列几条进行顶管机的选型：顶管机头选型的主要土层参数表4.0.2 参数性质 地层参数 符号 单位 说明 表示土的固有特征 1.颗粒组成 % 2.限位粒径 d60 mm 3.有效粒径 d10 mm 4.不均匀系数 Cu Cu=d60/d10注[1] 5.液限 WL % 6.塑限 WP % 7.塑性指数 IP % IP=WL-WP 表示土的状态特征 1.含水量 w % 2.饱和度 Sr % 注[2] 3.液性质数 IL IL=(w-WP)/IP注[3] 4.孔隙比 e 5.渗透系数 K m/s 6.土的天然重度 γ kN/m3 土的力学性质特征 1.不排水抗剪强度 Su kPa 2.内聚力 C kPa 3.内摩擦角 Ф 4.标准贯入指数 N 5.原状土无侧限抗压强度 qu kPa 6.重塑土无侧限抗压强度 qo kPa 7.灵敏度 St St=qu/qo注[4] 8.压缩系数 a 9.压缩模量 Es kPa Es=(1+e1)/a注：[1]Cu>10为级配不均匀土，Cu<5为级配均匀土。[2]Sr值将砂性土分为三种状态：Sr≤50%,稍湿的；50<Sr≤80%,很湿的；Sr>80%,饱和土。[3]IL值将粘性土分为5种状态：IL≤0，坚硬状态；IL≤0.25，硬塑状态；IL≤0.75，可塑状态；IL≤1，软塑状态；IL>1，流塑状态。[4]粘性土的灵敏度分为三种：St=2-4，低灵敏度；St=4-6，中灵敏度；St>8，高灵敏度。4.0.2.1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。4.0.2.2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。4.0.2.3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，粘粒含量<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。4.0.2.4按土的稳定系数Nt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，其计算公式见公式4.0.2.4.公式4.0.2.4——土的重度h——地面至机头中心的高度q——地面超载n——折减系数，一般取1——土的不排水抗剪强度当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<Nt<6,地面沉降控制要求不很高时，可考虑采用挤压式或网格式顶管机。当Nt≤4，地面沉降控制要求不高时，可考虑采用手掘式顶管机。4.0.3在饱和含水地层中，特别是在含水砂层、复杂困难地层或临近水体，需充分掌握水文地质资料。为防止开挖面涌水或塌方，应采取防范和应急措施。4.0.4综上所述，可参照表4.0.4选择顶管机和相应施工方法。顶管机和相应施工方法选择参照表表4.0.4 编号 顶管机形式 适用管道内径D/mm管顶覆土厚度H/m 地层稳定措施 适用地层 适用环境 1 手掘式 D:900-4200H:≥3m或≥1.5D 1.遇砂性土用降水法疏干地下水；2.管道外周注浆形成泥浆套。 粘性或砂性土，在软塑和流塑粘土中慎用。 允许管道周围地层和地面有较大变形，正常施工条件下变形量10-20cm. 2 挤压式 D:900-4200H:≥3m或≥1.5D 1.适当调整推进速度和进土量；2.管道外周注浆形成泥浆套。 软塑和流塑性粘土，软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。 允许管道周围地层和地面有较大变形，正常施工条件下变形量10-20cm. 3 网格式(水冲) D:1000-2400H:≥3m或≥1.5D 适当调整开口面积，调整推进速度和进土量，管道外周注浆形成浆套。 软塑和流塑性粘土，软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。 允许管道周围地层和地面有较大变形，精心施工条件下地面变形量可小于15cm。 4 斗铲式 D:1800-2400H:≥3m或≥1.5D 气压平衡工作面土压力，管道周围注浆形成泥浆套。 地下水位以下的砂性土和粘性土，但粘性土的渗透系数应不大于10-4cm/s. 允许管道周围地层和地面有中等变形，精心施工条件下地面变形量可小于10cm。 5 多刀盘土压平衡式 D:900-2400H:≥3m或≥1.5D 胸板前密封舱内土压平衡地层和地下水压力，管道周围注浆形成泥浆套。 软塑和流塑性粘土，软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。粘质粉土中慎用。 允许管道周围地层和地面有中等变形，精心施工条件下地面变形量可小于10cm。 6 刀盘全断面切削土压平衡式 D:900-2400H:≥3m或≥1.5D 胸板前密封舱内土压平衡地层和地下水压力，以土压平衡装置自动控制，管道周围注浆形成泥浆套。 软塑和流塑性粘土，软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。粘质粉土中慎用。 允许管道周围地层和地面有较小变形，精心施工条件下地面变形量可小于5cm。 7 加泥式机械土压平衡式 D:600-4200H:≥3m或≥1.5D 胸板前密封舱内混有粘土浆液的塑性土压力平衡地层和地下水压力，以土压平衡装置自动控制，管道周围注浆形成泥浆套。 地下水位以下的粘性土、砂质粉土、粉砂。地下水压力>200kPa,渗透系数≥10-3cm/s时慎用。 允许管道周围地层和地面有较小变形，精心施工条件下地面变形量可小于5cm。 8 泥水平衡式 D:250-4200H:≥3m或≥1.5D 胸板前密封舱内的泥浆压力平衡地层和地下水压力，以泥浆平衡装置自动控制，管道周围注浆形成泥浆套。 地下水位以下的粘性土、砂性土。渗透系数>10-1cm/s,地下水流速较大时，严防护壁泥浆被冲走。 允许管道周围地层和地面有很小变形，精心施工条件下地面变形量可小于3cm。 9 混合式顶管机 D:250-4200H:≥3m或≥1.5D 上述方法中两种工艺的结合 根据组合工艺而定 根据组合工艺而定 10 挤密式顶管机 D:150-400H:≥3m或≥1.5D 将泥土挤入周围土层而成孔，无需排土。 松软可挤密地层 允许管道周围地层和地面有较大变形。注：表中的D、H值可根据具体情况进行适当调整。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：5.1.1.1能够抵抗管道内外的侵蚀；5.1.1.2能够承受一定的静、动荷载；5.1.1.3能够承受管道内外部的压力；5.1.1.4具有良好的过流性能；5.1.1.5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：5.1.2.1较高的轴向承载能力；5.1.2.2紧密的配合尺寸；5.1.2.3端部要平整、垂直；5.1.2.4管道长度方向上应保证平直度；5.1.2.5防水接头应设置在管道壁内，不允许突出于管道的内外壁；5.1.2.6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：250，300，350，400，450，500，600，700，800，900，1000，1100，1200，1250，1300，1400，1500，1600，1800，2000，2100，2200，2400，2500，2600，2800，3000，3200，3500，4000。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：5.1.7.1管道的内径5.1.7.2管道的外径5.1.7.3管道的接头形式5.1.7.4管道连接位置的尺寸5.1.7.5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。管道的长度误差表5.1.8 直径D 混凝土管道 纤维-水泥管道 陶土管 钢/铸铁管道 玻璃钢管道 150≤D≤600 ±2‰但是要少于±5mm ±1‰ ±1mm ＋10mm;－0mm ±1‰ 600＜D＜1200 ±2‰但是要少于±5mm ±1‰ ±1mm ＋10mm;－0mm ±1‰ 1200≤D＜3000 ±5‰但是要少于－10mm或＋25mm ±1‰ － ＋10mm;－0mm ±1‰ 3000≤D ±5‰但是要少于－10mm或＋25mm － － 5.1.9管道端面的垂直度应满足下列要求：5.1.9.1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。5.1.9.2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。如果没有可以参照的垂直管道轴线的参考面，可以假设将管道从平面翻转动180度，然后测量出其与水平线的角度，然后除以2就是工作面的垂直度。5.1.9.3管道端面垂直度误差应符合表5.1.9.3中的要求。管道端面垂直度的允许误差（mm）表5.1.9.3 直径 混凝土管道 纤维-水泥管道 陶土管 钢管 玻璃钢管道 铸铁管道 150≤D≤600 2 0.5 0.5 1.0 0.5 0.5 600＜D＜1200 3 0.5 1.0 2.0 0.5 1.0 1200≤D＜3000 4 0.5 3.0 0.5 2.0 3000≤D 5 － － － － －5.1.10管道水平方向的偏差的最大值为0.5％的管道直径（m）。在顶进施工钢管时，最大的偏差不能超过1.5mm/m。5.1.11管道外径的误差应满足表5.1.11中的相关要求。管道外径的允许误差（mm）表5.1.11 直径 混凝土管道 纤维-水泥管道 陶土管 钢管 玻璃钢管道 铸铁管道 150≤D≤600 ±5 ±5－0 ±5 ±5 ±5－0 ±5 600＜D＜1200 ±6 ±5－0 ±5 ±6 ±7－0 ±5 1200≤D＜3000 ±6 ±5－0 － ±8 ±10－0 ±8 3000≤D ±12 － － － － －5.1.12管道表面凸凹度一般用管道直径的百分比表示，要求见表5.1.12所示，其最大值限制在30mm以内。管道转向的误差允许值表5.1.12 直径 纤维-水泥管道，陶土管道，铸铁管道，钢管道，聚合物水泥管道，玻璃钢管道 加强混凝土管道，混凝土管道，钢化纤维混凝土管道 所有 1％ 2％5.1.13管道接头应满足下列基本要求：5.1.13.1密封性要求：污水管道接头以及供水和供气管线管道接头必须满足如下密封要求：·能够承受管内超水压0.5bar；·承受施工条件下所要求的管道内部气体超压；·管外超水压0.5bar的水渗入（对较深的地下水也必须满足要求）对密封性能的要求，也可以根据具体的工程情况而定。供气和供水管道产品的密封性能检测应按照相关规范进行。5.1.13.2抗偏斜能力要求：管道接头在最大允许偏斜的情况下必须保持良好的密封性能。5.1.13.3在一定的剪切力/剪切运动作用下，要求管道街头能够保持良好的密封性能。5.1.13.4轴向力的传递当管道之间使用垫环来传递轴向力时，垫环的厚度Dj可由下面的公式确定。对小直径管道，可选用不易变形的材料；对于大直径管道，则可优先选用侧向伸缩较小的材料。垫环的宽度一般不能超过管壁的厚度，推荐比管壁厚度稍小。5.1.14管道接头的密封设计应满足下列要求：5.1.14.1保证顶进施工的正常进行。5.1.14.2应该保证对管道导向环的充分固定。5.1.14.3应该采用合适的方法来避免管道的转动。5.1.14.4如果管道顶进完成后的压力试验导致管道泄漏，在征得客户同意的情况下，应在管道内部安装一个密封环，然后还应进行接口的防水测试。5.1.14.5要求所采用的密封材料和管道材料没有相互的影响，并且要求得到证实。5.1.14.6采用橡胶圈防水接口时，应符合下列规定：·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；·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；·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；·木衬垫的厚度应与设计顶力相适应。5.1.14.7密封介质的使用还应满足表5.1.14.7中的要求。密封介质的尺寸和安装要求表5.1.14.7 密封介质 1粘结剂 2可压缩的橡胶 接口宽度b(mm) 最小10mm 接口深度t(mm) 单层t≥12＋b/3 双层t≥2（12＋b/3） t≥2b 工作面的特征 干燥（湿度<5％），除油、除尘 除油、不受湿度影响 对管道表面的突起和坑洞进行平整5.1.15管道和配件的包装管道及配件的包装必须适合道路运输以及施工场地存储要求和单个移动方便的要求。对于混凝土管道的运输和存放都应该遵守相关的技术规范和要求。5.1.16产品出厂的标记顶进管道和管道接头出厂时应该有如下的标记：·制造商的生产号码·生产日期·直径·测试标记，制造允许和所采用的相关标准·检测合格标记5.2常用的顶进管道尺寸5.2.1表5.2.1给出污水管道、饮用水管道和供气管道常用的顶进管道直径。污水管道、饮用水管道和供气管道的优选管径表5.2.1 管径/mm 污水管道 饮用水管道 供气管道 250 × × × 300 × × × 400 × × × 500 × × × 600 × × × 700 × × × 800 × × × 900 × × × 1000 × × × 1100 × × × 1200 × × × 1250 × × × 1300 × × × 1400 × × × 1500 × × × 1600 × × × 1800 × × × 2000 × × × 2100 × × 2200 × × 2500 2400 × 2600 × 2800 × 3000 × 3200 × 3400 × 3500 × 3600 × 3800 × 4000 × 5.3顶进用混凝土管道5.3.1钢筋混凝土管是顶管中使用得最多的一种管材，且主要用于下水道中。有时需用钢管做外壳，里面再浇上钢筋混凝土，可用于超长距离顶管施工。钢筋混凝土管道按接口形式可分为：平口式(P)、企口式(Q)、双插口式(S)、钢承口式(G)四种。5.3.2企口管这种管道既适合于开挖法埋管也适于采用顶管施工，直径范围从1350~2400mm，共有七种规格。成品管道的混凝土为c50，最大覆土厚度为5.5~6m，最小覆土厚度为0.7m，内水压可达75~90kPa。企口管的接口形式及尺寸和外形等各项性能指标请参阅表5.3.2。企口管的规格尺寸表5.3.2 管子公称内径DN 管壁厚度h 管子长度L 企口尺寸 长度 深度 斜坡投影尺寸 L1 L2 m1 m2 S1 S2 1100 110 2000 40 30 62 36 10 7 1200 120 40 30 67 41 10 7 1350 135 40 30 75 48 10 7 1500 l50 45 35 85 50 15 10 1650 165 45 35 93 57 15 10 1800 180 45 35 100 65 15 10 2000 200 50 40 l12 68 20 15 2200 220 50 40 122 78 20 15 2400 240 50 40 l32 88 20 15 2600 260 55 45 142 93 25 20 2800 280 55 45 152 103 25 20 3000 300 60 50 l62 l13 25 20企口管的橡胶止水圈安装在管接头部位的间隙内。橡胶止水圈的右边壁厚为1.5mm的空腔内充有少许硅油，这样在两个管子对接过程中，充有硅油的腔可以滑动到橡胶体的上方及左边，便于安装，使橡胶体不易翻转。该橡胶止水圈采用丁苯橡胶制成，像一个小写的英文字母“q”形(图5.3.2-1)，因此又称为“q”形橡胶止水圈。当顶管工程采用企口管时，须按图5.3.2-2的形状和尺寸制作垫圈，垫于管道内口处。垫圈可用多层胶合板制成，也可用木板制成。采用企口管作为顶管用管，应注意如下问题：·由于管道端面的接触面积较小，还不及有效环断面的一半，虽然抗压强度高，但作用在管道端面的许用推力要比同口径的其他接口形式小许多。·由于采用半干性混凝土，管道的外表比较粗糙，与其他类型的管子比较，顶进阻力较大。·由于它的最大允许偏角仅为0.75º，而且偏角每增加0.5º，许用推力就会下降50%，所以不适用于曲线顶管。而且，即使在直线顶管中，也不允许存在较大幅度的纠偏，否则管口即有损坏的危险。采用橡胶圈密封的企口或防水接口时，应符合下列规定：·粘结木衬垫时凹凸口应对中，环向间隙应均匀；·插入前，滑动面可涂润滑剂；插入时，外力应均匀；·安装后，发现橡胶圈出现位移、扭转或露出管外，应拔出重插。5.3.3双插口混凝土管道双插口混凝土管道也称T型套环管接口管道，它的接口形式请参见表5.3.3。其结构形式是用一个T形钢套环把两只管子联接在一起的接口形式。接口的止水部分由安装在混凝土管与钢套环之间的齿形橡胶圈承担，为了保护管端和尽量增加管端间的接触面积，在两个管端与钢套环的筋板两侧都安装有一个衬垫。衬垫可以用多层胶合板制成，也可用8mm左右的木板制成。T形钢套环在套入之前，必须先把齿形橡胶止水圈用粘结剂胶粘在混凝土管的槽口内，要注意的是齿形橡胶圈的方向不能安放错了，T形钢套环是顺着齿形橡胶圈的斜面滑进去的，为了使安装顺利，应在齿形橡胶圈外涂抹一层润滑剂。最普通的润滑剂就是用肥皂削成碎片所泡成的肥皂水。安装时，还应注意不能让橡胶圈被挤出，否则，接口就会漏水。顶进工法用双插口混凝土管道规格尺寸(mm)表5.3.3 公称内径DN 管壁厚度h 管子长度L 接口尺寸 长度 深度 L1 L2 L3 t1 t2 600 60 2000 155 87 26 9 l5 700 70 800 80 900 90 1000 100 1100 110 1200 120 160 40 12 18 1350 135 1500 150 1650 I65 1800 180 2000 200 2200 220 2400 240 2600 260 16 24 2800 280 3000 300 注：经供需双方协议，也可生产其他规格尺寸的钢筋混凝土管道。T型套环管接口通常采用齿形橡胶圈或鹰嘴形橡胶止水圈，见图5.3.3。其展开长度应为槽口实际展开长度的85％左右。T型套环管接口的形式适用范围比较广，直径为200~3500mm之内的各种口径的混凝土管都可以用。但是，在砂性土中，这种接口就不太适用，这一点必须引起足够的认识。采用T形钢套环橡胶圈防水接口时，应符合下列规定：·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；·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；·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；·木衬垫的厚度应与设计顶力相适应。5.3.4钢承口管接口形式钢承口管接口形式(见表5.3.4)是把钢套环的前面一半埋入到混凝土管中去，又称为F型管接口。为了防止钢套环与混凝土管结合面产生渗漏，在该处设了一个橡胶止水圈。该橡胶止水圈不是用普通橡胶，而是采用了遇水膨胀橡胶，该橡胶在吸收了水分以后体积会膨胀1~3倍。钢承口管规格尺寸表5.3.4 公称内径DN 管壁厚度h 管子长度L 钢圈尺寸 接口尺寸 长度 厚度 长度 深度 l t L1 L2 L3 L4 t1 t2 t3 2000 200 2000 260 10 127 137 42 52 11 24 17 2200 220 2400 240 2600 260 2800 280 3000 300 注：1.经供需双方协议，也可生产其他规格尺寸的钢筋混凝土管；2.钢圈需采取防腐措施，在有腐蚀性介质的条件下，应适当加大钢圈的厚度。5.3.5钢筋混凝土管平接口平接口是钢筋混凝土管最常用的接口形式，其接口的连接方法有五种，如图5.3.5。第一种是油毡垫接口(如图5.3.5a)，此种接口方法简单、施工方便，主要用于无地下水的条件下。雨水管道或者穿越构筑物的套管上常采用该类型管道。油毡垫可以使顶力均匀分布于管道的端面上，在施工中管节之间要垫3~4层油毡垫，竣工后在管节之间用水泥沙浆嵌内缝。第二种为麻辫—石棉水泥接口(如图5.3.5b)，这种接口可用于地下水位以下的工程，施工中有利于校正作业，竣工后的管道具有一定的抗渗性。在使用过程中，首先将青麻编成直径为25~30mm的麻辫，并在沥青内浸透成油麻。接口时将油麻绕成圈垫于管口外缘，顶进过程中管口间的油麻被挤紧，竣工后在管口内缘的管间凹槽内填打石棉水泥。为了减轻填打石棉水泥口的劳动强度，可采用在凹槽内填抹膨胀水泥砂浆。这种接口适用于防止外渗的污水管道。第三种为钢套环接口(如图5.3.5c)，钢套环的宽度为20~30cm，外径稍小子管内径。安装时先对齐管口，将钢套环装于接口间并对中，然后用木楔固定。竣工后撤去木楔并用石棉水泥将管缝填实。此种接口刚度较大、接口质量好、不易渗漏，但成本较高且耗用钢材，故只适用于地基土壤受扰动处或穿越重要建筑物时。第四种为麻布沥青接口(如图5.3.5d)。施工方法是:先将管口对齐，在接口处涂布热沥青，边涂边裹麻布。采用三油二麻或四油三麻均可，根据施工条件及管道要求而定。这种接口形式一般用于小口径顶管。第五种接口为粘接口(如图5.3.5e)，采用树脂型材料涂于将对口的两管节的端面上，用千斤顶推动后边管节，使管口紧贴后停止顶进，待接口处粘接剂固化后，再开始顶进。这种接口有两个不利因素，一是粘接材料价格较贵，二是用于大口径接口时对接比较困难，故一般应用于小口径管接口。顶进施工法用钢筋混凝土平口管规格尺寸见表5.3.5。平口管规格尺寸(mm)表5.3.5 公称内径DN 管子长度L 管壁厚度h 公称内径DN 管子长度L 管壁厚度h 800 2000 80 1800 2000 180 900 90 2000 200 1000 100 2200 220 1100 110 2400 240 1200 120 2600 260 1350 135 2800 280 1500 150 3000 300 1650 165 注:经供需双方协议，也可生产其他规格尺寸的钢筋混凝土管。5.3.6钢筋混凝土管道的许用顶力管道断面的许用顶力是决定顶进长度的一个重要因素，管道的许用顶力取决于管材强度、顶进时的加压方式和受力面积以及顶铁与管道端面的接触状态等。钢筋混凝土管道的强度决定于离心混凝土的强度，从理论上讲，离心混凝土强度应高于普通混凝土强度的1.25倍，但实际上我国混凝土管道的抗压强度应大于30MPa。在顶管施工中，加压面的中心即顶力作用中心应与管壁中心重合，否则在管壁上除产生压应力外，还会引起其他应力的产生，如拉应力、弯曲应力和剪应力等，容易造成管壁的破坏。从理论上讲，管道端面和顶铁应平整接触，无间隙，而实际上由于管道制造和顶铁加工中都存在误差，不可能实现密切接触，为了补救这一不足，在施工中需在两者之间加垫层，常采用的铺垫材料有油毡、橡胶、塑料和软木板等。混凝土管道的许用顶力通常可用公式5.3.6进行计算：公式5.3.6式中：[Fr]——许用顶力，kN；——管体抗压强度，kN/m2；A——加压面积，m2；S——安全系数，取S=2.5~3.0。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、多边形等几种，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180º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，则往往采用圆形工作坑；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。腰圆形的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：6.1.2.1管道井室的位置；6.1.2.2可利用坑壁土体作后座墙；6.1.2.3便于排水、出土和运输；6.1.2.4对地上、地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全施工措施；6.1.2.5距电源和水源较近，交通方便；6.1.2.6地下水位以下顶进时，工作坑要设在