山 东 省 市 政 工 程 工 法文本材料菏泽城建工程发展集团有限公司2012年2月19日小口径顶管施工工法菏泽城建工程发展集团有限公司刘永 袁雷 孟玉领 桑珍1.前 言 随着城市建设的发展，尤其是旧城改造的加快，各类小管径的管道埋设工程不断增多，但传统的开槽施工因破坏道路、影响交通、环境污染等，越来越不适应施工需要。这就促使建设和施工单位研究、使用新的替代工法，而小口径顶管施工工艺来敷设管道或修复旧管道，即是很好替代工法。菏泽城建工程发展集团公司及其菏泽鹏远市政工程工程有限公司，经过多年的工程实践，总结出了小口径顶管施工工法。2.工法特点2.0.1 顶管是解决施工难题、加快施工进度的好方案，该顶管方法施工速度快、施工精度较高。 2.0.2 小口径顶管施工工法与传统的开挖铺设管道相比明显的环保、技术和经济优势，主要有如下特点： 1不破坏既有道路，不影响交通； 2施工噪音小，排泥浆少，对环境影响小，文明、安全施工程度高； 3可实现曲线埋设、可穿越障碍物等，施工精度高，技术先进； 4速度快； 5综合施工成本低。 3.适用范围 采用小口径顶管机进行顶管施工，主要用于口径较小的下水管道、煤气、电缆、通讯的管道敷设施工，在这里主要介绍我们常用的水平钻顶管机的使用。 利用该机施工，适合的土质范围比较广，并且不受覆土深度的影响，但在砂砾土、淤泥质土层及中砂土层中使用有一定技术难度。 顶管工程一般按管径可分大口径顶管（管径大于 2000 毫米） 、中口径顶管（管径在 900 毫米2000 毫米）和小口径顶管（管径小于 900 毫米） ，在本工法中所指小口径顶管是指管径小于 500mm的管道顶进技术。 4.工艺原理4.0.1 采用小口径顶管机进行顶管施工，其工艺原理是：通过小口径顶管机进行钻孔、扩孔、灌注泥浆减阻、扩孔至设计管径时进行拉管、拉管至设计长度时完成了顶管任务。 详见：图 4.1、4.2、4.3. 道路钻机安装工作井 接收井 图 4.1 典型小口径顶管第一阶段：工作井、接收井施工、钻机安装道路钻机钻孔方向扩孔方向工作井接收井图 4.2 典型小口经顶管第二阶段：钻孔、扩孔道路PE管热熔焊接钻机 拉管方向工作井 接收井 图 4.3 典型小口经顶管第三阶段：热熔焊接、拉管水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成，它们的结构及功能介绍如下： 1钻机系统：是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，它由钻机主机、转盘等组成，钻机主机放置在钻机架上，用以完成钻进作业和回拖作业。转盘装在钻机主机前端，连接钻杆，并通过改变转盘转向和输出转速及扭矩大小，达到不同作业状态的要求。2 动力系统： 由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力，发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。3控向系统：控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的具体位置和其它参数，引导钻头正确钻进的方向性工具，由于有该系统的控制，钻头才能按设计曲线钻进，现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。 4泥浆系统：泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。 5钻具及辅助机具：是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。钻具主要有适合各种地质的钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等机具。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。5.施工工艺流程及操作要点5.1 总体施工流程 测量放线工作井、 接收井施工顶管设备安装导向钻孔预扩孔至 1/2D扩孔至2/3D扩孔至 D拉管施工下一根管依次施工其它管顶管设备拆除管头处理检查井或电缆沟施工 。5.2 施工资料准备 5.2.1 工程施工前应由设计单位进行设计交底，当施工单位发现施工图有错误时，应及时向设计单位提出变更设计的要求。 5.2.2 工程施工前应掌握管道顶进沿线的下列情况和资料： 1现场地形、地貌、建筑物、各种管线和其他设施的情况； 2工程地质和水文地质资料、气象资料； 3工程用地、交通运输及排水条件，施工供水、供电条件；1施工前，促请建设单位组织有关单位向施工单位进行现场交桩； 2临时水准点和管道轴线控制桩的设置应便于观测且必须牢固，并采用保护措施。 3临时水准点、管道轴线控制桩、高程桩，应经过复核方可使用，并应经常校核。 4已建管道、构筑物等与本工程衔接的平面位置和高程，开工前应校测。 5.3 工作井与接收井制作工作坑开挖时（沉井除外）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粱和支撑梁的方法支护，也可采用钢管支撑法支护。如下图所示：工作井示意图接收井示意图工作井、接收井采用分层开挖、分层支撑的方法施工，随挖随击使整个支撑体系随人工挖土而下沉。5.4 顶管前施工准备 5.4.1 钻孔前可以测出地下管线的位置、深度。 5.4.2 结合现场工作井的实际管线位置，精确设计出人穿越管线的轨迹 5.4.3 导孔阻力计算 5.4.4 扩孔孔径分级 5.4.5 拉管压力控制值估算 5.5 泥浆配比 5.5.1 在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层中钻进时 在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层中钻进，成孔的难度很大，其泥浆可用膨润土拌制。配比如下表所示：6.材料与设备本工法所需的材料，采用的机具设备见表6。 表6 材料与机具表 序号材料/设备名称材料/设备型号单位数量用途1石子10-15mmm3/矿料2石子5-10mmm3/矿料3机制砂0-5mmm3/矿料4矿粉/m3/矿料5胶粉/kg/混合料6改性剂/kg/混合料7拌合站3000型座1混合料加工8自卸车30t辆8运输混合料9沥青摊铺机9米台2摊铺混合料10压路机30t台3碾压11马歇尔试验仪/台1制备混合料试件12马歇尔稳定度/台1强度测定13马歇尔流值/套1流值测定7.质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1胶粉沥青混合料质量标准执行OGFC规范标准（JTG F402004）。试验指标OGFC规范标准（JTG F402004）马歇尔稳定度（kN）3.5流值（0.1）/空隙率（%）1815最佳油石比（%）/冻融劈裂强度比，%/浸水马歇尔稳定度,%/肯塔堡飞散损失,%20动稳定度,次/mm3000吸声系数%30抗滑摆值,BPN/7.1.2沥青混合料施工质量标准执行CJJ22008城市道路施工验收规范。表7.1.2 沥青路面验收规范 项 次检 查 项 目规定值或允许偏差检查方法和频率1油石比4%6%沥青抽提法2密度22.5kg/cm3取芯法3平整度不大于5mm平整度仪4厚度-0.55mm取芯法7.2质量保证措施7.2.1 所需原材料改性沥青、10-15mm石子、510mm石子、机制砂、矿粉、胶粉等必须经检测合格后方可使用。7.2.2 胶粉OGFC面层施工前，需对基层做强度、密度、透水性检查验收，合格后才可进行面层施工。7.2.3 目标配合比、生产配合比、生产配合比验证三个阶段的配合比必须完成才能正式大面积施工。7.2.4 采用间歇式沥青砼拌合站，拌合站要有计量设备、检测设备、及相关技术人员。7.2.5 要有足够数量的自卸车，确保混合料生产后能及时运出。7.2.6 要有测温装置，以便检测混合料的出厂温度、运到现场温度、摊铺温度、碾压温度。7.2.7 配有两台摊铺机，摊铺机要有自动找平、加温装置，摊铺机呈梯状作业，两台摊铺机要相距10米左右。7.2.8 做好施工过程的检验及记录工作。8.安全措施8.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.2施工现场做好维护工作，按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。8.3施工现场、拌合站、料场等的消防安全距离做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严格做到不在木工加工场、料库等处吸烟；随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其近旁堆放生产物资。8.4不能在露天场所燃烧沥青。8.5施工现场的临时用电严格按照施工现场临时用电安全技术规范的有关规范规定执行。8.6电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。8.7施工现场使用的手持照明灯使用36V的安全电压。8.8室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。8.9建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。9.环保措施9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。9.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.3对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.4设立专用废弃沟，对废沥青、沥青混合料进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止污染环境。9.5做好运输混合料车辆的维护工作，以防工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9.6优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。9.7对施工场地道路进行硬化，并在晴天