5.2.5.1 顶进
管道顶进的过程包括挖土、顶进、测量、纠偏等工序。从管节位于导轨上开始顶进起至完成这一顶管段止，始终控制这些工序，就可保证管道的轴线和高程的施工质量。开始顶进的质量标准为：轴线位置3mm，高程0～13mm。
1.挖土和运土
（1）挖土。管前挖土是保证顶进质量及地上构筑物安全的关键，管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性，因为管子在顶进中是根据已挖好的土壁前进的。因此，管前周围超挖应严格控制。对于密实土质，管端上方可有大于等于1.5cm空隙，以减少顶进阻力，管端下部135°中心角范围内不得超挖，保持管壁与土壁相平，也可预留1cm厚土层，在管子顶进过程中切去，这样可防止管端下沉。在不允许顶管上部土壤下沉地段顶进时（如铁路、重要建筑物等），管周围一律不得超挖。如图5.25所示。
管前挖土深度，一般等于千斤顶出镐长度，如土质较好，可超前0.5m。超挖过大，土壁开挖形状就不易控制，容易引起管位偏差和上方土坍塌。
在松软土层中顶进时，应采取管顶上部土壤加固或管前安设管檐或工具管，如图5.26所示。操作人员在其内挖土，开挖工具管迎面的土体时，不论是砂类土或黏性土，都应自上而下分层开挖。
有时为了方便而先挖下层土，尤其是管道内径超过手工所及的高度时，先挖中下层土很可能给操作人员带来危险。防止坍塌伤人。
（2）运土。从工作面挖下来的土，通过管内水平运输和工作坑的垂直提升运至地面。除保留一部分土方用作工作坑的回填外，其余都要运走弃掉。管内水平运输可用卷扬机牵引或电动、内燃的运土，也可用皮带运输机运土。土运到工作坑后，由地面装置的卷扬机、龙门吊或其他垂直运输机械吊运到工作坑外运走。
图5.25 超挖示意图
a—最大超挖量
2.顶进过程
顶进时利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下：
（1）安装好顶铁挤牢，管前端已挖一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。
（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。
（3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。
图5.26 工具管（单位：mm）
图5.27 钢制内胀圈安装图
1—混凝土管；2—内胀圈；3—木楔
（4）卸下顶铁、下管，在混凝土管接口处放一圈麻绳，以保证接口缝隙和受力均匀。
（5）在管内口处安装一个内胀圈，作为临时性加固措施，防止顶进纠偏时错口，其装置如图5.27所示。胀圈直径小于管内径5～8cm，空隙用木楔背紧，胀圈用7～8mm厚钢板焊制、宽200～300mm。
（6）重新装好顶铁，重复上述操作。
3.顶进时应注意事项
（1）顶进时应遵照“先挖后顶，随挖随顶”的原则。应连续作业，避免中途停止，造成阻力增大，增加顶进的困难。
（2）首节管子顶进的方向和高程，关系到整段顶进质量，应勤测量、勤检查，及时校正偏差。
（3）安装顶铁应平顺，无歪斜扭曲现象，每次收回活塞加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。
（4）顶进过程中，发现管前土方坍塌、后背倾斜，偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除故障后，再继续顶进。
5.2.5.2 掘进顶管接口
掘进顶管完毕，拆除临时连接，进行内接口，接口型式根据现场条件，管道使用要求，管口型式等因素选择。
钢管采用焊接接口。当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处理。
钢筋混凝土管常用钢胀圈接口、企口接口、T形接口、F形接口等几种方式进行连接。
1.钢胀圈连接
常用于平口钢筋混凝土管，管节稳好后，在管内侧两管节对口处用钢胀圈连接起来，形成刚性口以避免顶进过程中产生错口。钢胀圈是用6～8mm的钢板卷焊成圆环，宽度为300～400mm。
环的外径小于管内径30～40mm。连接时将钢胀圈放在两管节端部接触的中间，然后打入木楔，使钢胀圈下方的外径与管内壁直接接触，待管道顶进就位后，将钢胀圈拆除，管口处用油麻、石棉水泥填打密实，如图5.28所示。
图5.28 钢胀圈接口(https://www.xing528.com)
1—麻辫；2—石棉水泥；3—铁楔；4—钢圈
2.企口连接
企口连接可以是刚性接口，也可以是柔性接口。如图5.29及图5.30所示。企口连接的钢筋混凝土管不宜用于较长距离的顶管，特别是中长距离的顶管。
图5.29 企口刚性连接
图5.30 企口柔性连接（单位：mm）
3.T形接口
T形接口是在两管段之间插入一钢套管，钢套管与两侧管段的插入部分均有橡胶密封圈（图5.31）。
4.F形接口
F形接口是T形接头的发展。典型的F形接头密封和受力如图5.32所示。钢套管是一个钢筒，与管段的一端浇筑成一体，形成插口。管段的另一端混凝土做成插头，插头上有密封圈的凹槽。相邻管段连接时，先在插头上安装好密封圈，在插口上安装好木垫片，然后将插头插入插口就完成连接。这种接头在使用时一定要注意方向，插口始终是朝后的。
图5.31 T形接口
1—T形套管；2—密封圈
【案例5.1】 某一给排水管道穿越铁路，管道长度50m，管径为DN1000，壁厚11cm，钢筋混凝土管材，管道埋深为4m。土质为砂质黏土，地下水埋藏深度为6m。试确定施工方案。
【解】 （1）施工方法的选择。根据本地区的土质、地下水的情况，结合铁路部门的要求，本工程采用人工掘进顶管法施工。
（2）工作坑的布置。本工程所需顶管长度为50m，在管道的一端检查井处布置工作坑，采用单向坑。
图5.32 F形接口密封和受力示意图
（3）工作坑尺寸的确定。根据施工经验，按经验公式计算。
工作坑长度L=d+2.5=1.5+2.5=4.0（m）
工作坑宽度W=D+2.5=1.0+2.5=3.5（m）
工作坑深度H=h+0.2=4.0+0.2=4.2（m）
（4）工作坑基础及后背。工作坑基础采用20cm×20cm，长3.5cm的木方满铺；工作坑后背采用20cm×20cm，长3.5cm的木方堆放高度1.5m，竖向用50mm钢轨加固木方。
（5）工作坑支撑及工作平面。工作坑四周采用60mm木板密铺，采用20cm×20cm木方横撑加固；工作平面由吊装架、卷扬机组成，吊装架由双排6根φ300圆木构成，横梁采用DN219厚钢管，平台采用φ200圆木及60mm板铺设，且预留有下管孔及人孔。卷扬机采用一台19620kN的电动卷扬机。
（6）导轨选择。顶进导轨采用18号轻轨，导轨轨距：
A0=2[R2-（R-h）2]1/2=2[0.612-（0.61-0.18）2]1/2=0.864（m）
（7）顶进设备的选择。
1）千斤顶顶力计算。根据经验式（5.15）：
P=3.0W
式中 W——每米管重，取为8800kN；
P=3×8800=26400（kN）
选用YCZ300型千斤顶，满足要求。
2）千斤顶布置。其布置型式采用单列式，使千斤顶中心与管中心的垂线对称。根据施工经验，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处，采用顶铁传递顶力，所用顶铁由型钢及铁板制成，按其安放位置或传力作用分为：顺铁、横铁、立铁。
（8）顶进施工。
1）挖土与运土。根据YCZ300型千斤顶的一次顶程为0.5m，按照施工规范每次挖土的深度不大于0.5m，采用人工开挖，管内水平运土采用专用运土小车将土运到工作坑，垂直运输采用卷扬机将土运到工作坑外。
2）顶进。依据“先挖后顶、随挖随顶”原则，严格按照操作规程进行。
（9）质量控制。每顶进一次，要进行一次测量，其偏差为：中心位移小于50mm，高程偏差+30mm、-40mm，管间错口偏差小于20mm。
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