管道内衬的技术介绍及修复方法

顶管工作坑又称竖井，是顶管施工起始点、终结点、转向点的临时设施，工作坑内安装有导轨、后背及后背墙、千斤顶等设备。

一、工作坑的种类及设置原则

根据工作坑顶进方向，可分为单向坑、双向坑、多向坑、转向坑和交汇坑等形式，如图9-7 所示。

工作坑的位置根据地形、管线位置、管径大小、地面障碍物种类等因素来决定。排水管道顶进的工作坑通常设在检查井位置；单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；根据地形和土质情况，尽量利用原土后背；工作坑与穿越的建筑物应有一定的安全距离，并应考虑工作坑的开挖尺寸与支护方式的影响。

图9-7 顶管工作坑形式示意图

1—单向坑、2—双向坑、3—交汇坑、4—转向坑、5—多向坑

工作井按其形状分有矩形、圆形、腰圆形（两端为半圆形，中间为直线形）、多边形等几种，其中以矩形为多；按其结构分有钢筋混凝土井、钢板桩井、瓦楞钢板井等；按其构筑方法分有沉井、地下连续墙井、钢板桩维护井、混凝土砌块（或砖）井等。下面按构筑方法进行介绍。

1.沉井

沉井是最普遍的钢筋混凝土基坑。它是先在地面上按尺寸大小、洞口位置等要求浇注矩形（或圆形）钢筋混凝土井，再通过挖掘井内的土方和其他手段将钢筋混凝土井壁沉到预定的位置并封底。

2.地下连续墙井

先在地下一定深度范围内用地下连续墙围成一个矩形（或圆形）井，同时处理单幅墙体与墙体之间的接缝，使其不透水，最后将井内的土挖去，加上支撑浇注钢筋混凝土底板等。

3.钢板桩井

钢板桩是一种常用的基坑围护形式。根据其横断面形状，可以分为普通钢板桩和拉森钢板桩两种。普通的钢板桩即为槽钢，拉森钢板桩与普通钢板桩不同为：①断面形状不同；②拉森钢板桩的边缘有一个燕尾槽，相邻两块拉森钢板桩的燕尾槽相嵌，可以做到密不透水。

4.砌筑井

采用混凝土砌块或砖进行砌筑，施工时一边挖土一边砌筑。土质较好、深度不大时，也可一次挖到底再进行砌筑，必要时也可进行简易的支护。另外，还可采用类似管片的形式，随着开挖一环一环地往地下构筑井壁，管片可以是钢筋混凝土，也可以是钢结构。采用这种方法构筑成的工作井形状大多为圆形。

二、工作坑的尺寸

工作坑应具有足够的空间和工作面，方能保证顶管工作顺利进行。其尺寸和管径大小、管节长度、埋置深度、操作工具及后背形式有关。工作坑的尺寸可按图9-8 所示由公式进行计算。

图9-8 顶管工作坑尺寸示意图

1—管子；2—掘进工作面；3—后背；4—千斤顶；5—顶铁；6—导轨；7—内涨圈；8—基础

1.工作坑的宽度

地下建筑工程施工

式中：w为工作坑底部宽度，m；d1为管道外径，m；2b＋2b 为管道两侧操作空间及支撑厚度，一般可取2.4～3.2m。

2.工作坑的长度

地下建筑工程施工

式中：l为矩形工作坑的底部长度，m；l1为工具管长度，m。当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为管节长度，m；l3为出土工作间长度，m；l4为千斤顶长度，m；l5为顶管后背的厚度，m。

3.工作坑的深度

当工作坑为顶进坑时，其深度按式（9-3）计算。

地下建筑工程施工

当工作坑为接收坑时，其深度按式（9-4）计算。

地下建筑工程施工

式中：h1为顶进坑地面至坑底的深度，m；h2为接收坑地面至坑底的深度，m；h1为地面至管道底部外缘的深度，m；h2为管道外缘底部至导轨底面的高度，m；h3为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，m。

三、顶进工作井的布置

顶进工作井的布置分为地面布置和井内布置。

1.井内布置

井内布置包括前止水墙、后座墙、基础底板及排水井等。后座要有足够的抗压强度，能承受主顶千斤顶的最大顶力。前止水墙上安装有洞口止水圈，以防止地下水土及顶管用润滑泥浆的流失。在顶管工作井内，还布置有工具管、环形顶铁、弧形顶铁、基坑导轨、主顶千斤顶及千斤顶架、后靠背，如图9-9 所示。其中主顶千斤顶及千斤顶架的布置尤为重要，主顶千斤顶的合力的作用点对初始顶进的影响比较大。

图9-9 顶进工作井内布置图

1—管节；2—洞口止水系统；3—环形顶铁；4—弧形顶铁；5—顶进导轨；6—主顶油缸；7—主顶油缸架；8—测量系统；9—后靠背；10—后座墙；11—井壁

（1）管节一般为钢筋混凝土管节或钢管节。

（2）后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体，是主推千斤顶的支承结构。

它的构造会因工作坑的构筑方式不同而不同。在沉井工作坑中，后座墙一般就是工作井的后方井壁。在钢板桩工作坑中，必须在工作坑内的后方与钢板桩之间浇注一座与工作坑宽度相等的、厚度为0.5～1.0m的、其下部最好能插入到工作井底板以下0.5～1.0m的钢筋混凝土墙，目的是使推力的反力能比较均匀地作用到土体中去。还要注意的一点是后座墙的平面一定要与顶进轴线垂直。

（3）后靠背是靠主顶千斤顶尾部的厚铁板或钢结构件，称之为钢后靠，其厚度约300mm。钢后靠的作用是尽量把主顶千斤顶的反力分散开来，防止将混凝土后座压坏。

（4）洞口止水圈是安装在顶进井的出洞洞口和接收井的进洞洞口，具有制止地下水和泥沙流到工作坑和接收坑的功能。洞口止水圈有多种多样，但其中心必须与所顶管节的中心轴线一致。

（5）顶进导轨由两根平行的轨道所组成，其作用是使管节在工作井内有一个较稳定的导向，引导管节按设计的轴线顶入土中，同时使顶铁能在导轨面上滑动。在钢管顶进过程中，导轨也是钢管焊接的基准装置。

（6）主顶装置由主顶油缸、主顶油泵、操纵台及油管四部分构成。主顶千斤顶沿管道中心按左右对称布置。主顶进装置除了主顶千斤顶以外，还有千斤顶架，以支承主顶千斤顶；供给主顶千斤顶以压力油的是主顶油泵；控制主顶千斤顶伸缩的是换向阀。油泵、换向阀和千斤顶之间均用高压软管连接。主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给。常用的压力在32～42MPa之间，高的可达 50MPa。在管径比较大的情况下，主顶油缸的合力中心应比管节中心低管内径的 5%左右。

（7）若采用的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶缩回后在中间加垫块或几块顶铁。顶铁有环形顶铁、弧形或马蹄形顶铁之分。

（8）测量是顶管施工的眼睛，对减少顶管的偏差起着决定性作用。测量仪器（经纬仪和水准仪）应布置在一固定位置，并选好基准点，同时经常对仪器的原始读数进行核对。在机械式顶管中大多使用激光经纬仪。

2.地面布置

地面布置包括起吊、供水、供电、供浆、供油等设备的布置，以及测量监控点的布置等。

（1）起吊设备布置。起吊设备可采用龙门行车或吊车。行车轨道与工作井纵轴线平行，布置在工作井的两侧。若用吊车，一般布置两台，工作井两侧，一侧一台。一台用来起吊管子，另一台用来吊土。吊管子的吊车吨位可大些。

（2）供电设备布置。供电包括动力电和照明电供给。施工工期长、用电量大时，需砌筑配电间。接到管内的电缆必须装有防水接头，还必须把它悬挂在管内的一侧，且不要与油管及注浆、水管挂在同一侧。管内照明应采用 12V 或 24V 的低压行灯。一般情况下，动力电源是以三相380V直接接到掘进机的电气操纵台上。长距离、大口径顶管时，为了避免产生太大的电压降，也可采用高压供电，供电电压一般在 1 kV。这时，在掘进机后的三到四节管子内的一侧，安装有一台干式变压器，再把1kV的电压转变成380V供掘进机使用。

（3）供水设备布置。在手掘式和土压式的顶管施工中，供水量小，一般只需接两只12.5～25mm的自来水龙头即可。如果在泥水平衡顶管施工中，由于其用水量大，必须在工作坑附近设置一只或多只泥浆池。

（4）供浆设备布置。供浆设备主要由拌浆桶和盛浆桶组成，盛浆桶与注浆泵连通。因为现在多用膨润土系列的润滑浆，它不仅需要搅拌，而且要有足够的时间浸泡，这样才能使膨润土颗粒充分吸水、膨胀。除此以外，供浆设备一般应安放在雨棚下，防止下雨时对浆液的稀释。

（5）液压设备布置。液压设备主要指为主顶油缸及中继站油缸提供压力油的油泵。油泵可以置于地上，也可在工作坑内后座墙的上方搭一个台，把油泵放在台子上。一般不宜把油泵放在井内。

（6）气压设备布置。在采用气压顶管时，空压机和储气罐及附件必须放置在地面上。为减少噪音影响，空压机宜离坑边远一点。

1、审查顶管施工组织设计、承包人的人员、材料、机具进场情况，现场施工条件，审批开工申请单。

2、检查工作坑开挖时是否按施工组织设计方案进行基坑排水的边坡支护。检查工作坑平面位置及开挖高程是否符合设计要求。基础处理是否按设计要求进行处理。

3、检查工作坑结构工程的内容可按排水水泵房的监理要求进行。

4、检查工作坑回填土夯实情况，其密实度是事符合设计要求。

5、检测顶管后背施工质量、主要包括垂直度、水平线与中心线的偏差等。

6、检测导轨高程及其中线位置，审查导轨安装是否牢固。

7、检查顶管施工前的准备工作是否按施工组织设计进行。其主要内容有：

（1）顶管设备是否按施工方案配置状态是否良好。

（2）顶管设备能力是否满足顶力计算的要求，千斤顶安装位置、偏差是否满足施工组织设计要求。

（3）检查对降低地下水位、下管、出土、排泥等工作是否按施工方案准备。

（4）当顶管段有水文地质或工程地质不良状况时，沿线附近有建（构）筑物基础时，是否按施工组织设计的要求，准备了相应的技术措施。

8、检测第一根管的就位情况，主要内容为：管子中线管子内底前后端高程，顶进方向是否符合设计要求，当确认无误并检查穿墙措施全部落实后，方可开始顶进。

9、顶进过程中应勤监测、及时纠偏，在第一节管顶进200～300mm 时，应立即对中线及高程测量进行监查，发现问题及时纠正。在以后的顶进过程中，应在每节管顶进结束后进行监测，每个接口测1点，有错点时测2点；在顶管纠偏时，应加大监测频率至300mm一次，控制纠偏角度，使之满足设计要求，避免顶管发生意外。

10、顶管时，应监测地下水位是否按施工组织设计要求进行控制。

11、检查顶管管材自身的材质，外形尺寸、出厂合格报告等内容是否满足设计要求。

12、检查顶进方法是否与施工组织设计相符，当采用管前挖土，干式顶进时，应监控管前挖土量，管子底部土体在135°范围内不得超挖，当采用工具管水下顶进时，应监控顶进速度与出泥量的平衡，严禁超量排泥。

13、当管道超挖或因纠偏雨造成管周围空隙过大时，应组织有关人员研究处理措施并监督执行。

14、顶进过程中应监控接口施工质量，当采用混疑土管时，应监控内涨圈、填料及接口质量、当采用钢管时，应控制焊接、错口质量。

15、当因顶管段过长、顶力过大而采取用中继环、触变泥浆等措施时，应监控中继环安装及触变泥浆制作质量。

顶管施工就是利用人工或机械挖土，借助于主顶油缸及管道中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接受坑内吊起；与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。

手掘式顶管施工工艺流程

施工准备放线定位 确定工作坑尺寸工作坑开挖坑壁支护 基础及导轨安装 后背安装 顶管设备安装管道顶进 测量与纠偏接口处理接受坑 砌检查井 闭水试验 工作坑、接受坑回填竣工验收

二、施工前的准备工作监理要点

2.1现场调查及复核。对建设单位提供的工程沿线的有关工程地质、水文地质、周围环境和需要连接的旧污水管网的位置情况，以及沿线地下管线、周边建(构)筑物、障碍物及其他设施的详细资料进行核实确认。对已建管道、构筑物等与新建管道衔接的平面位置和高程，开工前应进行校对复核。

2.2审核顶管专项施工方案，检查技术交底。要求施工方根据地质勘察报告、施工图纸和相关规范要求，编制顶管专项施工方案，内容必须符合相关规范的要求。

2.3对材料的要求

顶管管道的材料本身具有较强的抗腐蚀性，具有满足设计要求的抗压能力，能承受设计的动静荷载以及管道内外部压力。对管道接头的几何尺寸、轴向荷载能力和防水能力也都有较为严格的要求，保证紧密配合，端部要平整垂直，钢套环接口应无疵点，且应按设计规定进行防腐处理。通常采用的顶管管道为钢筋混凝土管。基坑导轨材料本身应该具有坚固、挺直、不易变形等特征，通常选用钢制材料。

2.4工作井位置选择、结构类型。

顶管施工中的工作井位置，应充分考虑施工过程中的操作性和经济性。依据现行国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008的相关规定要求以及设计要求，本工程污水管道为直线顶管，工作井设置在检查井的位置处，可采用双向顶进，提高工作坑的利用率。另外，较深的工作坑一般采用腰圆形，且常采用沉井法施工，工程竣工后沉井则成为永久性管道的附属构筑物在地下水位较低时，设计高程在地下水位以下时应当注意，工作坑应设置在管道下游，采用逆管道坡度方向顶进，这样有利于管道的排水。

对工作井，监理时应更加重视，根据工程水文地质条件、邻近建(构)筑物、地下管线情况，开挖深度，以及结构受力、施工安全等要求，确定工作井围护结构，要求施工单位编制工作井专项施工方案，条件符合危险性较大分部分项工程的工作井，应严格要求施工单位对此方案组织专家论证会，按专家论证意见修改方案后组织实施。顶管顶进工作井的结构必须满足井壁支护以及推进后座力作用等施工要求，便于排水、排泥、出土和运输，尽量避开现有构(建)筑物，减小施工扰动对周围环境的影响。井底应保证稳定，并应及时封底，在地面井口周围应设置安全护栏和防雨设施。在井内应设置便于上、下的安全通道。后背墙结构强度与刚度必须满足顶管最大允许顶力和设计要求，在审查施工方案时，必须查看后背墙设计计算过程。

施工前施工单位应根据工程水文地质条件、现场施工条件、周围环境等因素，进行安全风险评估；并制定防止发生事故以及事故处理的应急预案。因在闹市区有必要在建(构)筑物设置观测点，进行监控测量。监控测量的信息应及时反馈，以指导施工，发现问题及时处理。

三、施工过程的监理要点

3.1工作坑开挖、围护

工作坑开挖时，要求严格按照经专家论证通过的专项施工方案进行开挖，土方开挖过程中，应遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖，严禁超挖”的原则进行开挖与支撑，做好基坑排水和围护结构。检查工作坑平面位置及开挖高程是否符合设计要求。基础处理是否按设计要求进行处理。围护结构是否按专项施工方案施工，是否满足结构受力、施工安全等要求，是否满足井壁支护以及推进后座力作用等施工要求，便于排水、排泥、出土和运输。

3.2材料验收

顶管设备、材料进场后，必须先进行检查设备、材料的合格证和质量证明书等是否有效。验收合格同意进行施工设备、配套设备和辅助系统安装，应经试运行及安全性检验，合格后方可掘进作业。管节材料的规格及其接口连接形式应符合设计要求。钢筋混凝土成品管质量应符合国家现行标准《混凝土和钢筋混凝土排水管》GB/T 11836、《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》JC/T 640 的规定。质量应符合《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008的相关规定和设计要求。外防腐结构层满足设计要求，顶进时不得被土体磨损。

3.3 顶管施工前的检查

3.3.1. 全部设备经过检查并经过试运转；工具管在导轨上的中心线、坡度和高程应符合设计规定的要求；

3.3.2 防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑的措施；开启封门的措施。

3.3.3检查顶管施工前的准备工作是否按施工组织设计进行。其主要内容有：

1）、顶管设备是否按施工方案配置状态是否良好。

2）、顶管设备能力是否满足顶力计算的要求，千斤顶安装位置、偏差是否满足施工组织设计要求。

3）、检查对降低地下水位、下管、出土、排泥等工作是否按施工方案准备。

4）、检测第一根管的就位情况，主要内容为：管子中线管子内底前后端高程，顶进方向是否符合设计要求，当确认无误并检查穿墙措施全部落实后，方可开始顶进。

3.4顶管施工

3.4.1 工具管接触或切入土层后，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；

3.4.2 在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部135o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；当采用工具管水下顶进时，应监控顶进速度与出泥量的平衡，严禁超量排泥。

3.4.3 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。

3.4.4顶进过程中应勤监测、及时纠偏，在第一节管顶进200～300mm 时，应立即对中线及高程测量进行监查，发现问题及时纠正。在以后的顶进过程中，应在每节管顶进结束后进行监测，每个接口测1点，有错点时测2点；在顶管纠偏时，应加大监测频率至300mm一次，控制纠偏角度，使之满足设计要求，避免顶管发生意外。

3.4.5顶进过程中应监控接口施工质量，当采用钢筋混疑土管时，应监控内涨圈、填料及接口质量，当采用钢管时，应控制焊接、错口质量。

3.4.6当因顶管段过长、顶力过大而采取用中继环、触变泥浆等措施时，应监控中继环安装及触变泥浆制作质量。

四、安全监理工作要点

顶管（不开槽）施工工程。主要施工内容包括不开槽施工主体结构工程、附属构筑物工程等。　

4.1、 审查施工单位安全生产许可证、与业主签订的安全协议。

4.2、 审查施工单位的安全保证体系及安全生产责任制，牢固树立“安全第一，预防为主”的安全生产方针。

4.3、 审查施工单位的安全技术方案（包括专项安全方案），制定相应的安全技术措施。

4.4、 审查施工单位特殊工种操作人员资质证书（上岗证），督促承包方对进场施工人员进行安全教育和安全交底。

4.5、 审查施工单位主要施工机械设备的数量、性能、检修证，督促承包方检查机械设备完好率和操作运行情况的记录。

4.6、 审查施工单位施工现场平面布置，施工现场安全措施和临时用电、防火安全计划。

4.7、顶管施工过程中，严格执行政府和有关部门颁发的有关安全生产、文明施工的政策、法令、规定和规程。审查施工单位对顶管施工影响范围内公共管线和地面建筑物的保护措施和应急措施。

4.8、临时安全设施

4.8.1 工作井顶面内侧周边须设置防护栏杆，栏杆高度不低于1.2米，栏杆底部设踢脚笆和挡板，踢脚笆的高度不低于40cm，防止碎石块和其他零星物件滑落工作井内，地面人员严禁往工作井内抛物。

4.8.2进出工作井的上下扶梯须有固定扶手，扶手高度不低于1米，扶梯转角处，设防护栏杆，进入扶梯要有醒目的安全警示牌，防止人员坠落。

4.8.3井内操作人员进入管道前跨越油缸（千斤顶）时，防止滑跌，设移动高登梯子，管道内设置人行通道，宽度不小于50cm。

4.9管道内要保持畅通整洁，施工中剩余堵漏止水材料、钢材边角料等，不许散落在管道内，要做好落手清。

4.10对易燃、易爆、有毒、有害材料进入管道，应制定有针对性的安全措施，对管道内定期进行有毒、有害气体检测。

4.11管道内加强通风、排风，送排风设备应由专人负责管理。

4.12施工用电管理，按有关规定敷设布置电线电路，下井和管道内必须用橡皮电缆，井口、管道口处要加套绝缘软管保护，电缆接头应牢固可靠绝缘。

4.13管道内动力设备及移动电器必须设置有关的漏电保护开关，做到“一机一闸一保险”，所有电气设备的金属外壳必须有可靠的接地的接零，管道内照明用电不得大于24伏。