顶管工程勘察技术方案

（一）顶管工程勘察技术方案 1、一般要求

【1】顶管工程勘察时，应查明沿线各地段的地质、地貌、地层结构特征、各类土层的性质、空间分布。

应查明地层结构特征及各类土的空间分布，供顶管选位参考，发现不稳定土层或岩石层应特别提示。

【2】当顶管工程地段有暗埋的河、湖、沟、坑时，应查明分布范围、埋置深度，提供覆盖层的工程地质特性。当顶管工程地段有暗埋的河、湖、沟、坑时，应查明分布范围、埋置深度，提供覆盖层的工程地质特性。

【3】应查明沿线各地段可能产生潜蚀、流沙、管涌和地震液化地层的分布范围、埋深、厚度及其工程地质特性。

【4】当有地下障碍物时，应查明地下障碍物及邻近地段地下埋设物的分布范围、埋置深度和特性。当有地下障碍物时，应查明障碍物的分布范围、埋深和特性。

【5】当顶管管线范围内存在对人有害气体和其他有害物质时，应查明分布位置。地下存在沼气及其他有毒有害物质时，应查明分布范围、埋深和特性。

【6】当在化工区内顶管时，应查明地下受工业污染的程度和分布范围。在化工厂区地下顶管时，查明酸碱和油脂的污染程度。供设计单位对管材选用和防腐处理作参考。

2、地下水勘察

【1】当进行地下水勘察时，应调查地下水历史上的最高水位和最低水位。地下水勘察时的水位不是最高水位也不是最低水位。最高水位和最低水位应向当地水文部门查询。

【2】在有地下水地区，应测定地下水的水温随深度的变化；无地下水时应测定土体温度随埋深的变化。

地下水温度或土体温度对顶管设计很重要，应当在勘察报告中提供。

【3】在地下水有污染的场地，应测定地下水的pH值、氯离子、钙离子和硫酸根离子等的含量以及对混凝土、钢、铸铁及橡胶的腐蚀

程度。

【4】当地下有承压水分布时，应测定承压水的压力，并评价对顶管施工的影响。地下的承压水有可能威胁顶管施工的安全，应准确提供必要的数据。

3、布孔要求

【1】顶管勘探孔应布置在管道设计轴线的两侧，陆上各10m、水上各20m范围内，但不宜布置在顶管管体范围。管道穿越小河道或主要道路时，应在河道两岸和道路两侧及绿化带内布置勘探孔。

勘探孔布置在轴线两侧，不要布置在轴线上，以避免对顶管的不利影响。

【2】矩形工作井和接收井勘探孔应布置在四角，圆形井勘探孔沿周边均匀布置。

【3】在管道穿越暗埋的河、湖、沟、坑地段和可能产生流沙及地震液化的地段，勘探孔应适当予以加密。在管道穿越铁道、公路和河谷的地段，勘探孔间距以能控制地层土质变化为原则，宜采用30～100m，但在穿越铁道、公路地段时，不宜少于2个勘探孔；在穿越河谷的地段时，不应少于3个勘探孔。

【4】工作井和接收井勘探孔的间距不宜超过30m。孔的数量不宜少于2个。工作井和接收井的勘探孔间距应视井的尺寸大小而有所不同。如果同泵站结合在一起的大尺寸工作井，孔距30m左右，而长度不到30m的小尺寸工作井至少设2个孔，必要时设4个孔。

【5】顶管的勘探孔深度在一般情况下应达到管底设计标高以下3～5m；遇有下列情况之一时，应适当增加勘探孔深度：

（1）当管道穿越河道时，勘探孔深度应达到河床最大冲刷深度以下4～6m，并应满足管底勘探深度要求。

（2）当基底下存在松软土层或未经固结的回填土时，勘探孔深度应适当增加。

（3）当基底下存在可能产生流沙、潜蚀、管涌或地震液化地层时，应予以钻穿。

（4）当采取降低地下水位施工时，勘探孔深度应钻至管底以下5～10m。

（5）当已有资料证明，或勘探过程中发现粘性土层下存在承压含水层，且其水压较大，需要降水施工时，勘探孔应适当加深，并应测量其水压。

【6】工作井和接收井的勘探孔深度可取井底下5m，特殊情况应适当加深。

4、勘察报告

【1】勘察报告由文字和图表构成，应满足相应设计阶段的技术要求。工程地质条件简单和勘察工作量小的工程，可适当简化勘察报告的内容。勘察报告内容应根据任务要求，勘察区的地理、地质特征和工程地质环境特征，以及市政工程建设项目的具体情况确定。为便于工作，本节规定了勘察报告内容的基本要求，这些内容可根据上述原则作适当增减。对地质条件简单和勘察工作量小的工程，勘察报告可适当简化，采用图表形式，并附必要的文字说明。

【2】初步勘察报告，应阐述场地工程地质条件、评价场地稳定性和适应性，为合理确定平面布置、选择顶进标高，防治不良地质现象提供依据。

【3】详细勘察报告，应提供顶管段和工作井、接收井设计和施工所需的各土层物理力学性质设计参数，以及地下水和环境资料，并作出针对性的分析评价、结论和建议。

【4】施工勘察报告，应满足设计、施工的具体要求，提供相应的资料，并作出结论和建议。

【5】勘察报告文字部分应包括下列内容： （1）勘察目的和任务要求； （2）拟建顶管工程的基本特性； （3）勘察方法和工作布置说明；

（4）场地地形、地质（地层、地质构造）、地貌、岩土性质、地下水及不良地质现象的阐述和评价；

（5）地基与斜坡上土的稳定性评价； （6）岩土参数的分析及选用； （7）建议地基处理方案；

（8）工程施工及使用期间可能发生的岩土工程问题的预测及监

控、防治措施的建议；有关顶管工程设计及施工措施的建议。

【6】勘察报告图表部分应包括以下内容： （1）勘探点平面布置图； （2）工程地质柱状图； （3）工程地质剖面图； （4）原位测试成果图表； （5）室内试验成果图表；

（6）岩土工程计算简图及计算成果图表；

（7）建议地基处理方案的图表。必要时，可附特殊性岩土分布图、综合工程地质图，或工程地质分区（段）图、地下水等水位线图、素描及照片等。

5、提供岩土物理力学指标的基本要求

【1】岩石和土的物理力学性质指标，应按工程地质区（段）及层位分别统计，当同层土指标差别较大时，应进一步划分土质单元，并分别进行统计。

【2】在勘察报告中，应提供岩土参数的平均值、最大值、最小值、子样数、均方差和变异系数。

【3】土层物理力学性质参数表必须具有下列内容：土的颗粒分析、密实度、垂直和水平渗透系数、粘聚力、内摩擦角、土与混凝土、钢和玻璃钢等材料的摩擦系数、土的变形模量、泊桑比、地基承载力及其他必需的常规参数。

6、顶管施工组织设计

【1】工程概况：应主要介绍施工场地的特征，水文地质和工程地质概况。

【2】编制依据及采用标准。 【3】承包商或施工单位简介。 【4】施工准备工作计划。 【5】施工顺序与施工进度计划。 【6】施工方法和施工设备选择。 【7】施工平面布置图。

【8】应采取的主要施工技术措施，包括以下内容：

（1）顶管机出洞和施工方法；

（2）顶管机的定向和水平测量方法，采用测量仪器，测量精度分析；

（3）顶管机进洞和施工方法； （4）减少管壁摩阻力； （5）出泥的方法和弃土的处置；

（6）长距离顶管中的通风、供电、通讯、中继间等； （7）地面隆起、沉降和对周边挤压的控制； （8）曲线顶管中的技术措施； （9）解决工程难点的技术保障措施； （10）顶管设备型号、规格、性能和数量。 【9】施工安全、质量和文明措施。 【10】环境保护。 【11】应急预案。 （二）顶管施工工艺 1、顶管机

【1】不同性能的土质应采用不同类型的顶管机：地下水位以上的顶管可采用敞开类顶管机；地下水位以下的顶管应采用具有平衡功能类型的顶管机。

【2】平衡类顶管机有：

（1）土压平衡式顶管机——通过调节出泥舱的土压力稳定开挖面，弃土可从出泥舱排出的顶管机，可用于淤泥和流塑性粘性土。

（2）泥水平衡式顶管机——通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出顶管机，可用于粉质土和渗透系数较小的砂性土。

（3）气压平衡式顶管机——通过调节出泥舱的气压稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出的顶管机，可用于有地下障碍物的复杂土层。

【3】顶进土层单一时宜选用表中的“首选机型”；在复杂土层顶进时，应根据可能有的土层选择“可选机型”或“首选机型”。

【4】含砾石地层可选用具有相应破碎能力的泥水平衡顶管机。

【5】地面沉降有严格要求时，应选择对正面阻力有精确计量装置的平衡式顶管机。

2、减阻措施

【1】长度超过40m的大直径顶管，应采取措施减少管壁摩阻力。

【2】扩孔减阻应满足下列技术要求： （1）扩孔后管周间隙可取10～30mm；

（2）地下水以上顶管时，管底弧形支承面角度宜取120°； （3）扩孔间隙在地下水以下时应压注减阻泥浆；无地下水处可涂抹非亲水减阻剂。

【3】触变泥浆可用于粘性土、粉质土和渗透系数不大于10-5m/d的砂性土。渗透系数较大时应另加化学稳定剂。

【4】地下水有酸或碱离子时，应就地采用地下水调配触变泥浆。

【5】石蜡、废油脂等非亲水减阻剂可用于无地下水的硬土层。 【6】钢管预留注浆孔纵向间距一般可采用10～25m；混凝土管取3～5管节。每组压浆孔在同一横截面上设2～4个，管底不宜设注浆孔。

【7】注浆管出口处应设泥浆单向阀，出口压力应大于地下水压力。

【8】主注浆口的实际注浆量，对于粘性土和粉土不应大于理论注浆量的1.5～3倍，对于中粗砂层应大于理论压浆量的3倍以上。

【9】主注浆孔应与管道顶进同步注浆，先注浆后顶进。中继间注浆孔的注浆应与中继间启动同步，运行中连续注浆。

【10】管道在覆盖层较薄的流塑性土层中顶进，注浆量不宜过大，防止地面拱起及管道上浮。

【11】补浆能使摩阻力降低，但是处在流塑性土中的管段，如不加限止大量补浆，注浆压力足够使洞穴扩大。覆盖层薄，扩大方向必然向上。无论钢管还是混凝土管，在泥浆中都是上浮的，所以这段管道轴线向上浮起，偏差变化。这一情况已经在上海奉贤污水排海混凝顶管中发生过，要防止类似情况再次发生。

【12】补浆能使摩阻力降低，但是处在流塑性土中的管段，如不加限止大量补浆，注浆压力足够使洞穴扩大。覆盖层薄，扩大方向必然向上。无论钢管还是混凝土管，在泥浆中都是上浮的，所以这段管道轴线向上浮起，偏差变化。这一情况已经在上海奉贤污水排海混凝顶管中发生过，要防止类似情况再次发生。

【13】采用其他减阻泥浆的摩阻力应通过试验确定。 3、管内弃土运输

【1】管内弃土运输方式应根据管道内径、顶进长度和顶管机类型确定。

【2】泥水平衡顶管机的泥水排放，应选用管道运输。 【3】采用土压平衡顶管机时，弃土可用螺旋输送机从泥舱排出，顶进距离较长的可用泥泵输送。顶进距离较短的可采用矿车运输。

【4】气压平衡顶管机的泥水排放应采用管道输送。 【5】除挤压式外其他敞开类顶管机宜采用矿车运输弃土。 【6】除挤压式外其他敞开类顶管机宜采用矿车运输弃土。 【7】管道输送的废弃泥浆必须经过处理才可排放，避免污染环境。

4、通风

【1】长度超过150m的进人操作顶管，应配置通风设施。 【2】短距离顶管可采用鼓风机通风；长距离顶管应采用压缩空气通风。采用压缩空气通风。轴流风扇通风的缺点是噪声较大，管道越小噪声越大，在较长距离顶管中不宜采用。压缩空气通风不但可降低噪声，而且输送距离长应优先采用。

【3】通风的空气质量应符合环保要求。

【4】采用压缩空气除湿。地面湿度较高，地面温度又高于地下温度的季节，采用压缩空气通风，空气送入管道后急剧降温，管内湿度达到饱和，出现露点，工作条件极差。潮湿的环境又影响电器和计算机等运行，所以遇这种情况送入管道的空气推荐先除湿。

【5】配置通风设施的顶管工程每人所需通风量不应小于30m3/h。使用开敞式顶管机时通风量应酌情增大。

【6】地层中存在有害气体时必须采用封闭式顶管机，并应增大通风量。顶管内有害气体超标时人员应迅速撤离，在加强通风措施，使空气的有害气体含量达标后，才能恢复施工。

5、测量

【1】顶管施工应建立地面与地下测量控制系统。

【2】测量控制点应设在不易扰动、视线清楚、便于校核和易于保护处。

【3】顶管施工测量的相对坐标的X轴线应为工作井穿墙管中心与接收井的墙管中心（无接收井时采用设计管道终点的中心）的连线。

【4】直线顶管的方向测量，当顶进长度不超过300m时，可采用经纬仪；超过300m时，宜采用激光经纬仪；超过1000m时，应在管内设置测站采用经纬仪导线法测量。

【5】曲线顶管的方向测量，应在管内设置若干测站，用导线法测量。

【6】管内水准测量仪器，当顶进长度不超过200m时，可使用水准仪；超过200m时，宜使用水位连通器；轴线高度偏差大于管道内的1/3时，应采用微测压计。

【7】测量成果应有精度分析，并提供管道终点测量可能达到的最大误差。

【8】原始记录和测量分析资料应完整存档。 6、后座

【1】主顶站千斤顶与反力墙之间应设置后座。

【2】反力墙为沉井或地下连续墙墙体时，可采用拼装式后座。 【3】反力墙为原状土或桩体时，应采用整体式后座。 【4】后座面积应使反力墙后土体的承载能力满足顶力要求。后座刚度应能保障顶进方向不变。

【5】后座应与管道轴线垂直，允许不垂直度为5mm/m。 7、顶进设备

【1】导轨应符合下列规定：

（1）导轨支架应采用钢材制作。固定在工作井底板上的导轨在

管道顶进时不可产生位移。其整体刚度和强度应满足施工要求。

（2）导轨对管道的支承角宜为60°，导轨的高度应保证管中心对准穿墙管中心。导轨的坡度应与设计轴线一致。

【2】导轨安装的允许偏差应满足下列要求： （1）轴线位置：3mm； （2）顶面高程：0～+3mm； （3）两轨净距：±2mm。

【3】主顶站千斤顶的性能和安装宜满足下列规定：千斤顶行程宜不小于1000mm，单只顶力宜不小于1000kN。

【4】千斤顶安装应符合下列规定：

（1）除铰接式千斤顶外，千斤顶应安装在支架上。

（2）千斤顶数量应为偶数，设置在管道两侧，并与管中心左右对称。每只千斤顶均应与管轴线平行。

（3）千斤顶的合力中心应低于管中心，其尺寸宜为管道外径的1/10～1/8。

（4）千斤顶应同步运行。

【5】主站油泵安装应符合下列规定：

（1）油泵应与千斤顶性能相匹配。油泵流量宜满足顶进速度100mm/min的要求。

（2）油泵宜设置在千斤顶附近，应顺直、转角少。 （3）除遥控顶管外，主油泵的运行应受控于顶管机。 【6】顶铁安装应符合下列规定：

（1）顶铁应满足传递顶力、便于出泥和人员出入的需要。 （2）顶铁的两个受压面应平整，互相平行。 （3）宜采用U形或弧形刚性顶铁。

（4）与管尾接触的环形顶铁应与管道匹配，顶铁与混凝土管或玻璃纤维增强塑料夹砂管之间应加木垫圈。

8、穿墙

【1】穿墙方法应根据工程地质、水文地质、管道直径、管道埋置深度、地下水的压力、穿墙管的构造和临时封堵方法等条件确定。

【2】在地下水位以下的工作井，穿墙管应有临时封堵。 【3】穿墙应根据不同条件采取以下相应措施：

（1）穿墙管周围为粘性土且水头较高时，闷板开启后管道应迅速顶进，并及时安装好穿墙管止水装置。

（2）穿墙管周围为粉土时，应降低地下水，并缩短穿墙时间。 （3）穿墙管周围为淤泥质粘土时，应设置防管道回弹的措施。 （4）穿墙管周围为砂土时，应加固穿墙管外的土体，降低渗透系数。

（5）穿墙壁管临时闷板提起后，应迅速顶进。近年来已有数个工程发生穿墙时大量坍方的情况，其中原因之一是打开闷板到顶管机开始顶进时间过长，这是时空效应在顶管中的反映。时空效应在许多场合，例如深基础开挖，证明是非常重要的。顶管的成功经验也证明，穿墙迅速，顶管机尽快向土体挤压，在大多数情况是可以避免坍方的。

【4】在软土地区，顶管机入土长度小于管道直径阶段，应采取以下措施防止顶管机头部下沉：

（1）导轨前端应尽量接近穿墙管，减少顶管机的悬臂长度。 （2）穿墙作业应迅速连续不可停顿。 （3）应在穿墙管内设置定心环。

【5】在软土地区，顶管机入土长度较小时要防止顶管机头下沉。在软土地区，如果导轨的支承力不够，顶管机入土长度较小时，因土体支承面小，造成较大的地基应力，容易发生顶管机端部下沉，应采取以下措施：

（1）导轨前端应尽量接近穿墙管，减少顶管机的悬臂长度。2 穿墙内应有定心环。

（2）穿墙迅速连续，不应在此停留。

【6】无地下水的穿墙，应防止井外土体的坍塌。 9、顶进

【1】进人操作的顶管，应在顶管机内发指令。

【2】主顶站和中继间都应装设计量准确的油压表，严格防止顶力超限。

【3】顶管机偏差测量觇标宜接近前端。觇标设在顶管机第二段上的，应借助仪器通过计算转换成顶管机前端面偏差。顶管机测量觇标宜接近管端。顶管纠偏依据的是顶管机端面的中心偏差，但顶管机偏差测量觇标无法进入出泥舱，又要避开动力设备，往往设在第二段，所以觇标上测得的偏差不能代表顶管机端部偏差，特别是在纠偏阶段差别更大。觇标越接近管端，两者差别就越小。如果能换算到端部，对纠偏更有利。建议推算顶管机端部中心偏差来指导纠偏。这一方法已经在多个工程中实施，收到了很好的效果。

【4】管道偏差测量每顶进500mm不宜少于1次，在纠偏阶段不宜少于2次。

【5】顶管纠偏记录应包括如下内容：日期、时间、顶进长度、顶进总长度、各组纠偏油缸的纠偏量、锁紧压力和上下纠偏角及左右纠偏角。

【6】工作井中的顶进记录应包括如下内容：日期、时间、顶进长度、顶进总长度、启动顶力和正常顶力。

【7】顶管机的偏差测量记录应包括如下内容：日期、时间、顶进长度、顶进总长度、方向测量和水准测量数据。

【8】采用触变泥浆减阻时的注浆记录应包括如下内容：日期、时间、顶进长度、顶进总长度、注浆压力和注浆量。

【9】应根据纠偏记录及时绘制顶管机顶进轨迹，指导纠偏。 【10】应根据纠偏记录及时绘制顶管机顶进轨迹，指导纠偏。 【11】顶管机纠偏应根据管道偏差的大小、偏差发展趋势而确定，使顶管机轨迹过渡平稳。

【12】顶管机纠编不宜追求零偏差。

（1）追求零偏差必然要经常纠偏，效果适得其反，因为纠偏角存在误差，小偏差纠偏反而会造成管轴线摆动。

（2）顶管机的测定偏差还有误差的，假设1000m的方向中误差是±50mm，如果测量偏差为“0”，实际偏差可能是+50mm，也可能是-50mm，在此范围内都是正确的。也就是如偏差在中误差范围内，纠偏是没有必要的。根据误差理论，再结合顶管施工，只有偏差超过2倍中误差才可以考虑纠偏，纠偏前还应根据偏差的大小、发展

趋势决定如何纠偏，并力求管道轴线平稳过渡。

【13】顶管机旋转需要校正时，对大刀盘顶管机应采用改变刀盘的旋转方向校正，其余顶管机可在管内采取单边配重校正。

【14】经较长时间停顿的管道，在启动前应加大补浆量、连续补浆及增加补浆点，直至顶管启动。

【15】在流塑性土层中的长距离顶管，应防止管道纵向失稳。 【16】顶管应防止管轴线纵向失稳。 10、进洞

【1】顶管机进洞前的3倍管径范围内，应减慢顶进速度，减小管道正面阻力对接收井的不利影响。

【2】进洞前减慢顶进速度。进洞多发的事故是顶管机正面阻力太大，造成接收孔闷板被顶开，或板桩墙向井内鼓起，结果造成涌土、塌方和流砂。最好的解决办法是减慢顶进速度，减少顶管机的正面阻力，使顶管机平稳地进入墙洞，接近闷板。这种情况对周围的土体扰动最小，可避免上述不良后果。

【3】进洞口的临时闷板宜加水平支撑便于顶管机接近闷板。 【4】接收孔轴线上可安装临时支架，防止顶管机头下落。 【5】接收孔处于饱和砂土层时，应进行土体加固。

【6】管道进洞后应按设计要求封闭接收孔，防止水土流入井内。

11、减少地面沉降措施

【1】在不稳定土中应选择有平衡功能的顶管机，不应采用开敞式挖掘顶管。

【2】建立地面观察点，并通过试顶确定具有平衡功能顶管机的平衡参数。

【3】顶管施工时应采取以下措施： （1）减少减阻泥浆套的厚度。 （2）不可采用大角度纠偏。

（3）严格控制出泥量，不可超量出泥。

【4】在路面下顶进，如果发生超量出泥的情况，路面不会立刻下沉，如果施工时路面已经发生了较大的坍陷，会使路面下方塌方

严重，并产生孔洞。因此，在路面下顶进应采取以下措施：

（1）顶管机的正面阻力宜取大值，可将路面转换成等代土体高度计算正面阻力。

（2）加强地面沉降观察，严格控制地面下沉。 【5】顶管结束后应采用水泥砂浆加固减阻泥浆。 12、曲线顶管

【1】每个管节之间都应设木垫圈。

【2】管接头的木垫圈厚度应根据曲率半径变化调整。曲线顶管木垫圈厚度不应小于20mm。

【3】管节允许顶力与曲率有关，应根据计算调整。 【4】中继间的允许顶力应具备调整合力中心的能力。 【5】曲线顶管在软土中施工时，应防止管道向曲线外侧位移失控。

13、顶管施工监测

【1】施工监测的范围应包括地面以上和地面以下两大部分。地面以上应监测地面沉降和地面建筑物的沉降、位移和损坏。地面以下应监测在顶管扰动范围内的地下构筑物、各种地下管线的沉降、水平位移及漏水、漏气。

【2】施工监测的重点应放在邻近建筑物（构筑物）、堤岸及可能引起严重后果的地下管线及其他重要设施。

【3】在设置监测点时，应避开各种可能对其产生影响的因素，以确保不被损坏。

【4】观察裂缝应记录地面和结构裂缝的生成时间、裂缝的长度及宽度发展状况。

【5】所有监测点必须在顶管施工开始前进行埋设、布置。 【6】观测点应定时测定，测定数据应保持连续、真实、可靠。 【7】顶管造成的地面沉降不应造成道路开裂，大堤及地下设施损坏和渗水。

【8】顶管造成的地面沉降量不应超过下列规定： （1）土堤小于或等于30mm； （2）公路小于或等于20mm；

（3）顶管穿越铁路、地铁及其他对沉降敏感的地下设施时，累计沉降量尚应符合国家相关的规定。

（4）当检测数据达到沉降限值70%时，应及时报警并启动应急事故处理预案。